JP2011205125A - 垂直構造の窒化ガリウム系発光ダイオード素子 - Google Patents

垂直構造の窒化ガリウム系発光ダイオード素子 Download PDF

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Abstract

【課題】発光側のｎ型窒化ガリウム層の表面及び反射側のｐ型窒化ガリウム層の表面に微細な光散乱構造である表面凹凸を形成することで、光放出効率を増加させ、外部量子効率の改善効果を極大化する垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子を提供する。
【解決手段】ｎ型電極１０６と、前記ｎ型電極の下面に形成されているｎ型窒化ガリウム層１０２と、前記ｎ型窒化ガリウム層の下面に形成された活性層１０３と、前記活性層の下面に形成され、前記活性層と接していない表面に所定形状の第１表面凹凸構造３００ｂを有するｐ型窒化ガリウム層１０４と、前記第１表面凹凸構造を有するｐ型窒化ガリウム層の下面に形成されたｐ型反射電極１０７と、前記ｐ型反射電極の下面に形成された構造支持層と、を備える。前記ｎ型窒化ガリウム層は前記ｎ型電極１０６と接する側の面に所定形状の第２表面凹凸構造３００ａを形成してもよい。
【選択図】 図５

Description

本発明は、垂直構造（垂直電極型）の窒化ガリウム系（ＧａＮ）発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；以下、ＬＥＤという）素子に関し、さらに詳細には、高い外部量子効率を有する垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子に関する。
一般に、窒化ガリウム系ＬＥＤ素子は、サファイア基板上に成長するが、かかるサファイア基板は硬く、電気的に不導体であり、熱伝導特性がよくないことから、窒化ガリウム系ＬＥＤ素子のサイズを減らして製造原価を低減するのに限界があり、また光出力及びチップの特性を改善させるのにも限界がある。特に、ＬＥＤの高出力化のためには、大電流印加が必須となっているため、ＬＥＤの熱放出問題を解決することが重要である。上記のような問題を解決するための手段として、従来は、レーザリフトオフ（Ｌａｓｅｒ Ｌｉｆｔ−Ｏｆｆ；以下、ＬＬＯという）を用いてサファイア基板を除去した垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子が提案されている。
しかしながら、従来の垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子において、活性層で生成された光子がＬＥＤ外部へ放出される効率（以下、外部量子効率という）が低下するという問題点があった。
図１は、従来の技術に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の外部量子効率の減少問題を説明するための図であり、同図を参照し、前記問題点を詳述すれば、前記活性層で生成された光子が空気の屈折率Ｎ2よりも高い屈折率Ｎ1を有する窒化ガリウム（ＧａＮ）層を通過した後、空気中に脱出するためには、前記窒化ガリウム層から空気中へ入射する前記光子の入射角θ1が臨界角θc未満にならなければならない。
このとき、前記光子が空気中に脱出する脱出角θ2が９０゜である場合の前記臨界角θcは、θc＝Ｓｉｎ-1（Ｎ2／Ｎ1）と定義することができ、前記窒化ガリウム層から屈折率が１である空気中に光が進む場合の前記臨界角は、約２３．６゜となる。
もし、前記入射角θ1が前記臨界角θc以上になれば、前記光子は、前記窒化ガリウム層と空気との界面で全反射して、再びＬＥＤ内部に戻り、前記ＬＥＤの内部に閉じ込められることで、外部量子の効率が非常に低下してしまうという問題が生じる。
上記のような外部量子の効率の減少問題を解決するために、下記特許文献１では、ｎ型窒化ガリウム層の表面に半球状の凸パターンを形成することで、前記窒化ガリウム層から空気中へ入射する光子の入射角θ1を臨界角θc未満に下げている。
次に、以下、図２Ａ〜２Ｃ、図３Ａ〜３Ｃ、及び図４を参照して、上記の特許文献１に開示されている垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法について説明する。
図２Ａ〜図２Ｃは、特許文献１に開示されている垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の工程を説明するための断面図であり、図３Ａ〜図３Ｃは、前記垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の工程を説明するための拡大断面図であり、図４は、図２Ａ〜図２Ｃ及び図３Ａ〜図３Ｃにより製造された垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の断面図である。
まず、図２Ａに示すように、サファイア基板２４上に窒化ガリウムを含むＬＥＤ構造物１６及びｐ型電極１８を形成した後、前記ｐ型電極１８上に第Ｐｄ層２６及びＩｎ層２８を形成する。そして、シリコン（Ｓｉ）基板２０の下面には、第２Ｐｄ層３０を形成する。
その後、図２Ｂに示すように、前記第２Ｐｄ層３０が形成された前記シリコン基板２０を前記第１Ｐｄ層２６及びＩｎ層２８が形成された前記ｐ型電極１８上に接合する。
その後、図２Ｃに示すように、ＬＬＯ工程により前記サファイア基板２４を除去する。
その後、図３Ａに示すように、前記サファイア基板２４が除去された後に露出した前記ＬＥＤ構造物１６の表面（詳しくは、ｎ型窒化ガリウム層の表面）の所定部分にフォトレジストパターン３２を形成する。
その後、図３Ｂに示すように、前記リフロー（ｒｅ‐ｆｌｏｗ）工程により前記フォトレジストパターン３２を半球状にする。
その後、図３Ｃに示すように、異方性エッチング方法により前記ＬＥＤ構造物１６の表面をエッチングすることで、前記ＬＥＤ構造物１６の表面を半球状にパターニングさせる。
最後に、前記ＬＥＤ構造物１６上にｎ型電極３４を形成すれば、図４に示すように、前記ＬＥＤ構造物１６の表面がパターニングされた垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子を完成する。
しかしながら、特許文献１に開示されている垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法により製造されたＬＥＤ素子において、前記外部量子効率を向上させるためのパターンは、半球状の凸パターンでＬＥＤ構造物の表面に形成されるため、パターンを形成できる面、すなわち、ＬＥＤ構造物の表面が制限されるので、前記半球状の凸パターンを適用することで得られる外部量子効率の改善効果が不十分である。そのため、当技術分野では、外部量子効率の改善効果を極大化できる新たな方策が求められている。
米国特許出願公開第２００３／０２２２２６３号明細書
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、発光側のｎ型窒化ガリウム層の表面及び反射側のｐ型窒化ガリウム層の表面に微細な光散乱構造である所定形状の表面凹凸を形成することで、光放出効率を増加させ、外部量子効率の改善効果を極大化する垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子を提供することにある。
上記目的を達成すべく、本発明に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子によれば、ｎ型電極と、前記ｎ型電極の下面に形成されているｎ型窒化ガリウム層と、前記ｎ型窒化ガリウム層の下面に形成された活性層と、前記活性層の下面に形成され、前記活性層と接していない表面に所定形状の第１表面凹凸構造を有するｐ型窒化ガリウム層と、前記第１表面凹凸構造を有するｐ型窒化ガリウム層の下面に形成されたｐ型反射電極と、前記ｐ型反射電極の下面に形成された構造支持層と、を備える。
また、前記本発明の垂直構造の窒化ガリウム系半導体ＬＥＤ素子において、前記ｎ型電極と接触する前記ｎ型窒化ガリウム層の表面に所定形状の第２表面凹凸構造を有することが好ましい。
更に、前記本発明の垂直構造の窒化ガリウム系半導体ＬＥＤ素子において、前記第１及び第２表面凹凸が、規則性を有する凹凸構造または不規則性を有する凹凸構造からなることが好ましい。
また、前記本発明の垂直構造の窒化ガリウム系半導体ＬＥＤ素子において、前記規則性を有する凹凸構造が、多角形の凹凸構造、回折凹凸構造、網状の凹凸構造及びそれらが２つ以上混合された凹凸構造で構成される群の中から選択されたいずれかの凹凸構造からなることが好ましく、前記回折凹凸構造及び前記網状の凹凸構造が、１つ以上のラインからなり、前記ラインが、直線、曲線及び単一閉曲線からなる群の中から選択されたいずれかのラインからなることが好ましい。
更に、前記本発明の垂直構造の窒化ガリウム系半導体ＬＥＤ素子において、前記多角形の凹凸構造をなす多角形は、それと隣接する多角形及びＬＥＤから放出される光の屈折特性を向上させるために、前記活性層により発光する発光源の波長と同じであるか、それより大きい間隔だけ互いに離間していることが好ましい。
また、前記本発明の垂直構造の窒化ガリウム系半導体ＬＥＤ素子において、前記回折凹凸構造及び前記網状の凹凸構造をなすラインの端部幅が、ＬＥＤから放出される光の屈折特性を向上させるために、前記活性層により発光する発光源の波長と同じであるか、それより大きいことが好ましい。
更に、前記本発明の垂直構造の窒化ガリウム系半導体ＬＥＤ素子において、前記ｎ型電極が、前記回折凹凸構造の表面凹凸と重ならない部分に形成することが好ましい。なぜなら、前記回折凹凸構造の表面凹凸と重なる部分に形成されると、ｎ型電極の接触面が表面凹凸によりラフネスを有することにより、電気的な特性が低下する、すなわち、ｎ型電極を介してｎ型窒化ガリウム層に流れ込まれる電流の抵抗が増加するという問題が生じるからである。
また、前記本発明の垂直構造の窒化ガリウム系半導体ＬＥＤ素子において、前記ｎ型電極は、前記ｎ型窒化ガリウム層の中央部に位置することが好ましい。これは、ｎ型電極を介して下部半導体層に伝達される電流の分配を均一にさせるためである。
また、前記本発明の垂直構造の窒化ガリウム系半導体ＬＥＤ素子において、前記ｐ型反射電極と構造支持層との間の界面に接触層を更に備えて、前記ｐ型反射電極と構造支持層との接着力を向上させることが好ましい。
このように、本発明は外部量子効率を向上させるための表面凹凸を発光側の窒化ガリウム層と反射側の窒化ガリウム層とにそれぞれ備えることで、すなわち、ｎ型電極と接するｎ型窒化ガリウム層の表面及びｐ型反射電極と接するｐ型窒化ガリウム層の表面にそれぞれ備えて、ＬＥＤの外部量子効率を極大化することが可能である。
本発明によれば、垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子において、発光側の窒化ガリウム層の表面及び反射側の窒化ガリウム層の表面に所定形状からなる表面凹凸をそれぞれ形成することで、活性層で生成された光子の散乱特性を向上させて外部量子効率を極大化できるという効果を奏する。
したがって、本発明は、垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の外部量子効率を大きく向上させることができるので、垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子及びそれを用いた製品の品質向上に大きく貢献することができる。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図において複数の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して表した。明細書の全体において類似の構成要素については同一の符号を付している。
以下では、本発明の一実施形態に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子について、図５、図６、図７Ａ〜７Ｆ、図８Ａ〜８Ｅ、図９Ａ〜９Ｇ、及び図１０を参照して詳細に説明する。
まず、図５及び図６を参照して、本発明の一実施形態に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子について詳細に説明する。
図５は、本発明の一実施形態に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造を示す斜視図であり、図６は、図５に示した垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の表面凹凸が配置された構造を示す平面図である。
図５及び図６を参照すれば、本発明に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の最上部には、Ｔｉ／Ａｌなどからなるｎ型電極１０６が形成されている。
前記ｎ型電極１０６の下面には、ｎ型窒化ガリウム層１０２が形成されており、前記ｎ型窒化ガリウム層１０２は、ｎ型導電形不純物がドーピングされたＧａＮ層またはＧａＮ／ＡｌＧａＮ層であってもよい。
また、前記ｎ型電極１０６は、下部ｎ型窒化ガリウム層１０２のどの部分に形成されても構わないが、前記ｎ型電極１０６を介して下部ｎ型窒化ガリウム層１０２に伝達される電流の分配を均一にするためには、ｎ型窒化ガリウム層１０２の中央部に形成することが好ましい。
特に、本実施形態では、前記ｎ型電極１０６と接するｎ型窒化ガリウム層１０２の表面、すなわち、発光側の窒化ガリウム層の表面上に、図５に示すように、前記ｎ型窒化ガリウム層１０２の表面の一部が所定形状に突出している第１表面凹凸３００ａが形成されている。
前記第１表面凹凸３００ａは、後述する活性層で生成された光子の散乱特性を向上させて光子を外部へ効率よく放出させるためのものであり、規則性を有する凹凸構造または不規則性を有する凹凸構造で形成することができる。
特に、規則性のある凹凸構造を有する場合は、多角形の凹凸構造、回折凹凸構造、網状の凹凸構造及びそれらが２つ以上混合された凹凸構造で構成される群の中から選択されたいずれかの凹凸構造からなることが好ましい。また、前記回折凹凸構造及び前記網状の凹凸構造は、１つ以上のラインからなっており、前記ラインは、直線、曲線及び単一閉曲線からなる群の中から選択された何れかのラインからなることが好ましい。
また、本発明の実施形態では、ラインの端部側面の形状を四角形にしたが、これは四角形に限定されるものではなく、半球型または三角形などの多様な形状に実現できる。
次に、所定形状に突出している第１表面凹凸３００ａの構造の具体的な種類について、図７Ａ〜７Ｆ、図８Ａ〜８Ｅ、図９Ａ〜９Ｇ及び図１０を参照して説明する。
＜第１の変形例＞
図７Ａ〜７Ｆを参照して、本実施形態の第１の変形例に係る第１表面凹凸について詳細に説明する。
図７Ａ〜７Ｆはそれぞれ、本実施形態の第１の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造の一例を示す平面図である。
本発明の第１の変形例に係る第１表面凹凸３００ａは、図６に示すように、前記ｎ型電極１０６と接するｎ型窒化ガリウム層１０２の表面に１つ以上の多角形が一定間隔を隔てて周期的に配列されるように形成された多角形の凹凸構造で形成されている。
特に、前記多角形の凹凸構造をなす多角形は、それと隣接する多角形及びＬＥＤから放出される光の屈折特性を向上させるために、前記活性層により発光する発光源の波長と同じであるか、それより大きい間隔だけ互いに離間して配置することが好ましい。例えば、前記活性層１０３により発光する発光源が青色である場合、青色との波長が約４００ｎｍ〜４５０ｎｍであるので、ラインの端部幅も同様に、約４００ｎｍ〜４５０ｎｍ以上の幅を有する。
このように、前記活性層１０３から外部へ放出される光が優れた屈折特性を有すれば、光の低い屈折特性によりＬＥＤ内で乱反射されて、消滅する光の量を最小化できる。
また、前記多角形の凹凸構造の第１表面凹凸３００ａをなす多角形は、円形、四角形、台形または六角形などからなることが可能であり、また、同じ大きさまたは異なる大きさのものの混在したものからなることも可能である。これにより、図７Ａ〜７Ｆに示すように、多様な形態の多角形の凹凸構造を有することができる。
＜第２の変形例＞
図８Ａ〜８Ｅを参照して、本実施形態の第２の変形例に係る第１表面凹凸について詳細に説明する。
図８Ａ〜８Ｅはそれぞれ、本実施形態の第２の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造の一例を示す平面図である。
本発明の第２の変形例に係る第１表面凹凸３００ａは、図８Ａおよび８Ｂに示すように、１つ以上のライン（紐状のもの）が一方向にのみ一定間隔を隔てて周期的に配列されるように形成された回折凹凸構造で形成されている。このとき、前記回折凹凸構造をなすラインの端部幅は、ＬＥＤから放出される光の屈折特性を向上させるために、前記活性層により発光する発光源の波長と同じであるか、それより大きいことが好ましい。
また、前記回折凹凸構造の第１表面凹凸３００ａをなすラインは、直線に限らず、曲線及び単一閉曲線からなることも可能であり、また、図８Ｃ〜８Ｅに示すように、同心円状、同心正多角形（四角形、六角形など）からなることも可能である。これにより、図８Ａ〜８Ｅに示すように、多様な形態の回折凹凸構造を有することができる。
＜第３の変形例＞
図９Ａ〜９Ｇを参照して、本実施形態の第３の変形例に係る第１表面凹凸について詳細に説明する。
図９Ａ〜９Ｇはそれぞれ、本実施形態の第３の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造の一例を示す平面図である。
本発明の第３の変形例に係る第１表面凹凸３００ａは、同図に示すように、２つ以上のラインが１つ以上の点で交差する多様な形態の網状の凹凸構造で形成することもでき、この網状の凹凸構造をなすラインも、前記回折凹凸構造をなすラインと同様に、直線に限らず、曲線及び単一閉曲線からなることができる。
＜第４の変形例＞
図１０を参照して、本実施形態の第４の変形例に係る第１表面凹凸について詳細に説明する。
同図は、本実施形態の第４の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造を示す平面図である。
本発明の第４の変形例に係る第１表面凹凸３００ａは、同図に示すように、所定形状の凹凸が不規則性を有して配置されており、このとき、凹凸の形状は多角形または曲線及び単一閉曲線で構成されるラインなどからなるものであってもよい。
一方、本実施形態に係る前記第１表面凹凸３００ａは、図示はしないが、前記ｎ型電極１０６と重ならないｎ型窒化ガリウム層１０２の表面に形成することがより好ましい。なぜなら、前記ｎ型電極１０６が前記第１表面凹凸３００ａと重なる部分に形成されると、前記ｎ型電極１０６の接触面が第１表面凹凸３００ａによりラフネス（粗さ）を有し、それにより、前記ｎ型電極１０６を介してｎ型窒化ガリウム層１０２に流れ込まれる電流の抵抗が増加し、電気的な特性が低下してしまうという問題が生じるからである。
そして、前記ｎ型窒化ガリウム層１０２の下面には、活性層１０３及びｐ型窒化ガリウム層１０４が順次積層されている。このとき、前記ｐ型窒化ガリウム層１０４は、ｐ型導電形不純物がドーピングされたＧａＮ層またはＧａＮ／ＡｌＧａＮ層であることができ、前記活性層１０３はＩｎＧａＮ／ＧａＮ層で構成された多重井戸構造（Ｍｕｌｔｉ‐Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）であってもよい。
前記ｐ型窒化ガリウム層１０４の下面には、ｐ型反射電極１０７が形成されている。このとき、図示はしないが、前記ｐ型窒化ガリウム層１０４と前記ｐ型反射電極１０７との間の界面には、前記ｐ型窒化ガリウム層１０４と前記ｐ型反射電極１０７との接着性を高めるための接着層が位置することが好ましい。このような、接着層はｐ型窒化ガリウム層の実効キャリア濃度を上げられるので、ｐ型窒化ガリウム層をなしている化合物のうち、窒素以外の成分と優先的に反応できる金属からなることが好ましい。
特に、本実施形態に係る前記ｐ型反射電極１０７と接する前記ｐ型窒化ガリウム層１０４の表面には、前記ｎ型電極１０６と接する前記ｎ型窒化ガリウム層１０４の表面に形成された第１表面凹凸（図６〜図９の３００ａを参照）と同様に前記ｐ型窒化ガリウム層１０４の表面の一部が所定形状に突出している第２表面凹凸３００ｂが形成されている。前記第２表面凹凸３００ｂは、前記第１表面凹凸３００ａと同じ役割、すなわち、前記活性層１０３で生成された光子の散乱特性を向上させて発光側へ光子を効率よく放出させるので、外部量子効率を向上させる役割を果たす。
そして、前記ｐ型反射電極１０７の下面には、構造支持層１００が位置して垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子を支持しており、前記ｐ型反射電極１０７と構造支持層１００との間の界面にも接着層（図示せず）を備えて前記ｐ型反射電極１０７と構造支持層１００との接着力を向上させる。
一方、前述した本実施形態では、所定形状の表面凹凸が前記ｎ型電極と接するｎ型窒化ガリウム層の表面及び前記ｐ型反射電極と接するｐ型窒化ガリウム層の表面にいずれも形成されている垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子について説明しているが、前記ｎ型窒化ガリウム層の表面に形成された表面凹凸は垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の特性及び製造工程に応じて省略することができる。
上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。
従来の技術に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の外部量子効率の減少問題を説明するための図である。 特許文献１に開示されている垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の工程を説明するための断面図である。 特許文献１に開示されている垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の工程を説明するための断面図である。 特許文献１に開示されている垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の工程を説明するための断面図である。 前記垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の工程を拡大して説明するための断面図である。 前記垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の工程を拡大して説明するための断面図である。 前記垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の工程を拡大して説明するための断面図である。 図２Ａ〜図２Ｃ及び図３Ａ〜図３Ｃにより製造された垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の断面図である。 本発明の一実施形態に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造を示す斜視図である。 図５に示した垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の表面凹凸が配置された構造を示す平面図である。 本実施形態の第１の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造を示す平面図である。 本実施形態の第１の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造を示す平面図である。 本実施形態の第１の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造を示す平面図である。 本実施形態の第１の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造を示す平面図である。 本実施形態の第１の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造を示す平面図である。 本実施形態の第１の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造を示す平面図である。 本実施形態の第２の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の第２の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の第２の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の第２の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の第２の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の第３の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の第３の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の第３の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の第３の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の第３の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の第３の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の第３の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の第４の変形例に係る第１表面凹凸が配置された構造を示す平面図である。
１００ 構造支持層
１０２ ｎ型窒化ガリウム層
１０３ 活性層
１０４ ｐ型窒化ガリウム層
１０６ ｎ型電極
１０７ ｐ型反射電極
３００ａ，３００ｂ 表面凹凸

Claims (7)

  1. ｎ型電極と、
    前記ｎ型電極の下面に形成され、表面に光散乱構造である第１表面凹凸構造を有するｎ型窒化ガリウム層と、
    前記ｎ型窒化ガリウム層の下面に形成された活性層と、
    前記活性層の下面に形成され、前記活性層と接していない表面に光散乱構造である第２表面凹凸構造を有するｐ型窒化ガリウム層と、
    前記第２表面凹凸構造を有するｐ型窒化ガリウム層の下面に形成されたｐ型反射電極と、
    前記ｐ型反射電極の下面に形成された構造支持層と、を備え、
    前記第１及び第２表面凹凸構造は不規則なパターンを有することを特徴とする垂直構造の窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  2. 前記第２表面凹凸構造は光散乱構造である多角形の凹凸形状を有し、前記第２表面凹凸構造をなす多角形が、それと隣接する多角形と前記活性層により発光する発光源の波長と同じであるか、それより大きい間隔だけ互いに離間していることを特徴とする請求項１に記載の垂直構造の窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  3. 前記ｎ型電極と接する前記ｎ型窒化ガリウム層の表面に、光散乱構造である多角形の凹凸形状の第１表面凹凸構造を有し、前記第１表面凹凸構造をなす多角形が、それと隣接する多角形と前記活性層により発光する発光源の波長と同じであるか、それより大きい間隔だけ互いに離間していることを特徴とする請求項２に記載の垂直構造の窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  4. 前記ｎ型電極が、前記第１表面凹凸と重ならないことを特徴とする請求項３に記載の垂直構造の窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  5. 前記発光源の波長は、４００ｎｍから５００ｎｍであることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の垂直構造の窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  6. 前記ｎ型電極が、前記ｎ型窒化ガリウム層の中央部に位置することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の垂直構造の窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  7. 前記ｐ型反射電極と前記構造支持層との間の界面に接触層を更に備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の垂直構造の窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
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