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JP4817629B2 - LIGHT EMITTING ELEMENT AND LIGHTING DEVICE USING THE LIGHT EMITTING ELEMENT - Google Patents

LIGHT EMITTING ELEMENT AND LIGHTING DEVICE USING THE LIGHT EMITTING ELEMENT Download PDF

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JP4817629B2
JP4817629B2 JP2004267995A JP2004267995A JP4817629B2 JP 4817629 B2 JP4817629 B2 JP 4817629B2 JP 2004267995 A JP2004267995 A JP 2004267995A JP 2004267995 A JP2004267995 A JP 2004267995A JP 4817629 B2 JP4817629 B2 JP 4817629B2
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Description

本発明は、例えば照明装置等に用いられ、蛍光灯の２倍以上のエネルギー消費効率を有する発光素子（発光ダイオード；ＬＥＤ）およびその製造方法ならびにその発光素子を用いた照明装置に関するものである。   The present invention relates to a light-emitting element (light-emitting diode; LED) that is used in, for example, a lighting device and has energy consumption efficiency twice or more that of a fluorescent lamp, a manufacturing method thereof, and a lighting device using the light-emitting element.

青色もしくは紫外の発光素子として窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子が広く知られている（例えば、特許文献１〜特許文献５を参照。）。このような発光素子においては、発光素子の内部で発生した光を外部に効率良く取り出すこと、すなわち光取り出し効率を向上させることが重要であり、特に近年製品化が進められている照明装置向けにおいては不可欠となっている。   A light-emitting element using a gallium nitride-based compound semiconductor is widely known as a blue or ultraviolet light-emitting element (see, for example, Patent Documents 1 to 5). In such a light-emitting element, it is important to efficiently extract light generated inside the light-emitting element to the outside, that is, to improve the light extraction efficiency, especially for lighting devices that are being commercialized in recent years. Is indispensable.

図４（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ光取り出し効率を向上させるための工夫がなされた第１〜第３の従来の発光素子の例（以下、第１の従来例，第２の従来例，第３の従来例と呼ぶ。）の断面図を示す。なお、同様のものには同一の符合を付け、重複する説明を省略する。   4A to 4C, examples of first to third conventional light-emitting elements devised to improve the light extraction efficiency (hereinafter referred to as first conventional example, second conventional example, A sectional view of a third conventional example is shown. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same thing and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図４（ａ）に示すように、第１の従来例は、基板14の一方の表面に発光層11ａを含む窒化ガリウム系化合物半導体層11が形成され、他方の表面に発光層11ａから出射された光を反射する反射層15が形成されており、窒化ガリウム系化合物半導体層11の表面（基板14と接触していない面）に窒化ガリウム系化合物半導体層11に通電するとともに発光層11ａから出射された光を透過させる透明電極16とこの透明電極16上の一部に透明電極16に通電するための電極パッド17とが形成されている（例えば、特許文献６〜８を参照。）。ここで、窒化ガリウム系化合物半導体層11は互いに導電型の異なる半導体層11ｂ，11ｃの間に発光層11ａを挟んだ構成となっており、基板14と接する半導体層11ｃの基板14と接する面と反対の面の上に、電圧を印加することにより電極パッド17との間で電流を流すための電極パッド13が形成されている。   As shown in FIG. 4A, in the first conventional example, a gallium nitride compound semiconductor layer 11 including a light emitting layer 11a is formed on one surface of a substrate 14, and the light is emitted from the light emitting layer 11a on the other surface. The reflective layer 15 for reflecting the reflected light is formed. The surface of the gallium nitride compound semiconductor layer 11 (the surface not in contact with the substrate 14) is energized to the gallium nitride compound semiconductor layer 11 and emitted from the light emitting layer 11a. A transparent electrode 16 that transmits the transmitted light and an electrode pad 17 for energizing the transparent electrode 16 are formed on a part of the transparent electrode 16 (see, for example, Patent Documents 6 to 8). Here, the gallium nitride-based compound semiconductor layer 11 has a configuration in which the light emitting layer 11a is sandwiched between semiconductor layers 11b and 11c having different conductivity types, and the surface of the semiconductor layer 11c in contact with the substrate 14 is in contact with the substrate 14. On the opposite surface, an electrode pad 13 for allowing a current to flow between the electrode pad 17 by applying a voltage is formed.

また、図４（ｂ）に示すように、第２の従来例では、基板14上に形成された発光層11ａを含む窒化ガリウム系化合物半導体層11の表面に窒化ガリウム系化合物半導体層11に通電するとともに発光層11ａから出射された光を基板14側に反射する導電性反射層12が形成されている（例えば、特許文献９，特許文献11を参照。）。   Further, as shown in FIG. 4B, in the second conventional example, the gallium nitride compound semiconductor layer 11 is energized on the surface of the gallium nitride compound semiconductor layer 11 including the light emitting layer 11a formed on the substrate 14. In addition, a conductive reflective layer 12 is formed that reflects light emitted from the light emitting layer 11a toward the substrate 14 (see, for example, Patent Document 9 and Patent Document 11).

また、図４（ｃ）に示すように、第３の従来例では、発光層11ａを含む窒化ガリウム系化合物半導体層11と基板14との界面に発光層11ａから出射された光を窒化ガリウム系化合物半導体層11側に反射する反射層18（例えばブラッグ反射器）が形成されており、窒化ガリウム系化合物半導体層11の表面（基板14と接触していない面）に窒化ガリウム系化合物半導体層11に通電するとともに発光層11ａから出射された光を透過させる透明電極16と、この透明電極16上の一部に透明電極16に通電するための電極パッド17とが形成されている（例えば、特許文献12〜特許文献20を参照。）。   As shown in FIG. 4C, in the third conventional example, the light emitted from the light emitting layer 11a at the interface between the gallium nitride compound semiconductor layer 11 including the light emitting layer 11a and the substrate 14 is gallium nitride based. A reflective layer 18 (for example, a Bragg reflector) that reflects toward the compound semiconductor layer 11 is formed, and the gallium nitride compound semiconductor layer 11 is formed on the surface of the gallium nitride compound semiconductor layer 11 (the surface not in contact with the substrate 14). And a transparent electrode 16 that transmits light emitted from the light emitting layer 11a, and an electrode pad 17 for energizing the transparent electrode 16 is formed on a part of the transparent electrode 16 (for example, a patent) (Refer to Document 12 to Patent Document 20.)

このような従来の発光素子においては、いずれも発光層11ａの一方側に設けられる反射層15，導電性反射層12または反射層18が発光層11ａから出射された光を他方側に反射する働きをするため、本来は放射状に発生する光を発散させずに所望の方向に集中させて取り出すことができるので、発光素子の内部で発生した光を外部に効率良く取り出すことができるといったものである。なお、図４（ａ），（ｃ）に示す実施例では光の取り出し面は窒化ガリウム系化合物半導体層11の表面側であり、図４（ｂ）に示す実施例では窒化ガリウム系化合物半導体層11の基板14と接触している面側である。
特開平２−42770号公報 特開平２−257679号公報 特開平５−183189号公報 特開平６−196757号公報 特開平６−268257号公報 特開平８−102549号公報 特開2001−7397号公報 特開2001−7392号公報 特開2000−31540号公報 特開平10−144961号公報 特開平11−220168号公報 特開平３−108778号公報 特開平３−163882号公報 特開平９−232631号公報 特開平11−126925号公報 特開平11−251642号公報 特開平11−274568号公報 特開2000−349349号公報 特開2001−168387号公報 特開2004−031405号公報 In such a conventional light emitting device, the reflective layer 15, the conductive reflective layer 12 or the reflective layer 18 provided on one side of the light emitting layer 11a functions to reflect the light emitted from the light emitting layer 11a to the other side. Therefore, since the light that is generated radially can be concentrated and extracted in a desired direction without diverging, the light generated inside the light emitting element can be efficiently extracted to the outside. . In the embodiment shown in FIGS. 4A and 4C, the light extraction surface is the surface side of the gallium nitride compound semiconductor layer 11, and in the embodiment shown in FIG. 4B, the gallium nitride compound semiconductor layer. 11 is a surface side in contact with the substrate 14.
JP-A-2-42770 JP-A-2-257679 JP-A-5-183189 JP-A-6-196757 JP-A-6-268257 JP-A-8-102549 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-7397 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-7392 JP 2000-31540 A JP 10-144961 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-220168 JP-A-3-108778 JP-A-3-163882 Japanese Patent Laid-Open No. 9-232631 Japanese Patent Laid-Open No. 11-126925 Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-251642 JP-A-11-274568 JP 2000-349349 JP 2001-168387 A JP 2004-031405 A

しかしながら、第１の従来例においては、基板14に形成された反射層15により反射した光が光取り出し面である透明電極16側に向かうために基板14中を伝搬する際に基板14に吸収されてしまうために、反射層15により光を反射させても発光素子全体の光取り出し効率があまり改善されないという問題点があった。また、反射層15により反射した光の一部が基板14の表裏面で多重反射されて基板14内に閉じ込められ、光取り出し面である透明電極16側から取り出される前に減衰してしまうため、発光素子全体の光取り出し効率があまり改善されないという問題点があった。   However, in the first conventional example, the light reflected by the reflecting layer 15 formed on the substrate 14 is absorbed by the substrate 14 when propagating through the substrate 14 because it travels to the transparent electrode 16 side which is the light extraction surface. For this reason, there is a problem in that the light extraction efficiency of the entire light emitting element is not improved much even if light is reflected by the reflective layer 15. In addition, part of the light reflected by the reflective layer 15 is multiply reflected on the front and back surfaces of the substrate 14 and confined in the substrate 14, and attenuated before being extracted from the transparent electrode 16 side that is the light extraction surface. There is a problem that the light extraction efficiency of the entire light emitting device is not improved so much.

また、第２の従来例においては、窒化ガリウム系化合物半導体層11上に形成された導電性反射層12により反射した光が光取り出し面である基板14の窒化ガリウム系化合物半導体層11と接触していない面側に向かうために基板14中を伝搬する際に基板14に吸収されてしまうために、導電性反射層12により光を反射させても発光素子全体の光取り出し効率があまり改善されないという問題点があった。また、導電性反射層12により反射した光の一部が基板14の表裏面で多重反射されて基板14内に閉じ込められ、光取り出し面側から取り出される前に減衰してしまうため、発光素子全体の光取り出し効率があまり改善されないという問題点があった。   In the second conventional example, the light reflected by the conductive reflective layer 12 formed on the gallium nitride compound semiconductor layer 11 contacts the gallium nitride compound semiconductor layer 11 of the substrate 14 which is the light extraction surface. Since the light is absorbed by the substrate 14 when propagating through the substrate 14 because it is directed to the non-surface side, the light extraction efficiency of the entire light-emitting element is not significantly improved even if light is reflected by the conductive reflective layer 12 There was a problem. In addition, a part of the light reflected by the conductive reflective layer 12 is multiply reflected on the front and back surfaces of the substrate 14 and confined in the substrate 14 and attenuates before being extracted from the light extraction surface side. There was a problem that the light extraction efficiency was not improved so much.

また、第３の従来例においては、反射層18の上に窒化ガリウム系化合物半導体層11を結晶成長させるには反射層18の材料や結晶性，製造方法等に制限が生じる。その結果、高い反射効率を実現するための材料や製造方法を用いることができないことより反射層18の反射効率を高くすることが難しかったり、発光層11ａが出射する光の波長に対して最適な材料や製造方法を用いることができないことより反射する光の波長を限定してしまったりするために、反射層18により発光素子全体の光取り出し効率があまり改善されないという問題点があった。   In the third conventional example, in order to grow the gallium nitride compound semiconductor layer 11 on the reflective layer 18, the material, crystallinity, manufacturing method, and the like of the reflective layer 18 are limited. As a result, it is difficult to increase the reflection efficiency of the reflection layer 18 because a material and a manufacturing method for realizing high reflection efficiency cannot be used, or it is optimal for the wavelength of light emitted from the light emitting layer 11a. Since the wavelength of the reflected light is limited because the material and the manufacturing method cannot be used, there is a problem in that the light extraction efficiency of the entire light emitting element is not significantly improved by the reflective layer 18.

本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は、光取り出し効率がより大きく改善され、その結果、小さい電力で良好な発光強度を得ることができる高性能な発光素子およびその高性能な発光素子を確実に作製することができる発光素子の製造方法ならびにその高性能な発光素子を用いた照明装置を提供することにある。   The present invention has been completed in view of the above circumstances, and an object thereof is to improve the light extraction efficiency more greatly, and as a result, a high-performance light-emitting element capable of obtaining a good light emission intensity with a small electric power and its It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a light-emitting element that can reliably manufacture a high-performance light-emitting element and an illumination device using the high-performance light-emitting element.

本発明の第１の発光素子は、発光層を含むエピタキシャル成長させた窒化ガリウム系化合物半導体層と、この窒化ガリウム系化合物半導体層の一方主面に形成された透光性導電層とを具備し、前記窒化ガリウム系化合物半導体層の前記一方主面とは反対側に位置する他方主面から前記窒化ガリウム系化合物半導体層をエピタキシャル成長させるために用いた基板が除去されており、前記他方主面に反射層が形成され、該反射層上に半絶縁性の材料からなる基体が接合されているとともに、前記透光性導電層と前記基体との間に交流電圧が印加されることを特徴とするものである。
A first light emitting device of the present invention includes an epitaxially grown gallium nitride compound semiconductor layer including a light emitting layer, and a translucent conductive layer formed on one main surface of the gallium nitride compound semiconductor layer, The substrate used for epitaxial growth of the gallium nitride compound semiconductor layer is removed from the other main surface located on the opposite side of the one main surface of the gallium nitride compound semiconductor layer, and is reflected on the other main surface. And a base made of a semi-insulating material is bonded to the reflective layer, and an alternating voltage is applied between the translucent conductive layer and the base. It is.

また、本発明の第１の発光素子は、上記構成において、前記透光性導電層上に、または前記透光性導電層と前記窒化ガリウム系化合物半導体層との間に反射防止層が形成されていることを特徴とするものである。 In the first light-emitting element of the present invention, in the above structure, an antireflection layer is formed on the light-transmitting conductive layer or between the light-transmitting conductive layer and the gallium nitride compound semiconductor layer. Tei is Rukoto characterized in.

また、本発明の第１の発光素子は、上記構成において、前記反射防止層は、単層または多層の誘電体からなることを特徴とするものである。 The first light-emitting element of the present invention is characterized in that, in the above structure, the antireflection layer is made of a single layer or a multilayer dielectric .

本発明の照明装置は、上記各構成のいずれかの本発明の発光素子と、この発光素子からの発光を受けて光を発する蛍光体および燐光体の少なくとも一方とを具備することを特徴とするものである。   An illuminating device of the present invention includes the light-emitting element of the present invention having any one of the above structures, and at least one of a phosphor and a phosphor that emits light upon receiving light emitted from the light-emitting element. Is.

本発明の第１の発光素子によれば、発光層を含むエピタキシャル成長させた窒化ガリウム系化合物半導体層と、この窒化ガリウム系化合物半導体層の一方主面に形成された透光性導電層とを具備し、窒化ガリウム系化合物半導体層の一方主面とは反対側に位置する他方主面から窒化ガリウム系化合物半導体層をエピタキシャル成長させるために用いた基板が除去されており、他方主面に反射層が形成されていることから、反射層および透光性導電層が、発光層から出射された光を窒化ガリウム系化合物半導体層の一方主面側に効率良く反射し、その反射した光を窒化ガリウム系化合物半導体層の一方主面側から基板に吸収されることなく出射させる働きをするため、発光層の内部で発生した光を発散させずに一方主面側に集中させて効率良く取り出すことができるので、窒化ガリウム系化合物半導体層の一方主面側からの光取り出し効率が大きく改善され、小さい電力で良好な発光強度を得ることができる高性能なものとなる。また、反射層を基板が除去された面にエピタキシャル成長によらずに設けることができるため、反射層の材質や作製プロセスを光学的な見地から種々選択することができるので、反射特性が向上するように反射層の材質や表面形状等を適切なものとすることができる。このような反射層を用いることより、本発明の第１の発光素子によれば、発光層の内部で発生した光を窒化ガリウム系化合物半導体層の他方主面側で効率良く反射させることができるため、窒化ガリウム系化合物半導体層の一方主面側からの光取り出し効率が大きく改善され、小さな電力で良好な発光強度を得ることができる高性能なものとなる。さらに、本発明の発光素子によれば、反射層上に半絶縁性の材料からなる基体が接合されていることから、発光素子に交流電圧を印加した場合には誘電損失を少なくすることができ、効率よく交流電圧を印加することができ、発光素子を実装用基板に実装した場合には実装用基板との絶縁性を確保することができる。
According to the first light emitting device of the present invention, the epitaxially grown gallium nitride compound semiconductor layer including the light emitting layer and the translucent conductive layer formed on one main surface of the gallium nitride compound semiconductor layer are provided. The substrate used for epitaxial growth of the gallium nitride compound semiconductor layer is removed from the other main surface located on the opposite side of the one main surface of the gallium nitride compound semiconductor layer, and the reflective layer is formed on the other main surface. Therefore, the reflective layer and the translucent conductive layer efficiently reflect the light emitted from the light emitting layer to one main surface side of the gallium nitride compound semiconductor layer, and the reflected light is gallium nitride based. Efficiently concentrates light emitted from the inside of the light-emitting layer on one main surface side without diverging because it functions to emit light from one main surface side of the compound semiconductor layer without being absorbed by the substrate. Because it can issue Ri, improved light extraction efficiency increases from one main surface of the gallium nitride-based compound semiconductor layer, becomes a high performance can be obtained good luminous intensity with a small power. In addition, since the reflective layer can be provided on the surface from which the substrate has been removed without using epitaxial growth, the reflective layer can be selected in various ways from an optical standpoint, and the reflective characteristics can be improved. In addition, the material and surface shape of the reflective layer can be made appropriate. By using such a reflective layer, according to the first light emitting device of the present invention, light generated inside the light emitting layer can be efficiently reflected on the other main surface side of the gallium nitride compound semiconductor layer. Therefore, the light extraction efficiency from the one main surface side of the gallium nitride-based compound semiconductor layer is greatly improved, and a high performance capable of obtaining a good emission intensity with a small electric power is obtained. Furthermore, according to the light emitting device of the present invention, since the substrate made of a semi-insulating material is bonded on the reflective layer, the dielectric loss can be reduced when an AC voltage is applied to the light emitting device. The AC voltage can be applied efficiently, and when the light emitting element is mounted on the mounting substrate, insulation from the mounting substrate can be ensured.

また、本発明の第１の発光素子によれば、上記構成において、透光性導電層上に、または透光性導電層と窒化ガリウム系化合物半導体層との間に反射防止層が形成されているときには、窒化ガリウム系化合物半導体層の内部で発生した光が透光性導電層に到達する際に、その光を反射防止層により反射させることなく透過させることができるため、窒化ガリウム系化合物半導体層の内部で多重反射することにより減衰する光を減らして透光性導電層の表面側に効率良く光を取り出すことができるので、光取り出し効率がさらに向上し、小さい電力で良好な発光強度を得ることができる高性能なものとなる。 According to the first light emitting element of the present invention, in the above structure, the antireflection layer is formed on the light transmitting conductive layer or between the light transmitting conductive layer and the gallium nitride compound semiconductor layer. When the light generated inside the gallium nitride compound semiconductor layer reaches the translucent conductive layer, the light can be transmitted without being reflected by the antireflection layer. Light that is attenuated by multiple reflection inside the layer can be reduced and light can be efficiently extracted to the surface side of the light-transmitting conductive layer, further improving the light extraction efficiency and providing good emission intensity with low power. High performance that can be obtained.

また、本発明の第１の発光素子によれば、上記構成において、前記反射防止層が単数または多数の誘電体からなることにより、反射防止層内において多重反射する光が互いに弱め合って干渉しやすくなり、定在波を発生しにくくすることができるものとなる。 Further, according to the first light emitting element of the present invention, in the above structure, by the anti-reflection layer is made of single or multiple dielectric, destructively light multiply reflected in the anti-reflection layer is mutually interfere This makes it easier to generate a standing wave .

また、本発明の照明装置によれば、上記構成の本発明の発光素子と、この発光素子からの発光を受けて光を発する蛍光体および燐光体の少なくとも一方とを具備することから、小さい電力で良好な発光強度を有する発光素子の光により蛍光体または燐光体を強く励起するため、小さい電力で良好な照度を得ることができるものとなる。また、このような本発明の照明装置は、従来の蛍光灯や放電灯等よりも省エネルギー性や小型化に優れたものとなり得て、蛍光灯や放電灯等に置き換えることができ得るものとなる。   Further, according to the lighting device of the present invention, since the light-emitting element of the present invention having the above-described configuration and at least one of a phosphor and a phosphor that emit light upon receiving light emitted from the light-emitting element are provided, low power consumption is achieved. In this case, the phosphor or phosphor is strongly excited by the light emitted from the light-emitting element having a good emission intensity, so that a good illuminance can be obtained with a small electric power. In addition, such an illuminating device of the present invention can be superior in energy saving and downsizing than conventional fluorescent lamps and discharge lamps, and can be replaced with fluorescent lamps and discharge lamps. .

以下、本発明の発光素子およびその発光素子を用いた照明装置について、図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, an illumination device using a light emitting element of the light emitting element Oyo originator of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は本発明の第１の発光素子の実施の形態の一例を示す模式的な断面図である。また、図２は本発明の参考例の発光素子の実施の形態の一例を示す模式的な断面図である。また、図３（ａ）〜（ｇ）はそれぞれ本発明の参考例の発光素子の第１の製造方法を示す工程毎の模式的な断面図である。これらの図において、同様の箇所は同一の符合とし、重複する説明を省略する。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an embodiment of a first light emitting device of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of an embodiment of a light emitting device of a reference example of the present invention. 3A to 3G are schematic cross-sectional views for each process showing the first method for manufacturing the light-emitting element of the reference example of the present invention. In these drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図１〜図３において、１は窒化ガリウム系化合物半導体層であり、１ａは発光層、１ｂは第１導電型半導体層、１ｃは第２導電型半導体層、１ｂ１は窒化ガリウム系化合物半導体層１の一方主面、１ｃ１は窒化ガリウム系化合物半導体層１の他方主面であり、２は透光性導電層、３は導電層、４は窒化ガリウム系化合物半導体層１をエピタキシャル成長するための基板、５は反射層、６は電極パッド、７は第１の導電層、８は第２の導電層、９は基体、10は保護膜である。   1 to 3, 1 is a gallium nitride compound semiconductor layer, 1 a is a light emitting layer, 1 b is a first conductivity type semiconductor layer, 1 c is a second conductivity type semiconductor layer, 1 b 1 is a gallium nitride compound semiconductor layer 1. 1c1 is the other main surface of the gallium nitride compound semiconductor layer 1, 2 is a translucent conductive layer, 3 is a conductive layer, 4 is a substrate for epitaxial growth of the gallium nitride compound semiconductor layer 1, Reference numeral 5 denotes a reflection layer, 6 denotes an electrode pad, 7 denotes a first conductive layer, 8 denotes a second conductive layer, 9 denotes a base, and 10 denotes a protective film.

図１に示すように本発明の第１の発光素子は、発光層１ａを含むエピタキシャル成長させた窒化ガリウム系化合物半導体層１と、この窒化ガリウム系化合物半導体層１の一方主面１ｂ１に形成された透光性導電層２と、窒化ガリウム系化合物半導体層１の他方主面１ｃ１側の層１ｃに電気的に接続された導電層３とを具備し、窒化ガリウム系化合物半導体層１の他方主面１ｃ１から窒化ガリウム系化合物半導体層１をエピタキシャル成長させるために用いた基板４が除去されており、他方主面１ｃ１に反射層５が形成されている構成である。   As shown in FIG. 1, the first light emitting device of the present invention is formed on an epitaxially grown gallium nitride compound semiconductor layer 1 including a light emitting layer 1a and one main surface 1b1 of the gallium nitride compound semiconductor layer 1. A translucent conductive layer 2 and a conductive layer 3 electrically connected to the layer 1c on the other main surface 1c1 side of the gallium nitride compound semiconductor layer 1, and the other main surface of the gallium nitride compound semiconductor layer 1 The substrate 4 used for epitaxially growing the gallium nitride-based compound semiconductor layer 1 from 1c1 is removed, and the reflective layer 5 is formed on the other main surface 1c1.

さらに具体的には、この構成において、窒化ガリウム系化合物半導体層１は発光層１ａを、一方主面１ｂ１側に配置された第１導電型半導体層（この例ではｐ型半導体層）１ｂおよび他方主面１ｃ１側に配置された第２導電型半導体層（この例ではｎ型半導体層）１ｃで挟んだものとしている。また、第１導電型半導体層１ｂおよび第２導電型半導体層１ｃはそれぞれ発光層１ａ側にインジウム（Ｉｎ）もしくはアルミニウム（Ａｌ）を含有する層を複数層（図示せず）積層したものとしてもよく、禁制帯幅が発光層１ａよりも広くなるようにそれぞれ組成を制御している。また、発光層１ａは禁制帯幅の広い障壁層と禁制帯幅の狭い井戸層とから成る量子井戸構造が複数回繰り返し規則的に積層された超格子である多層量子井戸構造（ＭＱＷ）としてもよい（図示せず）。なお、第１導電型半導体層１ｂおよび第２導電型半導体層１ｃはそれぞれｎ型半導体層およびｐ型半導体層としても構わない。   More specifically, in this configuration, the gallium nitride compound semiconductor layer 1 includes a light emitting layer 1a, a first conductivity type semiconductor layer (p-type semiconductor layer in this example) 1b disposed on one main surface 1b1 side, and the other side. It is assumed that it is sandwiched between second conductive semiconductor layers (in this example, n-type semiconductor layers) 1c disposed on the main surface 1c1 side. The first conductive type semiconductor layer 1b and the second conductive type semiconductor layer 1c may be formed by laminating a plurality of layers (not shown) containing indium (In) or aluminum (Al) on the light emitting layer 1a side. The composition is controlled so that the forbidden band width is wider than that of the light emitting layer 1a. The light emitting layer 1a may also be a multi-layer quantum well structure (MQW), which is a superlattice in which a quantum well structure composed of a barrier layer having a wide forbidden band and a well layer having a narrow forbidden band is regularly stacked a plurality of times. Good (not shown). The first conductive semiconductor layer 1b and the second conductive semiconductor layer 1c may be an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer, respectively.

また、透光性導電層２は、第１導電型半導体層１ｂに良好なオーミック接合をとることができるとともに発光層１ａで発生させた光を損失なく透過させることができる材質から成る層状のものを用いる。そのような材質のものとしては、例えば薄く成膜したアルミニウム（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），金−シリコン合金（Ａｕ−Ｓｉ），金−ゲルマニウム合金（Ａｕ−Ｇｅ），金−亜鉛合金（Ａｕ−Ｚｎ），金−ベリリウム合金（Ａｕ−Ｂｅ）等の薄膜かまたは酸化錫（ＳｎＯ２），酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ），酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の透明導電膜を用いればよい。また、上記材質の中から選択した複数層を積層したり、所々薄膜が形成されていない部分を設けたメッシュ状の膜としたりしても構わない。中でも、透光性導電層２を、ニッケル（Ｎｉ）層を薄く形成した半透明電極または窒化ガリウム系化合物半導体層１側から順にニッケル（Ｎｉ）層，金（Ａｕ）層をそれぞれ薄く形成して積層した半透明電極とすれば、ｐ型半導体層と良好なオーミック接合が得られるとともに発光層１ａに対して均一に電流を流すことができる点で好ましい。 The translucent conductive layer 2 is a layered material made of a material that can form a good ohmic junction with the first conductive type semiconductor layer 1b and can transmit the light generated in the light emitting layer 1a without loss. Is used. Examples of such materials include thinly formed aluminum (Al), titanium (Ti), nickel (Ni), chromium (Cr), indium (In), tin (Sn), molybdenum (Mo), and silver. (Ag), gold (Au), niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), platinum (Pt), lead (Pb), beryllium (Be), gold-silicon alloy (Au-Si), gold - germanium alloy (Au-Ge), gold - zinc alloy (Au-Zn), gold - beryllium alloy (Au-Be) film, such as or tin oxide (SnO 2), indium oxide (in 2 O), indium oxide A transparent conductive film such as tin (ITO) may be used. Further, a plurality of layers selected from the above materials may be laminated, or a mesh-like film provided with portions where no thin film is formed may be used. In particular, the translucent conductive layer 2 is formed by forming a nickel (Ni) layer and a gold (Au) layer in order from the semitransparent electrode or the gallium nitride compound semiconductor layer 1 side in which the nickel (Ni) layer is formed thin. A laminated semi-transparent electrode is preferable in that a good ohmic junction with the p-type semiconductor layer can be obtained and a current can be supplied uniformly to the light emitting layer 1a.

また、導電層３は、第２導電型半導体層１ｃ（ｎ型半導体層）と良好なオーミック接合がとれる材質から成る層状のものを用いる。そのような材質のものとしては、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），タングステン（Ｗ），酸化錫（ＳｎＯ２），酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ），酸化インジウム錫（ＩＴＯ），金−シリコン合金（Ａｕ−Ｓｉ），金−錫合金（Ａｕ−Ｓｎ），金−ゲルマニウム合金（Ａｕ−Ｇｅ），インジウム−アルミニウム合金（Ｉｎ−Ａｌ）等の薄膜を用いればよい。中でも、導電層３として、チタン（Ｔｉ）層または第２導電型半導体層１ｃ側から順にチタン（Ｔｉ）層，アルミニウム（Ａｌ）層を積層したものとすれば、良好なオーミック接合と良好な接合強度とが両方とも得られる点で好ましい。 Further, the conductive layer 3 is made of a layer made of a material capable of forming a good ohmic junction with the second conductive semiconductor layer 1c (n-type semiconductor layer). Examples of such materials include aluminum (Al), titanium (Ti), nickel (Ni), chromium (Cr), indium (In), tin (Sn), molybdenum (Mo), silver (Ag), Gold (Au), niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), platinum (Pt), lead (Pb), tungsten (W), tin oxide (SnO 2 ), indium oxide (In 2 O), Thin films of indium tin oxide (ITO), gold-silicon alloy (Au-Si), gold-tin alloy (Au-Sn), gold-germanium alloy (Au-Ge), indium-aluminum alloy (In-Al), etc. Use it. In particular, if the conductive layer 3 is a titanium (Ti) layer or a titanium (Ti) layer and an aluminum (Al) layer laminated in this order from the second conductivity type semiconductor layer 1c side, a good ohmic contact and a good bond are obtained. It is preferable in that both strengths are obtained.

なお、図１においては、第２導電型半導体層１ｃに発光層１ａおよび第１導電型半導体層１ｂが形成されていない領域を設け、この領域に導電層３を形成している。このように、導電層３は窒化ガリウム系化合物半導体層１の他方主面１ｃ１側の面と反対の面に形成することが好ましい。これにより、発光素子を実装用基板等に実装する際に透光性導電層２と導電層３とが同じ向きに形成されていることで、実装が容易になる。   In FIG. 1, a region where the light emitting layer 1a and the first conductivity type semiconductor layer 1b are not formed is provided in the second conductivity type semiconductor layer 1c, and the conductive layer 3 is formed in this region. Thus, the conductive layer 3 is preferably formed on the surface opposite to the surface of the gallium nitride compound semiconductor layer 1 on the other main surface 1c1 side. Thereby, when the light emitting element is mounted on a mounting substrate or the like, the translucent conductive layer 2 and the conductive layer 3 are formed in the same direction, so that mounting is facilitated.

また、透光性導電層２上の一部には、外部との電気的接続をとるための導線等を接続する電極パッド６を設けている。電極パッド６は例えばチタン（Ｔｉ）層または透光性導電層２側から順にチタン（Ｔｉ）層，金（Ａｕ）層を積層したものから成るものとすればよい。また、導電層３上にも電極パッド６と同様のものを形成してもよい。   In addition, an electrode pad 6 for connecting a conductive wire or the like for electrical connection with the outside is provided on part of the translucent conductive layer 2. The electrode pad 6 may be made of, for example, a titanium (Ti) layer or a layer in which a titanium (Ti) layer and a gold (Au) layer are laminated in this order from the translucent conductive layer 2 side. Further, the same material as the electrode pad 6 may be formed on the conductive layer 3.

また、反射層５は、発光層１ａが発生した光を損失なく反射する材質から成る表面が滑らかな層状のものを用いる。そのような材質のものとしては、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），酸化錫（ＳｎＯ２），酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ），酸化インジウム錫（ＩＴＯ），金−シリコン合金（Ａｕ−Ｓｉ），金−ゲルマニウム合金（Ａｕ−Ｇｅ），金−亜鉛合金（Ａｕ−Ｚｎ），金−ベリリウム合金（Ａｕ−Ｂｅ）等の薄膜を用いればよい。中でも、チタン（Ｔｉ），アルミニウム（Ａｌ）または銀（Ａｇ）は、発光層１ａが発生させる紫外〜近紫外光に対する反射率が高いので好適である。また、上記材質の中から選択した複数層を積層させたものとしても構わない。なお、反射層５の表面は必ずしも完璧に滑らかでなくてもよいが、滑らかでないと反射率が低下することがあるので注意を要する。また、反射層５は光を反射する働きがあれば必ずしも金属である必要はないが、一般的に熱伝導性が良好である金属とすれば、窒化ガリウム系化合物半導体層１で発生する熱を反射層５を介して良好に放熱することができるので好ましい。 The reflective layer 5 is a layer having a smooth surface made of a material that reflects the light generated by the light emitting layer 1a without loss. Examples of such materials include aluminum (Al), titanium (Ti), nickel (Ni), chromium (Cr), indium (In), tin (Sn), molybdenum (Mo), silver (Ag), Gold (Au), niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), platinum (Pt), lead (Pb), beryllium (Be), tin oxide (SnO 2 ), indium oxide (In 2 O), Thin films of indium tin oxide (ITO), gold-silicon alloy (Au-Si), gold-germanium alloy (Au-Ge), gold-zinc alloy (Au-Zn), gold-beryllium alloy (Au-Be), etc. Use it. Among these, titanium (Ti), aluminum (Al), or silver (Ag) is preferable because it has a high reflectance with respect to ultraviolet to near-ultraviolet light generated by the light emitting layer 1a. Further, a plurality of layers selected from the above materials may be laminated. Note that the surface of the reflective layer 5 does not necessarily have to be perfectly smooth, but care must be taken because the reflectance may decrease if the surface is not smooth. The reflective layer 5 is not necessarily a metal as long as it has a function of reflecting light. However, if the reflective layer 5 is generally a metal having good thermal conductivity, the heat generated in the gallium nitride-based compound semiconductor layer 1 can be reduced. It is preferable because heat can be radiated well through the reflective layer 5.

上記構成において、透光性導電層２と導電層３とに順方向バイアス電圧を印加することによって窒化ガリウム系化合物半導体層１にバイアス電流を流して発光層１ａで波長350〜400ｎｍ程度の紫外〜近紫外光を発生させ、その発光層１ａから出射された紫外〜近紫外光の内、反射層５側に出射される光を反射層５により窒化ガリウム系化合物半導体層１の一方主面１ｂ１側に反射させ、透光性導電層２により発光層１ａで出射された紫外〜近紫外光および反射層５により反射された紫外〜近紫外光を透過させて発光素子の外側にその紫外〜近紫外光を取り出すように動作する。   In the above configuration, by applying a forward bias voltage to the translucent conductive layer 2 and the conductive layer 3, a bias current is passed through the gallium nitride-based compound semiconductor layer 1 so that the light emitting layer 1a has a wavelength of about 350 to 400 nm. One of the main surfaces 1b1 side of the gallium nitride compound semiconductor layer 1 is generated by the reflection layer 5 from the ultraviolet to near-ultraviolet light emitted from the light emitting layer 1a. And transmits ultraviolet to near-ultraviolet light emitted from the light-emitting layer 1a by the translucent conductive layer 2 and ultraviolet to near-ultraviolet light reflected by the reflective layer 5, and transmits the ultraviolet to near-ultraviolet light outside the light-emitting element. Operates to extract light.

このように、発光層１ａから出射された光および反射層５により反射された光が窒化ガリウム系化合物半導体層１の一方主面側１ｂ１から出射されるまでの経路に基板４がないため、これらの光を基板４に吸収されることなく出射させることができる。その結果、本発明の第１の発光素子によれば、反射層５および透光性導電層２が発光層１ａから出射された紫外〜近紫外光を窒化ガリウム系化合物半導体層１の一方主面１ｂ１側に効率良く反射し、その反射した光を窒化ガリウム系化合物半導体層１の一方主面１ｂ１側から基板４に吸収されることなく出射させる働きをするため、発光層１ａの内部で発生した光を発散させずに窒化ガリウム系化合物半導体層１の一方主面１ｂ１側に集中させて効率良く取り出すことができるので、窒化ガリウム系化合物半導体層１の一方主面１ｂ１側からの光取り出し効率が大きく改善され、小さい電力で良好な発光強度を得ることができる高性能なものとなる。   Thus, since there is no substrate 4 in the path | route until the light radiate | emitted from the light emitting layer 1a and the light reflected by the reflection layer 5 are radiate | emitted from the one main surface side 1b1 of the gallium nitride type compound semiconductor layer 1, these are Can be emitted without being absorbed by the substrate 4. As a result, according to the first light emitting device of the present invention, the reflective layer 5 and the translucent conductive layer 2 emit ultraviolet light to near ultraviolet light emitted from the light emitting layer 1a on one main surface of the gallium nitride compound semiconductor layer 1. The light is efficiently reflected on the 1b1 side, and the reflected light is emitted from the one main surface 1b1 side of the gallium nitride compound semiconductor layer 1 without being absorbed by the substrate 4, so that the light is generated inside the light emitting layer 1a. Since light can be efficiently extracted by being concentrated on the one main surface 1b1 side of the gallium nitride compound semiconductor layer 1 without diverging light, the light extraction efficiency from the one main surface 1b1 side of the gallium nitride compound semiconductor layer 1 is improved. The performance is greatly improved and high light emission intensity can be obtained with low power.

さらに、反射層５を基板４が除去された面にエピタキシャル成長によらずに設けることができるため、反射層５の材質や作製プロセスを光学的な見地から種々選択することができるので、反射特性が向上するように反射層５の材質や表面形状等を適切なものとすることができる。このような反射層５を用いることより、本発明の第１の発光素子によれば、発光層１ａの内部で発生した光を窒化ガリウム系化合物半導体層１の他方主面１ｃ１側で効率良く反射させることができるため、窒化ガリウム系化合物半導体層１の一方主面１ｂ１側からの光取り出し効率が大きく改善され、小さな電力で良好な発光強度を得ることができる高性能なものとなる。   Furthermore, since the reflective layer 5 can be provided on the surface from which the substrate 4 has been removed without relying on epitaxial growth, the material and manufacturing process of the reflective layer 5 can be variously selected from an optical standpoint. The material, surface shape, etc. of the reflective layer 5 can be made appropriate so as to improve. By using such a reflective layer 5, according to the first light emitting device of the present invention, the light generated inside the light emitting layer 1 a is efficiently reflected on the other main surface 1 c 1 side of the gallium nitride compound semiconductor layer 1. Therefore, the light extraction efficiency from the one main surface 1b1 side of the gallium nitride-based compound semiconductor layer 1 is greatly improved, and a high performance capable of obtaining a good emission intensity with a small electric power is obtained.

また、図１に示すように、反射層５上に基体９が接合されていてもよい。この基体９は、窒化ガリウム系化合物半導体層１の他方主面１ｃ１側からそれを形成するために用いた基板４を除去した後、その基板４を除去した面に反射層５を介して接合されるものである。このような本発明の第１の発光素子によれば、基体９により窒化ガリウム系化合物半導体層１を機械的に補強することができるため高強度で取り扱いが容易なものとなり、その結果、信頼性が高く、かつ生産性の高いものとなる。例えば、基体９が窒化ガリウム系化合物半導体層１を実装用基板等に実装する際に窒化ガリウム系化合物半導体層１の土台として機能して、発光素子を機械的に実装用基板等に確実に固着させることができる。   Further, as shown in FIG. 1, a substrate 9 may be bonded on the reflective layer 5. The substrate 9 is bonded to the surface from which the substrate 4 is removed via the reflective layer 5 after removing the substrate 4 used to form the gallium nitride compound semiconductor layer 1 from the other main surface 1c1 side. Is. According to such a first light emitting device of the present invention, the gallium nitride compound semiconductor layer 1 can be mechanically reinforced by the base 9, so that it becomes easy to handle with high strength. And high productivity. For example, the base 9 functions as a base of the gallium nitride compound semiconductor layer 1 when the gallium nitride compound semiconductor layer 1 is mounted on a mounting substrate or the like, and the light emitting element is securely fixed to the mounting substrate or the like mechanically. Can be made.

このような基体９は、基板４のように窒化ガリウム系化合物半導体層１をエピタキシャル成長させる必要がないため、材質を自由に選択することができる。このため、基体９として、例えば熱伝導特性として放熱性が、電気伝導特性として導電性が、機械的特性として応力に対する強度がいずれも最適となるような材質を選択することができるが、シリコン（Ｓｉ）が好適である。シリコン（Ｓｉ）は、機械的特性の一つである加工性の点で優れている。このため、このような材質からなる基体９を用いることにより、ウエハレベルで発光素子を作製した後、各発光素子の分離位置でダイシング加工等により基体９を分断して、個々の発光素子を容易に切り出すことができるので、量産性に優れたものとすることができる。また、シリコン（Ｓｉ）はドーパントを混入させることにより、電気伝導性を導電性にも半絶縁性にもすることができる。このため、例えば基板９を介して第２導電型半導体層１ｃに直流電圧を供給したい場合には基板９を導電性のものとすればよく、交流電圧を印加したい場合には半絶縁性のものとすればよい。このように半絶縁性の基体９を用いた発光素子は、誘電損失が少なくなるため印加する交流電圧の損失が少なくて効率のよいものとすることができる。   Since such a substrate 9 does not require the epitaxial growth of the gallium nitride compound semiconductor layer 1 unlike the substrate 4, the material can be freely selected. For this reason, for example, a material can be selected as the base 9 such that the heat dissipation characteristic is heat dissipation, the electric conduction characteristic is conductivity, and the mechanical characteristic is the optimum strength against stress. Si) is preferred. Silicon (Si) is excellent in terms of workability, which is one of mechanical characteristics. For this reason, by using the substrate 9 made of such a material, after the light emitting element is manufactured at the wafer level, the substrate 9 is divided by dicing or the like at the separation position of each light emitting element, so that each light emitting element can be easily manufactured. Therefore, it can be made excellent in mass productivity. Silicon (Si) can be made conductive or semi-insulating by mixing a dopant. For this reason, for example, when it is desired to supply a DC voltage to the second conductivity type semiconductor layer 1c through the substrate 9, the substrate 9 may be conductive, and when an AC voltage is to be applied, it is semi-insulating. And it is sufficient. Thus, the light-emitting element using the semi-insulating base 9 has a low dielectric loss, and therefore can be made efficient with a low loss of the applied AC voltage.

また、基体９の材質は、シリコン（Ｓｉ）の他にも窒化アルミニウム（ＡｌＮ），炭化珪素（ＳｉＣ），銅（Ｃｕ），銅−タングステン合金（Ｃｕ−Ｗ）等を用いれば特に放熱性に優れたものとすることができるので好ましいが、その他の特性において一長一短があるので用途に応じて適切なものを選択するようにすればよい。   In addition to silicon (Si), the base 9 is made of aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC), copper (Cu), copper-tungsten alloy (Cu-W), etc., so that the heat dissipation is particularly good. Although it can be made excellent, it is preferable, but since there are advantages and disadvantages in other characteristics, an appropriate one may be selected according to the application.

このような基体９を用いることで、基体９が窒化ガリウム系化合物半導体層１を機械的に補強することにより高強度で取り扱いが容易なものとできることに加え、基体９として放熱性の優れたものを用いれば、窒化ガリウム系化合物半導体層１で発生した熱を反射層５および基体９を介して実装用基板等に逃がすことにより発光素子の信頼性を高いものとすることができ、導電性の高いものを用いれば、実装用基板側から窒化ガリウム系化合物半導体層１に電気的接続をとることができ実装の容易なものとすることができ、半絶縁性のものを用いれば、実装用基板との絶縁性を確保することができるものとなる。   By using such a base 9, the base 9 mechanically reinforces the gallium nitride compound semiconductor layer 1 so that the base 9 can be easily handled with high strength, and the base 9 has excellent heat dissipation. Can release the heat generated in the gallium nitride-based compound semiconductor layer 1 to the mounting substrate or the like through the reflective layer 5 and the base 9, thereby increasing the reliability of the light emitting element. If a higher one is used, electrical connection can be made to the gallium nitride compound semiconductor layer 1 from the mounting substrate side, and mounting can be facilitated. If a semi-insulating one is used, a mounting substrate can be obtained. Insulating properties can be ensured.

次に、図２に示す本発明の参考例の発光素子は、発光層１ａを含むエピタキシャル成長させた窒化ガリウム系化合物半導体層１と、この窒化ガリウム系化合物半導体層１の一方主面１ｂ１に形成された第１の導電層７と、窒化ガリウム系化合物半導体層１をエピタキシャル成長させるために用いた基板４が除去された窒化ガリウム系化合物半導体層１の他方主面１ｃ１に形成された第２の導電層８とを具備し、第１および第２の導電層７，８のいずれか一方が透光性導電層であり、他方が反射層であるものとしている構成である。なお、この例では、第１の導電層７が透光性導電層であり、第２の導電層８が反射層であるものとしたが、第１の導電層７を反射層とし、第２の導電層８を透光性導電層としてもよ
い。 Next, the light emitting device of the reference example of the present invention shown in FIG. 2 is formed on the epitaxially grown gallium nitride compound semiconductor layer 1 including the light emitting layer 1a and one main surface 1b1 of the gallium nitride compound semiconductor layer 1. The first conductive layer 7 and the second conductive layer formed on the other main surface 1c1 of the gallium nitride compound semiconductor layer 1 from which the substrate 4 used for epitaxial growth of the gallium nitride compound semiconductor layer 1 has been removed. 8 and one of the first and second conductive layers 7 and 8 is a translucent conductive layer, and the other is a reflective layer. In this example, the first conductive layer 7 is a translucent conductive layer and the second conductive layer 8 is a reflective layer. However, the first conductive layer 7 is a reflective layer, and the second conductive layer 7 is a reflective layer. The conductive layer 8 may be a translucent conductive layer.

さらに具体的には、この構成において、窒化ガリウム系化合物半導体層１は発光層１ａを、一方主面１ｂ１側に配置された第１導電型半導体層（この例ではｐ型半導体層）１ｂおよび他方主面１ｃ１側に配置された第２導電型半導体層（この例ではｎ型半導体層）１ｃで挟んだものとしている。   More specifically, in this configuration, the gallium nitride compound semiconductor layer 1 includes a light emitting layer 1a, a first conductivity type semiconductor layer (p-type semiconductor layer in this example) 1b disposed on one main surface 1b1 side, and the other side. It is assumed that it is sandwiched between second conductive semiconductor layers (in this example, n-type semiconductor layers) 1c disposed on the main surface 1c1 side.

上記構成において、透光性導電層である第１の導電層７は、上記本発明の第１の発光素子における透光性導電層２と同様の構成であり、同様の材質を用いることができる。   In the above structure, the first conductive layer 7 which is a light-transmitting conductive layer has the same structure as the light-transmitting conductive layer 2 in the first light-emitting element of the present invention, and the same material can be used. .

また、反射層である第２の導電層８は、上記本発明の第１の発光素子における導電層３および反射層５の機能を兼ね備えた働きをするものであり、第２導電型半導体層１ｃに良好なオーミック接合をとることができるとともに発光層１ａで発生させた光を損失なく反射させることができる材質から成る滑らかな層状のものとしている。   The second conductive layer 8 which is a reflective layer functions to have the functions of the conductive layer 3 and the reflective layer 5 in the first light emitting device of the present invention, and the second conductive semiconductor layer 1c. In addition, it has a smooth layer structure made of a material that can form a good ohmic junction and can reflect the light generated in the light emitting layer 1a without loss.

そのような材質のものとしては、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），酸化錫（ＳｎＯ２），酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ），酸化インジウム錫（ＩＴＯ），金−シリコン合金（Ａｕ−Ｓｉ），金−ゲルマニウム合金（Ａｕ−Ｇｅ），金−亜鉛合金（Ａｕ−Ｚｎ），金−ベリリウム合金（Ａｕ−Ｂｅ）等の薄膜を用いればよい。中でも、アルミニウム（Ａｌ）または銀（Ａｇ）は、発光層１ａが発する青色または紫外の光に対して反射率が高いので好適である。また、上記材質の中から選択した複数層を積層したものとしても構わない。なお、第２の導電層８の表面は必ずしも完璧に滑らかでなくてもよいが、滑らかでないと反射率が低下することがあるので注意を要する。 Examples of such materials include aluminum (Al), titanium (Ti), nickel (Ni), chromium (Cr), indium (In), tin (Sn), molybdenum (Mo), silver (Ag), Gold (Au), niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), platinum (Pt), lead (Pb), beryllium (Be), tin oxide (SnO 2 ), indium oxide (In 2 O), Thin films of indium tin oxide (ITO), gold-silicon alloy (Au-Si), gold-germanium alloy (Au-Ge), gold-zinc alloy (Au-Zn), gold-beryllium alloy (Au-Be), etc. Use it. Among these, aluminum (Al) or silver (Ag) is preferable because it has high reflectance with respect to blue or ultraviolet light emitted from the light emitting layer 1a. Further, a plurality of layers selected from the above materials may be laminated. Note that the surface of the second conductive layer 8 does not necessarily have to be perfectly smooth. However, if the surface is not smooth, the reflectance may be lowered.

本発明の参考例の発光素子は、上記構成とすることから、窒化ガリウム系化合物半導体層１を挟んでいる反射層および透光性導電層である第１および第２の導電層７，８が、発光層１ａから第２の導電層８側に出射された光を第１の導電層７側に反射し、その反射した光を第１の導電層７側から基板４に吸収されることなく出射させる働きをするため、発光層１ａの内部で発生した光を発散させずに所望の方向（この例では第１の導電層７（２）側）に集中させて効率良く取り出すことができるので、窒化ガリウム系化合物半導体層１の透光性導電層７（２）側からの光取り出し効率がより大きく改善され、小さい電力で良好な発光強度を得ることができる高性能なものとなる。 Since the light-emitting element of the reference example of the present invention has the above-described configuration, the first and second conductive layers 7 and 8 that are the reflective layer and the translucent conductive layer sandwiching the gallium nitride compound semiconductor layer 1 are provided. The light emitted from the light emitting layer 1a to the second conductive layer 8 side is reflected to the first conductive layer 7 side, and the reflected light is not absorbed by the substrate 4 from the first conductive layer 7 side. Since it functions to emit light, it can be efficiently extracted by concentrating it in a desired direction (in this example, the first conductive layer 7 (2) side) without diverging the light generated inside the light emitting layer 1a. The light extraction efficiency from the light-transmitting conductive layer 7 (2) side of the gallium nitride-based compound semiconductor layer 1 is greatly improved, and a high performance capable of obtaining a good light emission intensity with a small power.

また、第１および第２の導電層７，８は両方とも、窒化ガリウム系化合物半導体層１にエピタキシャル成長によらずに設けることができるため、反射層および透光性導電層である第１および第２の導電層７，８に用いる材質や作製プロセスを光学的な見地から種々選択することができるので、反射層で反射する光の反射特性および透光性導電層を透過する光の透過特性が向上するように第１および第２の導電層７，８の材質や表面形状等をそれぞれ適切なものとすることができる。このような第１および第２の導電層７，８を用いることより、本発明の参考例の発光素子によれば、発光層１ａの内部で発生した光を第２の導電層８で効率良く反射して、この反射した光を第１の導電層７側から効率よく取り出すことができるので光取り出し効率が大きく改善され、小さな電力で良好な発光強度を得ることができる高性能なものとなる。 In addition, since both the first and second conductive layers 7 and 8 can be provided on the gallium nitride compound semiconductor layer 1 without using epitaxial growth, the first and second conductive layers, which are the reflective layer and the translucent conductive layer, are provided. The materials and manufacturing processes used for the two conductive layers 7 and 8 can be variously selected from an optical standpoint, so that the reflection characteristics of light reflected by the reflection layer and the transmission characteristics of light transmitted through the light-transmitting conductive layer can be obtained. The material and surface shape of the first and second conductive layers 7 and 8 can be made appropriate so as to improve. By using such first and second conductive layers 7 and 8, according to the light emitting device of the reference example of the present invention, the light generated inside the light emitting layer 1 a can be efficiently generated by the second conductive layer 8. The reflected light can be efficiently extracted from the first conductive layer 7 side by reflection, so that the light extraction efficiency is greatly improved, and a high performance can be obtained that can obtain a good emission intensity with a small electric power. .

さらに、本発明の参考例の発光素子によれば、第１および第２の導電層７，８は窒化ガリウム系化合物半導体層１にバイアス電圧を印加するように、窒化ガリウム系化合物半導体層１の両主面１ｂ１，１ｃ１を挟むように配置されているため、第１および第２の導電層７，８により窒化ガリウム系化合物半導体層１に均一なバイアス電流を流すことができ、その結果、発光層１ａ全面において良好に発光させることができるので、小さい電力でさらに良好な発光強度を得ることができる高性能なものとなる。 Furthermore, according to the light emitting device of the reference example of the present invention, the first and second conductive layers 7 and 8 are formed on the gallium nitride compound semiconductor layer 1 so that a bias voltage is applied to the gallium nitride compound semiconductor layer 1. Since the two main surfaces 1b1 and 1c1 are sandwiched, the first and second conductive layers 7 and 8 allow a uniform bias current to flow through the gallium nitride compound semiconductor layer 1, resulting in light emission. Since light can be emitted satisfactorily on the entire surface of the layer 1a, it is possible to obtain a high performance capable of obtaining a better light emission intensity with a small electric power.

また、本発明の参考例の発光素子によれば、第２導電型半導体層１ｃに発光層１ａおよ
び第１導電型半導体層１ｂが形成されていない領域を設けてこの領域に導電層３を形成しなくてもよいので、発光層１ａと第１の導電層７の光取り出し部分との面積を大きくすることができ、その結果、良好な発光強度を得ることができる。また、第２導電型半導体層１ｃに発光層１ａおよび第１導電型半導体層１ｂが形成されていない領域を設ける工程をなくすことができ、製造が簡単なものとなる。 Further, according to the light emitting device of the reference example of the present invention, the second conductive semiconductor layer 1c is provided with the region where the light emitting layer 1a and the first conductive semiconductor layer 1b are not formed, and the conductive layer 3 is formed in this region. Therefore, the area between the light emitting layer 1a and the light extraction portion of the first conductive layer 7 can be increased, and as a result, good light emission intensity can be obtained. Further, it is possible to eliminate the step of providing a region where the light emitting layer 1a and the first conductivity type semiconductor layer 1b are not formed in the second conductivity type semiconductor layer 1c, and the manufacturing becomes simple.

また、本発明の参考例の発光素子は、反射層である第２の導電層８上に基体９が接合されていてもよい。この基体９は上記本発明の第１の発光素子の場合と同様の材質を用いることができ、同様の作用効果を有するものであるが、この場合には、導電性の材質とすることが望ましい。導電性を有する基体９を用いることにより、発光素子を実装する実装用基板側から基体９，第２の導電層８を介して窒化ガリウム系化合物半導体層１に電気的接続を取ることができ、実装の容易なものとすることができる。 In the light emitting device of the reference example of the present invention, the base 9 may be bonded on the second conductive layer 8 which is a reflective layer. The substrate 9 can be made of the same material as that of the first light emitting element of the present invention, and has the same function and effect. In this case, it is desirable to use a conductive material. . By using the base 9 having conductivity, electrical connection can be established from the mounting substrate side on which the light emitting element is mounted to the gallium nitride compound semiconductor layer 1 via the base 9 and the second conductive layer 8. It can be easy to mount.

また、図１に示す本発明の第１の発光素子および図２に示す本発明の参考例の発光素子は、上記各構成に対して、透光性導電層２もしくは透光性導電層である第１の導電層７の上に、または透光性導電層２もしくは透光性導電層である第１の導電層７と窒化ガリウム系化合物半導体層１との間に反射防止層（図示せず）を形成してもよい。 In addition, the first light-emitting element of the present invention shown in FIG. 1 and the light-emitting element of the reference example of the present invention shown in FIG. An antireflection layer (not shown) is formed on the first conductive layer 7 or between the transmissive conductive layer 2 or the first conductive layer 7 which is a transmissive conductive layer and the gallium nitride compound semiconductor layer 1. ) May be formed.

反射防止層は、透光性導電層２もしくは透光性導電層である第１の導電層７の上に、または透光性導電層２もしくは透光性導電層である第１の導電層７と窒化ガリウム系化合物半導体層１との間に例えば石英（ＳｉＯ２），アルミナ（Ａｌ２Ｏ）またはポリカーボネート等の誘電体を単層もしくは多層に形成すればよい。この場合には、窒化ガリウム系化合物半導体層１側から次第に屈折率が小さくなるようにしたり、反射防止層の膜厚を発光層１ａで発生した紫外〜近紫外光の反射防止層内における波長の４分の１程度となるようにしたりすればよい。これにより、反射防止層内において多重反射する光が互いに弱め合って干渉しやすくなり、定在波が発生しにくくなる。 The antireflection layer is formed on the light-transmitting conductive layer 2 or the first conductive layer 7 that is a light-transmitting conductive layer, or the light-transmitting conductive layer 2 or the first conductive layer 7 that is a light-transmitting conductive layer. For example, a dielectric such as quartz (SiO 2 ), alumina (Al 2 O), or polycarbonate may be formed between the gallium nitride compound semiconductor layer 1 and a single layer or multiple layers. In this case, the refractive index is gradually decreased from the gallium nitride-based compound semiconductor layer 1 side, or the film thickness of the antireflection layer is changed to the wavelength in the antireflection layer of ultraviolet to near ultraviolet light generated in the light emitting layer 1a. What is necessary is just to make it become about 1/4. As a result, the multiple reflected lights in the antireflection layer weaken each other and easily interfere with each other, and a standing wave is less likely to be generated.

上記のように反射防止層を設けたときには、反射防止層により、窒化ガリウム系化合物半導体層１の内部で発生した紫外〜近紫外光を窒化ガリウム系化合物半導体層１の反射層５もしくは反射層である第２の導電層８が形成されている面側に反射することなく透過させることができるため、窒化ガリウム系化合物半導体層１の内部で多重反射することにより減衰する光を減らして透光性導電層２もしくは第１の導電層７側に効率良く光を取り出すことができるので、光取り出し効率をさらに向上させることができる。また、このような反射防止層をエピタキシャル成長によらずに設けることができるので、反射防止層に用いられる材質や作製プロセスを光学的な見地から種々選択することができるという利点もあり、反射防止層を透過する光の透過特性が向上するように反射防止層の屈折率や表面形状等を適切なものとして光取り出し面である透光性導電層２もしくは第１の導電層７側に効率良く光を取り出すことができる。   When the antireflection layer is provided as described above, ultraviolet to near-ultraviolet light generated inside the gallium nitride compound semiconductor layer 1 is generated by the reflection layer 5 or the reflection layer of the gallium nitride compound semiconductor layer 1 by the antireflection layer. Since light can be transmitted without reflecting to the surface side on which the second conductive layer 8 is formed, light that attenuates due to multiple reflection inside the gallium nitride-based compound semiconductor layer 1 is reduced, and the light-transmitting property is reduced. Since light can be extracted efficiently to the conductive layer 2 or the first conductive layer 7 side, the light extraction efficiency can be further improved. Further, since such an antireflection layer can be provided without using epitaxial growth, there is an advantage that various materials and manufacturing processes used for the antireflection layer can be selected from an optical standpoint. In order to improve the transmission characteristics of light that passes through the light-transmitting layer, the refractive index, surface shape, etc. of the antireflection layer are made appropriate so that the light is efficiently transmitted to the light-transmitting conductive layer 2 or the first conductive layer 7 side. Can be taken out.

また、このような反射防止層に対して、例えば主面に基部より頂部が小さくなっている多数の突起または開口部より底部が小さくなっている多数の窪みを形成してもよい。このような反射防止層の突起または窪みの構造は、具体的には、多角錐状または円錐状のものとすればよい。なお、多角錐状または円錐状とは、多角錐および円錐に加えて多角錐または円錐の斜面が任意の断面において変曲点を持たない曲線となっているようなものも含む。また、多角錐状および円錐状のいずれかのものに対してその頂部を平面状としたものとしても構わない。また、反射防止層の突起または窪みは半球状としても構わない。半球状とは、半球に加えて半球の斜面が任意の断面において変曲点を持たない曲線となっているようなものも含む。また、基部または開口部の幅は、発光層１ａで発生した紫外〜近紫外光の反射防止層における波長に対して１倍以下とし、基部から頂部または開口部から底部までの高さはその１倍以上とすればよい。   In addition, for example, a large number of protrusions whose top portion is smaller than the base portion or a large number of depressions whose bottom portion is smaller than the opening portion may be formed on the main surface. Specifically, the structure of the protrusion or the depression of the antireflection layer may be a polygonal pyramid shape or a conical shape. Note that the polygonal pyramid or conical shape includes a polygonal pyramid or a cone having a curved surface having no inflection point in an arbitrary cross section in addition to the polygonal pyramid and the cone. Moreover, it is good also as what made the top part planar shape with respect to either a polygonal pyramid shape or a cone shape. Further, the protrusion or depression of the antireflection layer may be hemispherical. The hemispherical shape includes not only a hemisphere but also a slope whose hemisphere has a curved line having no inflection point in an arbitrary cross section. In addition, the width of the base or opening is set to be not more than 1 times the wavelength in the antireflection layer of ultraviolet to near ultraviolet light generated in the light emitting layer 1a, and the height from the base to the top or from the opening to the bottom is 1 It should be more than double.

このような突起または窪みは、フォトリソグラフィ技術と乾式もしくは湿式エッチング技術とを用いてエッチングすることにより形成すればよい。このような突起または窪みは反射防止層の表面に対してできるだけ隙間なく多く形成すればよい。   Such protrusions or depressions may be formed by etching using a photolithography technique and a dry or wet etching technique. What is necessary is just to form as many such protrusions or depressions as possible with no gap with respect to the surface of the antireflection layer.

なお、このような反射防止層を透光性導電層２もしくは透光性導電層である第１の導電層７と窒化ガリウム系化合物半導体層１との間に形成する場合には、窒化ガリウム系化合物半導体層１の一方主面１ｂ１側の面をフォトリソグラフィ技術と乾式もしくは湿式エッチング技術とを用いてエッチングすることにより窒化ガリウム系化合物半導体層１の一部（第１導電型半導体層１ｂの一部）に上述の突起または窪みを形成してもよい。このときには、窒化ガリウム系化合物半導体層１を厚さ方向で見たときに、突起または窪みによる凹凸が形成された部位を反射防止層とする。   When such an antireflection layer is formed between the light-transmitting conductive layer 2 or the first conductive layer 7 which is a light-transmitting conductive layer and the gallium nitride-based compound semiconductor layer 1, a gallium nitride-based layer is used. A part of the gallium nitride-based compound semiconductor layer 1 (one of the first conductivity type semiconductor layer 1b) is etched by etching the surface on the one main surface 1b1 side of the compound semiconductor layer 1 using a photolithography technique and a dry or wet etching technique. The above-described protrusions or depressions may be formed in the portion). At this time, when the gallium nitride-based compound semiconductor layer 1 is viewed in the thickness direction, the portion where the projections or depressions are formed is used as the antireflection layer.

反射防止層がこのような突起または窪みを有しているときには、突起または窪みが、反射防止層に斜め方向から入射する光に対しても、突起または窪みの表面に入射する光の入射角を臨界角より大きくして反射を防ぐ働きをするため、反射防止層に斜め方向から入射する光を透過させることができ、反射防止層を透過させることができる反射防止層に対する光の入射角の範囲を広くすることができるので、さらに光取り出し効率を一層向上させることができる。   When the antireflection layer has such protrusions or depressions, the incident angle of light incident on the surface of the protrusions or depressions can be reduced even when the protrusions or depressions enter the antireflection layer from an oblique direction. Since it works to prevent reflection by making it larger than the critical angle, light incident on the antireflection layer from an oblique direction can be transmitted, and the range of the incident angle of light to the antireflection layer that can transmit the antireflection layer Therefore, the light extraction efficiency can be further improved.

次に、図１に示す第１の発光素子を例にとり、本発明の参考例の発光素子の第１の製造方法を説明する。図３（ａ）〜（ｇ）はそれぞれ本発明の参考例の第１の発光素子の製造方法の各工程を示す断面図であり、基板４上に発光層１ａを含む窒化ガリウム系化合物半導体層１をエピタキシャル成長させる工程と、窒化ガリウム系化合物半導体層１上に透光性導電層２を形成する工程と、透光性導電層２上を保護した状態で窒化ガリウム系化合物半導体層１から基板４を除去する工程と、窒化ガリウム系化合物半導体層１の基板４を除去した面に反射層５を形成する工程とを示すものである。 Next, taking the first light emitting element shown in FIG. 1 as an example, a first method for manufacturing a light emitting element of a reference example of the present invention will be described. 3 (a) to 3 (g) are cross-sectional views showing respective steps of the first light emitting device manufacturing method of the reference example of the present invention, and a gallium nitride compound semiconductor layer including the light emitting layer 1a on the substrate 4. FIG. The step of epitaxially growing 1, the step of forming a translucent conductive layer 2 on the gallium nitride compound semiconductor layer 1, and the substrate 4 from the gallium nitride compound semiconductor layer 1 while protecting the translucent conductive layer 2 And a step of forming the reflective layer 5 on the surface of the gallium nitride compound semiconductor layer 1 from which the substrate 4 has been removed.

具体的には、図３（ａ）に示すように、基板４上に窒化ガリウム系化合物半導体層１を、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によってエピタキシャル成長させる。窒化ガリウム系化合物半導体層１は、基板４上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または窒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＮ）から成るバッファー層（図示せず）を介して、第１のｎ型クラッド層と第２のｎ型クラッド層とが順次積層されてなる第２導電型半導体層１ｃが形成され、その上に、障壁層で挟まれた井戸層から成る量子井戸層が複数回繰り返し積層された超格子である多層量子井戸層（ＭＱＷ）である発光層１ａが形成されており、さらにその上に、第１のｐ型クラッド層と第２のｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層とが順次積層されてなる第１導電型半導体層１ｂが形成されている。これらバッファー層および窒化ガリウム系化合物半導体層１は、さらに具体的には、例えば次のように作製すればよい。バッファー層は基板温度を400〜950℃として基板４上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または窒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＮ）を20〜300ｎｍ程度の厚さで作製すればよい。また、第１のｎ型クラッド層は基板温度を950〜1150℃程度としてバッファー層上に窒化ガリウム（ＧａＮ）を数μｍ程度（例えば１〜５μｍ）の厚さで作製すればよい。また、第２のｎ型クラッド層は基板温度を700℃程度として第１のｎ型クラッド層上に窒化インジウム・ガリウム（Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ）を0.1〜１μｍ程度の厚さで作製すればよい。また、多層量子井戸層（発光層１ａ）は基板温度を700℃程度として、厚さ10〜100ｎｍ程度の窒化インジウム・ガリウム（Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ）から成る障壁層と厚さ10〜100ｎｍ程度の窒化インジウム・ガリウム（Ｉｎ０．１１Ｇａ０．８９Ｎ）から成る井戸層とを順次作製し、さらにこの上にこの障壁層および井戸層と同じ厚さおよび同じ組成の障壁層と井戸層とを例えば２回繰り返して作製して、最後にこの障壁層と同じ厚さおよび同じ組成の障壁層がくるように作製すればよい。また、第１のｐ型クラッド層は基板温度を700℃程度として多層量子井戸層の障壁層上に窒化アルミニウム・ガリウム（Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ）を50〜300ｎｍ程度の厚さで作製すればよい。また、第２のｐ型クラッド層は基板温度を820℃程度として第１のｐ型クラッド層上に窒化アルミニウム・ガリウム（Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ）を50〜300ｎｍ程度の厚さで作製すればよい。また、ｐ型コンタクト層は基板温度を820〜1050℃程度として第２のｐ型クラッド層上に窒化ガリウム（ＧａＮ）を0.1〜１μｍ程度の厚さで作製すればよい。なお、基板４の材質としては、サファイア，炭化珪素（ＳｉＣ）とすればよいが、硼化ジルコニウム（ＺｒＢ２）または硼化チタン（ＴｉＢ２）等の硼化物単結晶とすれば、基板４と窒化ガリウム系化合物半導体層１との間で格子定数が整合するため、結晶品質が良好な窒化ガリウム系化合物半導体層１を形成することができるので好ましい。 Specifically, as shown in FIG. 3A, the gallium nitride compound semiconductor layer 1 is epitaxially grown on the substrate 4 by, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). The gallium nitride compound semiconductor layer 1 includes a first n-type cladding layer and a second layer on a substrate 4 via a buffer layer (not shown) made of aluminum nitride (AlN) or aluminum gallium nitride (AlGaN). A superlattice in which a second conductivity type semiconductor layer 1c is formed by sequentially laminating an n-type cladding layer, and a quantum well layer composed of a well layer sandwiched between barrier layers is repeatedly laminated a plurality of times. A light emitting layer 1a which is a multilayer quantum well layer (MQW) is formed, and a first p-type cladding layer, a second p-type cladding layer, and a p-type contact layer are sequentially stacked thereon. A first conductivity type semiconductor layer 1b is formed. More specifically, the buffer layer and the gallium nitride-based compound semiconductor layer 1 may be manufactured as follows, for example. The buffer layer may be formed with a substrate temperature of 400 to 950 ° C. and aluminum nitride (AlN) or aluminum gallium nitride (AlGaN) with a thickness of about 20 to 300 nm on the substrate 4. In addition, the first n-type cladding layer may be formed with a substrate temperature of about 950 to 1150 ° C. and a thickness of about several μm (for example, 1 to 5 μm) of gallium nitride (GaN) on the buffer layer. The second n-type cladding layer has a substrate temperature of about 700 ° C. and indium gallium nitride (In 0.02 Ga 0.98 N) with a thickness of about 0.1 to 1 μm on the first n-type cladding layer. What is necessary is just to produce. The multilayer quantum well layer (light emitting layer 1a) has a substrate temperature of about 700 ° C., a barrier layer made of indium gallium nitride (In 0.01 Ga 0.99 N) and a thickness of about 10 to 100 nm. A well layer made of indium gallium nitride (In 0.11 Ga 0.89 N) of about ˜100 nm, and a barrier layer having the same thickness and the same composition as the barrier layer and the well layer; The well layer may be formed, for example, twice, and finally, the barrier layer having the same thickness and the same composition as the barrier layer may be formed. The first p-type cladding layer has a substrate temperature of about 700 ° C., and a thickness of about 50 to 300 nm of aluminum nitride / gallium (Al 0.2 Ga 0.8 N) on the barrier layer of the multilayer quantum well layer. What is necessary is just to produce. The second p-type cladding layer has a substrate temperature of about 820 ° C. and aluminum nitride / gallium (Al 0.2 Ga 0.8 N) on the first p-type cladding layer with a thickness of about 50 to 300 nm. What is necessary is just to produce. Further, the p-type contact layer may be formed with a substrate temperature of about 820 to 1050 ° C. and gallium nitride (GaN) with a thickness of about 0.1 to 1 μm on the second p-type cladding layer. The material of the substrate 4 may be sapphire or silicon carbide (SiC), but if a boride single crystal such as zirconium boride (ZrB 2 ) or titanium boride (TiB 2 ) is used, Since the lattice constant matches with the gallium nitride compound semiconductor layer 1, the gallium nitride compound semiconductor layer 1 with good crystal quality can be formed, which is preferable.

次に、図３（ｂ）に示すように、窒化ガリウム系化合物半導体層１の一方主面１ｂ１に透光性導電層２を真空蒸着やスパッタリングにより形成する。また、透光性導電層２上の一部には、電極パッド６を真空蒸着やスパッタリングにより形成している。   Next, as shown in FIG. 3B, a translucent conductive layer 2 is formed on one main surface 1b1 of the gallium nitride compound semiconductor layer 1 by vacuum deposition or sputtering. Further, an electrode pad 6 is formed on a part of the translucent conductive layer 2 by vacuum deposition or sputtering.

次に、図３（ｃ）に示すように、透光性導電層２および窒化ガリウム系化合物半導体層１の一部を第２導電型半導体層１ｃの表面が露出するまでエッチングして、その表面に導電層３を形成する工程を設けることが好ましい。また、第２導電型半導体層１ｃを形成した後に導電層３を形成する部位にマスクを形成することにより、第２導電型半導体層１ｃに発光層１ａおよび第１導電型半導体層１ｂが形成されていない領域を設けて、その領域に導電層３を形成してもよい。このように、導電層３を形成することにより、発光素子を実装用基板等に実装するときに、透光性導電層２と導電層３とが同じ向きに形成されていることで、実装が容易になる。なお、導電層３は透光性導電層２を形成する前に形成してもよい。   Next, as shown in FIG. 3C, a part of the light-transmitting conductive layer 2 and the gallium nitride compound semiconductor layer 1 is etched until the surface of the second conductivity type semiconductor layer 1c is exposed, It is preferable to provide a step of forming the conductive layer 3. In addition, a light emitting layer 1a and a first conductive type semiconductor layer 1b are formed on the second conductive type semiconductor layer 1c by forming a mask at a portion where the conductive layer 3 is formed after the second conductive type semiconductor layer 1c is formed. A region not formed may be provided, and the conductive layer 3 may be formed in that region. Thus, by forming the conductive layer 3, when the light emitting element is mounted on a mounting substrate or the like, the translucent conductive layer 2 and the conductive layer 3 are formed in the same direction, so that the mounting can be performed. It becomes easy. Note that the conductive layer 3 may be formed before forming the translucent conductive layer 2.

次に、透光性導電層２上を保護した状態で窒化ガリウム系化合物半導体層１から基板４を除去する工程においては、まず、図３（ｄ）に示すように、透光性導電層２，導電層３を保護膜10で覆ってから、図３（ｅ）に示すように、基板４を除去すればよい。基板４を除去するには、基板４の材質に応じて化学的・物理的手法を用いることができる。例えば、基板４の材質が硼化ジルコニウムのときには、酸をエッチャントとして基板４を化学的にエッチングすればよい。また、基板４の材質がサファイアのときには、基板４と窒化ガリウム系化合物半導体層１との界面に波長が370ｎｍ程度のレーザ光を照射し、窒化ガリウム系化合物半導体層１の一部を溶融して基板４を離脱させればよい。また、保護膜10は基板４を除去する工程に耐え得る材質により形成し、例えば無機系または有機系のコーティング材等をスピンコートして形成すればよい。   Next, in the step of removing the substrate 4 from the gallium nitride compound semiconductor layer 1 in a state where the top of the translucent conductive layer 2 is protected, first, as shown in FIG. After covering the conductive layer 3 with the protective film 10, the substrate 4 may be removed as shown in FIG. In order to remove the substrate 4, a chemical / physical method can be used according to the material of the substrate 4. For example, when the material of the substrate 4 is zirconium boride, the substrate 4 may be chemically etched using an acid as an etchant. Further, when the material of the substrate 4 is sapphire, the interface between the substrate 4 and the gallium nitride compound semiconductor layer 1 is irradiated with laser light having a wavelength of about 370 nm to melt a part of the gallium nitride compound semiconductor layer 1. The substrate 4 may be detached. The protective film 10 may be formed of a material that can withstand the process of removing the substrate 4 and may be formed by spin coating an inorganic or organic coating material, for example.

次に、図３（ｆ）に示すように、窒化ガリウム系化合物半導体層１の基板４を除去した面に反射層５を真空蒸着もしくはスパッタリング等により形成する。   Next, as shown in FIG. 3F, a reflective layer 5 is formed on the surface of the gallium nitride compound semiconductor layer 1 from which the substrate 4 has been removed by vacuum evaporation or sputtering.

次に、図３（ｇ）に示すように、反射層５の窒化ガリウム系化合物半導体層１と接していない側の面に基体９を、圧着したり，ロウ付けしたり，接着剤を塗布したりすることにより接合する工程を設けることが好ましい。基体９により窒化ガリウム系化合物半導体層１を機械的に強化することができるからである。最後に、保護膜10を例えば乾式のエッチング技術（ドライエッチング）により除去して、本発明の第１の発光素子が完成する。また、保護膜10を除去した後に基体９を接合してもよい。   Next, as shown in FIG. 3G, the base 9 is pressure-bonded, brazed, or coated with an adhesive on the surface of the reflective layer 5 that is not in contact with the gallium nitride compound semiconductor layer 1. It is preferable to provide the process of joining by doing. This is because the gallium nitride compound semiconductor layer 1 can be mechanically strengthened by the substrate 9. Finally, the protective film 10 is removed by, for example, a dry etching technique (dry etching) to complete the first light emitting device of the present invention. Further, the substrate 9 may be bonded after the protective film 10 is removed.

図３に示す本発明の参考例の発光素子の第１の製造方法によれば、窒化ガリウム系化合物半導体層１から基板４を除去する工程において、透光性導電層２上が保護されていることにより、窒化ガリウム系化合物半導体層１の表面やその上に形成された透光性導電層２および電極パッド６を、例えばエッチング液等による汚染・腐食から保護することができ
るとともに、窒化ガリウム系化合物半導体層１を機械的に補強することができるため、高性能な発光素子を確実に作製することができる。 According to the first method for manufacturing the light emitting device of the reference example of the present invention shown in FIG. 3, the transparent conductive layer 2 is protected in the step of removing the substrate 4 from the gallium nitride compound semiconductor layer 1. As a result, the surface of the gallium nitride compound semiconductor layer 1 and the translucent conductive layer 2 and the electrode pad 6 formed thereon can be protected from contamination / corrosion by, for example, an etching solution, and the gallium nitride compound. Since the compound semiconductor layer 1 can be mechanically reinforced, a high-performance light-emitting element can be reliably manufactured.

また、基板４に硼化物単結晶を用いるときには、硼化物単結晶から成る基板４と窒化ガリウム系化合物半導体層１とで格子定数が整合するため、結晶品質が良好な窒化ガリウム系化合物半導体層１を形成することができるので、高性能な発光素子をさらに確実に作製することができる。   When a boride single crystal is used for the substrate 4, the lattice constants of the substrate 4 made of the boride single crystal and the gallium nitride compound semiconductor layer 1 are matched, so that the gallium nitride compound semiconductor layer 1 having good crystal quality. Thus, a high-performance light-emitting element can be more reliably manufactured.

次に、図２に示す発光素子を例にとり、本発明の参考例の発光素子の第２の製造方法を説明する。本発明の参考例の発光素子の第２の製造方法は、基板４上に発光層１ａを含む窒化ガリウム系化合物半導体層１をエピタキシャル成長させる工程と、窒化ガリウム系化合物半導体層１上に第１の導電層７を形成する工程と、第１の導電層７上を保護した状態で窒化ガリウム系化合物半導体層１から基板４を除去する工程と、窒化ガリウム系化合物半導体層１の基板４を除去した面に第２の導電層８を形成する工程とを具備する。 Next, the second manufacturing method of the light emitting element of the reference example of the present invention will be described by taking the light emitting element shown in FIG. 2 as an example. The second method for manufacturing a light emitting device of a reference example of the present invention includes a step of epitaxially growing a gallium nitride compound semiconductor layer 1 including a light emitting layer 1 a on a substrate 4, and a first method on the gallium nitride compound semiconductor layer 1. The step of forming the conductive layer 7, the step of removing the substrate 4 from the gallium nitride compound semiconductor layer 1 while protecting the first conductive layer 7, and the substrate 4 of the gallium nitride compound semiconductor layer 1 were removed. Forming a second conductive layer 8 on the surface.

まず、本発明の参考例の発光素子の第１の製造方法と同様に、基板４上に窒化ガリウム系化合物半導体層１をエピタキシャル成長させる。 First, the gallium nitride compound semiconductor layer 1 is epitaxially grown on the substrate 4 in the same manner as in the first method for manufacturing the light emitting device of the reference example of the present invention.

次に、窒化ガリウム系化合物半導体層１上に第１の導電層７を形成する。この例では第１の導電層７を透光性導電層としているため、本発明の参考例の発光素子の第１の製造方法における透光性導電層２と同様に形成すればよい。なお、第１の導電層７を反射層とする場合には、本発明の参考例の発光素子の第１の製造方法における反射層５と同様に形成すればよい。 Next, the first conductive layer 7 is formed on the gallium nitride compound semiconductor layer 1. In this example, since the first conductive layer 7 is a light-transmitting conductive layer, it may be formed in the same manner as the light-transmitting conductive layer 2 in the first manufacturing method of the light-emitting element of the reference example of the present invention. When the first conductive layer 7 is a reflective layer, it may be formed in the same manner as the reflective layer 5 in the first method for manufacturing a light emitting element of the reference example of the present invention.

次に、第１の導電層７上の一部に、本発明の参考例の発光素子の第１の製造方法と同様に、電極パッド６を形成する。 Next, an electrode pad 6 is formed on a part of the first conductive layer 7 in the same manner as in the first method for manufacturing the light emitting device of the reference example of the present invention.

次に、本発明の参考例の発光素子の第１の製造方法と同様に、第１の導電層７上を保護膜10により保護した状態で窒化ガリウム系化合物半導体層１から基板４を除去する。 Next, the substrate 4 is removed from the gallium nitride compound semiconductor layer 1 in a state where the first conductive layer 7 is protected by the protective film 10 in the same manner as in the first method for manufacturing the light emitting device of the reference example of the present invention. .

次に、窒化ガリウム系化合物半導体層１の基板４を除去した面に第２の導電層８を形成する。この例では、第２の導電層８を反射層としているため、本発明の参考例の発光素子の第１の製造方法における反射層５と同様に形成すればよい。なお、第２の導電層８を透光性導電層とする場合には、本発明の参考例の発光素子の第１の製造方法における透光性導電層２と同様に形成すればよい。 Next, a second conductive layer 8 is formed on the surface of the gallium nitride compound semiconductor layer 1 from which the substrate 4 has been removed. In this example, since the second conductive layer 8 is a reflective layer, it may be formed in the same manner as the reflective layer 5 in the first method for manufacturing a light emitting element of a reference example of the present invention. When the second conductive layer 8 is a light-transmitting conductive layer, it may be formed in the same manner as the light-transmitting conductive layer 2 in the first manufacturing method of the light-emitting element of the reference example of the present invention.

次に、反射層（この例では第２の導電層８）の窒化ガリウム系化合物半導体層１と接していない側の面に基体９を設けることが好ましい。さらに、保護膜10を除去して本発明の参考例の発光素子が完成する。基体９の接合方法および保護膜10の除去方法は、本発明の参考例の発光素子の第１の製造方法と同様とすればよい。 Next, it is preferable to provide the base 9 on the surface of the reflective layer (second conductive layer 8 in this example) that is not in contact with the gallium nitride compound semiconductor layer 1. Further, the protective film 10 is removed to complete the light emitting device of the reference example of the present invention. The method for bonding the substrate 9 and the method for removing the protective film 10 may be the same as the first method for manufacturing the light emitting device of the reference example of the present invention.

本発明の参考例の発光素子の第２の製造方法によれば、窒化ガリウム系化合物半導体層１から基板４を除去する工程において、第１の導電層７上が保護されていることにより、窒化ガリウム系化合物半導体層１の表面やその上に形成された第１の導電層７および電極パッド６を、例えばエッチング液等による汚染・腐食から保護することができるとともに、窒化ガリウム系化合物半導体層１を機械的に補強することができるため、高性能な発光素子を確実に作製することができる。 According to the second method for manufacturing the light emitting device of the reference example of the present invention, the first conductive layer 7 is protected in the step of removing the substrate 4 from the gallium nitride-based compound semiconductor layer 1. The surface of the gallium-based compound semiconductor layer 1 and the first conductive layer 7 and the electrode pad 6 formed thereon can be protected from contamination and corrosion by, for example, an etching solution, and the gallium nitride-based compound semiconductor layer 1 Therefore, a high-performance light-emitting element can be reliably manufactured.

また、基板４に硼化物単結晶を用いるときには、硼化物単結晶から成る基板４と窒化ガリウム系化合物半導体層１とで格子定数が整合するため、結晶品質が良好な窒化ガリウム系化合物半導体層１を形成することができるので、高性能な発光素子をさらに確実に作製することができる。   When a boride single crystal is used for the substrate 4, the lattice constants of the substrate 4 made of the boride single crystal and the gallium nitride compound semiconductor layer 1 are matched, so that the gallium nitride compound semiconductor layer 1 having good crystal quality. Thus, a high-performance light-emitting element can be more reliably manufactured.

次に、本発明の照明装置は、本発明の発光素子と、この発光素子からの発光を受けて光を発する蛍光体および燐光体の少なくとも一方とを具備する構成である。例えば、発光素子の光取り出し面側に蛍光体を設けた構成において、発光素子が例えば波長350〜400ｎｍの紫外〜近紫外光で発光し、蛍光体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。   Next, an illuminating device of the present invention includes the light emitting element of the present invention and at least one of a phosphor and a phosphor that emits light upon receiving light emitted from the light emitting element. For example, in a configuration in which a phosphor is provided on the light extraction surface side of the light emitting element, the light emitting element emits light with, for example, ultraviolet to near ultraviolet light having a wavelength of 350 to 400 nm, and the phosphor receives the light emitted as excitation light, for example, white It operates as a lighting device by emitting light.

本発明の照明装置は、このような構成とすることから、小さい電力で良好な発光強度を有する発光素子の光により蛍光体を強く励起するため、小さい電力で良好な照度の例えば白色光を得ることができる。また、このような本発明の照明装置は、従来の蛍光灯や放電灯等よりも省エネルギー性や小型化に優れた白色光源等となり得るものであり、それら蛍光灯や放電灯等に置き換えることができる。   Since the illuminating device of the present invention has such a configuration, the phosphor is strongly excited by light of a light emitting element having a good light emission intensity with a small power, and thus, for example, white light with a good illuminance is obtained with a small power. be able to. In addition, the lighting device of the present invention can be a white light source that is more energy-saving and downsized than conventional fluorescent lamps and discharge lamps, and can be replaced with such fluorescent lamps and discharge lamps. it can.

かくして、本発明によれば、光取り出し効率がより大きく改善され、小さい電力で良好な発光強度を得ることができる高性能な発光素子およびその高性能な発光素子を確実に作製することができる発光素子の製造方法ならびにその高性能な発光素子を用いた照明装置を提供することができる。   Thus, according to the present invention, the light extraction efficiency is greatly improved, and a high-performance light-emitting element capable of obtaining a good light emission intensity with a small power and a light-emitting capable of reliably producing the high-performance light-emitting element. An element manufacturing method and a lighting device using the high-performance light-emitting element can be provided.

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更・改良を施すことは何等差し支えない。例えば、反射層５は発光層１ａで発光させた光の一部を例えば１％程度といった透過率で透過させ、その他の光を反射するものとしてもよい。この場合には、反射層５を透過した光の強度や波長をモニターすることにより、そのモニターした結果を用いて発光強度等を制御したりすることができるものとなる。   It should be noted that the present invention is not limited to the examples of the embodiments described above, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the reflective layer 5 may transmit part of the light emitted from the light emitting layer 1a with a transmittance of about 1%, for example, and reflect other light. In this case, by monitoring the intensity and wavelength of the light transmitted through the reflective layer 5, the emission intensity and the like can be controlled using the monitored result.

本発明の第１の発光素子の実施の形態の一例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows an example of embodiment of the 1st light emitting element of this invention. 本発明の参考例の発光素子の実施の形態の一例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows an example of embodiment of the light emitting element of the reference example of this invention. （ａ）〜（ｇ）はそれぞれ本発明の参考例の発光素子の第１の製造方法を示す工程毎の模式的な断面図である。(A)-(g) is typical sectional drawing for every process which shows the 1st manufacturing method of the light emitting element of the reference example of this invention, respectively. 従来の発光素子の例を示す模式図であり、（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ第１，第２，第３の従来例を示す断面図である。It is a schematic diagram which shows the example of the conventional light emitting element, (a), (b), (c) is sectional drawing which shows the 1st, 2nd, 3rd conventional example, respectively.

符号の説明Explanation of symbols

１・・・・窒化ガリウム系化合物半導体層
１ａ・・・発光層
１ｂ・・・第１導電型半導体層（ｐ型半導体層）
１ｂ１・・一方主面
１ｃ・・・第２導電型半導体層（ｎ型半導体層）
１ｃ１・・他方主面
２・・・・透光性導電層
３・・・・導電層
４・・・・基板
５・・・・反射層
６・・・・電極パッド
７・・・・第１の導電層
８・・・・第２の導電層
９・・・・基体
10・・・・保護膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gallium nitride type compound semiconductor layer 1a ... Light emitting layer 1b ... 1st conductivity type semiconductor layer (p-type semiconductor layer)
1b1 .. one main surface 1c ... second conductivity type semiconductor layer (n-type semiconductor layer)
1c1 .. other main surface 2 .. translucent conductive layer 3. .. conductive layer 4. .. substrate 5. .. reflective layer 6. .. electrode pad 7.. Conductive layer 8... Second conductive layer 9.
10 ... Protective film

Claims (4)

発光層を含むエピタキシャル成長させた窒化ガリウム系化合物半導体層と、該窒化ガリウム系化合物半導体層の一方主面に形成された透光性導電層とを具備し、前記窒化ガリウム系化合物半導体層の前記一方主面とは反対側に位置する他方主面から前記窒化ガリウム系化合物半導体層をエピタキシャル成長させるために用いた基板が除去されており、前記他方主面に反射層が形成され、該反射層上に半絶縁性の材料からなる基体が接合されているとともに、前記透光性導電層と前記基体との間に交流電圧が印加されることを特徴とする発光素子。 An epitaxially grown gallium nitride compound semiconductor layer including a light emitting layer; and a translucent conductive layer formed on one main surface of the gallium nitride compound semiconductor layer, wherein the one of the gallium nitride compound semiconductor layers The substrate used for epitaxial growth of the gallium nitride compound semiconductor layer is removed from the other main surface located on the opposite side of the main surface, a reflective layer is formed on the other main surface, and the reflective layer is formed on the reflective layer. A light-emitting element , wherein a base body made of a semi-insulating material is bonded , and an alternating voltage is applied between the translucent conductive layer and the base body . 前記透光性導電層上に、または前記透光性導電層と前記窒化ガリウム系化合物半導体層との間に反射防止層が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。   The light-emitting element according to claim 1, wherein an antireflection layer is formed on the translucent conductive layer or between the translucent conductive layer and the gallium nitride compound semiconductor layer. 前記反射防止層は、単層または多層の誘電体からなることを特徴とする請求項２記載の発光素子。   3. The light emitting device according to claim 2, wherein the antireflection layer is made of a single layer or a multilayer dielectric. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光素子と、該発光素子からの発光を受けて光を発する蛍光体および燐光体の少なくとも一方とを具備することを特徴とする照明装置。 Lighting device comprising a light emitting element, that receives the light emitted from the light emitting element comprises at least one of the phosphor and phosphors which emit light according to any one of claims 1 to 3.
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