JP2013038450A - Semiconductor light-emitting element and light device using the same - Google Patents

Semiconductor light-emitting element and light device using the same Download PDF

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Hiroshi Fukushima
博司 福島
Kazuyuki Yamae
和幸 山江
Masaharu Yasuda
正治 安田
Tomoya Iwahashi
友也 岩橋
Akihiko Murai
章彦 村井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve light extraction efficiency of a semiconductor light-emitting element in which an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer and a p-type semiconductor layer are laminated on a translucent growth substrate.SOLUTION: A semiconductor light-emitting element in which a translucent n-type semiconductor layer, a light-emitting layer and a p-type semiconductor layer are laminated, comprises a reflection film provided on a side opposite to a surface for light extraction from the light-emitting layer. The reflection film includes a transparent layer, and a metal layer laminated on the transparent layer on a side opposite to the light-emitting layer, for reflecting light. A layer provided on the light-emitting layer side in relation to the transparent layer is either of the n-type semiconductor layer or the p-type semiconductor layer. A first transparent electrode layer ohmic contacting a layer provided on a side of the light-emitting layer in relation to the transparent layer is laminated between the layer provided on the light-emitting layer side between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer in relation to the transparent layer, and the transparent layer. A metal part penetrating the transparent layer for electrically connecting the first electrode layer and the metal layer is provided in a part of the transparent layer. The metal layer is used as a second electrode layer.

Description

本発明は、半導体内で電子と正孔とを結合させて発光させる半導体発光素子およびそれを用いる照明装置に関し、詳しくは、赤色よりも短波長側に発光ピークを有する半導体発光素子の光取出し効率の向上のための手法に関する。   The present invention relates to a semiconductor light-emitting element that emits light by combining electrons and holes in a semiconductor and a lighting device using the same, and more particularly, the light extraction efficiency of a semiconductor light-emitting element having a light emission peak on a shorter wavelength side than red. It is related with the technique for improvement.

発光層の発光波長において透光性を有する成長基板上に、n型半導体層、前記発光層およびp型半導体層が積層されて成る半導体発光素子において、従来から、光取り出し効率(または外部量子効率)を向上する方策として、前記発光層からの光の取出し面とは反対側の面に、反射率の高い反射膜を形成する方法が用いられている。これは、半導体発光層にて発生する光は四方八方に向かう性質があり、図8で示すように、発光点の直上に出る(出射角が小さい)光より、斜めに向う(出射角が大きい)光の方が多いために、発光層から出た光は、その殆どが素子内部で多重反射してロスとなってしまうためである。   2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor light-emitting device in which an n-type semiconductor layer, the light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer are stacked on a growth substrate that is transparent at the light emission wavelength of the light-emitting layer, light extraction efficiency (or external quantum efficiency) In order to improve the above, a method of forming a reflective film having a high reflectance on the surface opposite to the light extraction surface from the light emitting layer is used. This is because the light generated in the semiconductor light-emitting layer is directed in all directions, and as shown in FIG. 8, it is directed obliquely (the emission angle is large) than the light that exits directly above the emission point (the emission angle is small). This is because most of the light emitted from the light emitting layer is multiple-reflected inside the device and becomes a loss because there is more light.

図9には、前記反射膜の反射率の変化に対する光取り出し効率の変化を示す。この図9から明らかなように、光取り出し効率を70%以上に高めるには、反射率は95%以上必要であり、しかもその95%以上の領域では、反射率が1%向上するだけで、取り出し効率が6%程度向上する。ここで、GaAs半導体の場合には、前記反射膜を兼ねて、Auを電極材料に用いることで、高い反射率が得られて、光取り出し効率を向上することができる。   FIG. 9 shows changes in light extraction efficiency with respect to changes in the reflectance of the reflective film. As apparent from FIG. 9, in order to increase the light extraction efficiency to 70% or more, the reflectivity needs to be 95% or more, and in the region of 95% or more, the reflectivity is improved only by 1%. The extraction efficiency is improved by about 6%. Here, in the case of a GaAs semiconductor, by using Au as an electrode material that also serves as the reflection film, a high reflectance can be obtained and light extraction efficiency can be improved.

しかしながら、金属の反射率は波長に大きく依存し、前記赤色よりも短波長側に発光ピークを有する酸化物あるいは窒化物系化合物半導体発光素子などでは、そのような手法を用いることができない。たとえば、GaN系材料と、銀、アルミ等の高反射金属とは、オーミック接触が確保できない。このため、Ni,Pt,Rhなどの金属や、ITO(Indium Tin Oxide)などの金属酸化物と、前記高反射金属との積層電極が使用され、前記高反射金属の固有の反射率以上の反射率を得ることは困難になっている。   However, the reflectance of the metal greatly depends on the wavelength, and such a method cannot be used for an oxide or nitride-based compound semiconductor light-emitting element having an emission peak shorter than the red color. For example, ohmic contact cannot be ensured between a GaN-based material and a highly reflective metal such as silver or aluminum. For this reason, a laminated electrode of a metal such as Ni, Pt, or Rh, a metal oxide such as ITO (Indium Tin Oxide), and the highly reflective metal is used, and the reflection is higher than the intrinsic reflectance of the highly reflective metal. Getting rates is getting harder.

そこで、このような問題を解決することができる先行技術として、非特許文献1が提案されている。その先行技術では、前記高反射金属固有の反射率以上の反射率を確保するために、前記高反射金属としての銀と、半導体層であるpGaN層との間に、1/4光学波長のSiO膜が積層されており、全ての入射角に対して、単独銀膜よりも高い反射率を得ている。これによって、ODR(omni-directional reflector:全方向反射鏡電極構造)を形成し、平均反射率が波長450nmの計算値で98%となっている。また、オーミック接触は、前記pGaN層とSiO膜との間にRuO(酸化ルテニウム)膜を形成するとともに、前記SiO膜に形成した開口を通して、銀層が前記RuO膜からpGaN層と電気的に接続されるマイクロコンタクトによって確保されている。 Therefore, Non-Patent Document 1 has been proposed as a prior art that can solve such a problem. In the prior art, in order to ensure reflectivity higher than the reflectivity inherent to the highly reflective metal, between the silver as the highly reflective metal and the pGaN layer, which is a semiconductor layer, a 1/4 optical wavelength of SiO. Two films are laminated, and a higher reflectance than that of a single silver film is obtained for all incident angles. As a result, an ODR (omni-directional reflector: omnidirectional reflector electrode structure) is formed, and the average reflectance is 98% at a calculated value of a wavelength of 450 nm. In addition, the ohmic contact forms a RuO 2 (ruthenium oxide) film between the pGaN layer and the SiO 2 film, and the silver layer passes from the RuO 2 film to the pGaN layer through the opening formed in the SiO 2 film. Secured by electrically connected microcontacts.

GaInN light-emitting diodes with RuO2 OSiO2 OAg omni-directional reflector(Jong Kyu Kim, Thomas Gesmann, Hong Luo, and E.Fred Schubert.Applied PhysicsLetters84,4508(2004)レンセラー工科大)GaInN light-emitting diodes with RuO2 OSiO2 OAg omni-directional reflector (Jong Kyu Kim, Thomas Gesmann, Hong Luo, and E. Fred Schubert. Applied Physics Letters 84, 4508 (2004) Rensselaer Polytechnic Institute)

上述の従来技術では、全ての入射角に対して高反射率が得られるとしているが、本願発明者が同様の計算を行ったところ、図10で示すように、前記SiO膜の膜厚が、1/8光学波長膜厚(0.5Q)では約55度を中心に広い角度範囲で20%程度反射率が低下し、また1/4光学波長膜厚(1Q)では約45度を中心に30%程度もの反射率低下が生じることが分かった。これは、金属の上に単層のSiO膜を反射膜として形成した場合、入射角が小さい場合は前記1/4光学波長膜厚(1Q)で良好な反射が得られるが、入射角が大きくなると、図11の破線で示すような、半導体層からSiO膜へ浸み出す光、いわゆる近接場やエバネッセント波と称される光が、銀膜層と結合するためと考えられる。図10において、1/4光学波長膜厚=λ/(4n)=1Q、nは屈折率である。また、図10において、前記非特許文献1に記載のデータ特性、すなわち98%の反射率を、0〜90°の入射角度での各反射率の平均値で得ようとすると、反射膜の厚さを5Q、あるいは6Qまで厚くしなければならないことが判る。 In the above prior art, although a high reflectance is obtained for all angles of incidence, where the present inventors have carried out the same calculation, as shown in Figure 10, the film thickness of the SiO 2 film In the 1/8 optical wavelength film thickness (0.5Q), the reflectance is reduced by about 20% in a wide angle range centered at about 55 degrees, and in the 1/4 optical wavelength film thickness (1Q), about 45 degrees is centered. It was found that the reflectance was reduced by about 30%. This is because, when a single layer SiO 2 film is formed on a metal as a reflective film, when the incident angle is small, good reflection can be obtained with the 1/4 optical wavelength film thickness (1Q). It is considered that light that oozes from the semiconductor layer into the SiO 2 film, so-called near-field or evanescent wave, as shown by the broken line in FIG. In FIG. 10, 1/4 optical wavelength film thickness = λ / (4n) = 1Q, and n is a refractive index. Further, in FIG. 10, when it is attempted to obtain the data characteristics described in Non-Patent Document 1, that is, the reflectance of 98% by the average value of each reflectance at an incident angle of 0 to 90 °, the thickness of the reflecting film is obtained. It can be seen that the thickness must be increased to 5Q or 6Q.

前記浸み出しの量は、図12で示すように、入射角θが臨界角θcまでは0で、前記臨界角θcで波長λ程度の深さまで浸み出し、その後、指数関数的に減少してゆく。θc=30〜40°である。   As shown in FIG. 12, the amount of the oozing is 0 until the incident angle θ reaches the critical angle θc, oozes to a depth of about the wavelength λ at the critical angle θc, and then decreases exponentially. Go. θc = 30 to 40 °.

本発明の目的は、光取出し効率を向上することができる半導体発光素子およびそれを用いる照明装置を提供することである。   The objective of this invention is providing the semiconductor light-emitting device which can improve light extraction efficiency, and an illuminating device using the same.

本発明の一局面に従う半導体発光素子は、発光層の発光波長において透光性を有するn型半導体層、前記発光層およびp型半導体層が積層され、前記発光層からの光の取出し面とは反対側に反射膜を備え、前記反射膜は、発光層の発光波長において透光性を有する透明層と、前記透明層の、前記発光層とは反対側に積層され、光を反射する金属材料から成る金属層とを備え、前記透明層から見て発光層の側に設けられた層は、前記n型半導体層及び前記p型半導体層のうちのいずれかであり、前記n型半導体層及び前記p型半導体層のうち前記透明層から見て発光層の側に設けられた層と、前記透明層との間には、当該透明層から見て発光層の側に設けられた層とオーミックコンタクトすると共に前記発光波長において透明な第1の電極層が積層され、前記透明層の一部には、当該透明層を貫通して前記第1の電極層と前記金属層とを電気的に導通させる金属部が設けられ、前記金属層は、第2の電極層として用いられる。   The semiconductor light-emitting device according to one aspect of the present invention includes a light-transmitting n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer stacked at a light emission wavelength of the light-emitting layer, and a light extraction surface from the light-emitting layer. A reflective film is provided on the opposite side, and the reflective film is a transparent layer having translucency at the emission wavelength of the light emitting layer, and a metal material that is laminated on the opposite side of the transparent layer from the light emitting layer and reflects light A layer provided on the light emitting layer side when viewed from the transparent layer is one of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, and the n-type semiconductor layer and Between the p-type semiconductor layer, the layer provided on the light emitting layer side when viewed from the transparent layer, and the transparent layer, the layer provided on the light emitting layer side when viewed from the transparent layer and the ohmic layer are provided. A first electrode layer that contacts and is transparent at the emission wavelength The transparent layer is partially provided with a metal portion that penetrates the transparent layer and electrically connects the first electrode layer and the metal layer. Used as an electrode layer.

この構成によれば、透明層の一部に設けられた金属部によって、透明層を貫通して第1の電極層と金属層とが電気的に導通されるので、n型半導体層及びp型半導体層のうち、透明層の発光層側に設けられた層と、第2の電極層として用いられる反射率の高い金属層とが、第1の電極層及び金属部を介して電気的に接続される。これにより、第2の電極層から発光層に充分な電流を注入することができるので、透明層による高反射率化を図りつつ、発光層を発光させることで、発光効率を向上させることが可能となる。   According to this configuration, since the first electrode layer and the metal layer are electrically connected through the transparent layer by the metal portion provided in a part of the transparent layer, the n-type semiconductor layer and the p-type Of the semiconductor layers, the layer provided on the light emitting layer side of the transparent layer and the highly reflective metal layer used as the second electrode layer are electrically connected via the first electrode layer and the metal portion. Is done. As a result, a sufficient current can be injected from the second electrode layer to the light emitting layer, so that it is possible to improve the light emission efficiency by emitting light from the light emitting layer while increasing the reflectance by the transparent layer. It becomes.

また、前記金属部は、複数の島状に形成されていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said metal part is formed in several island shape.

この構成によれば、金属部が複数の島状にされていることにより、金属部から第1の電極層へ供給される電流が、第1の電極層において、透明層における透明な絶縁材料部分に回り込みやすくなる結果、発光層へ供給される電流が均一化されて、発光むらが低減される。   According to this configuration, since the metal portion is formed into a plurality of islands, the current supplied from the metal portion to the first electrode layer is converted into a transparent insulating material portion in the transparent layer in the first electrode layer. As a result, the current supplied to the light emitting layer is made uniform, and uneven light emission is reduced.

また、前記金属部は、メッシュ状に形成されているようにしてもよい。   The metal part may be formed in a mesh shape.

この構成によれば、金属部がメッシュ状に形成されていることにより、金属部から第1の電極層へ供給される電流が、第1の電極層において、透明層における透明な絶縁材料部分に回り込みやすくなる結果、発光層へ供給される電流が均一化されて、発光むらが低減される。   According to this configuration, since the metal portion is formed in a mesh shape, the current supplied from the metal portion to the first electrode layer is transferred to the transparent insulating material portion in the transparent layer in the first electrode layer. As a result, the current supplied to the light emitting layer is made uniform, and uneven light emission is reduced.

また、前記第1の電極層は、ITO、GZO、ZnO、IZO、及びAZOのうち少なくとも一つの材料を用いて構成されていることが好ましい。   The first electrode layer is preferably formed using at least one material of ITO, GZO, ZnO, IZO, and AZO.

ITO、GZO、ZnO、IZO、及びAZOは、透明な導電性材料であるから第1の電極層として好適である。   ITO, GZO, ZnO, IZO, and AZO are suitable for the first electrode layer because they are transparent conductive materials.

また、前記第1の電極層は、銀、Pt、Rh、Pt、Al、及びPt、Rh、銀、Alのうちいずれかの合金、のうちいずれかである高反射金属でその厚さが0.1nm〜5nmであることが好ましい。   The first electrode layer is a highly reflective metal that is one of silver, Pt, Rh, Pt, Al, and any alloy of Pt, Rh, silver, and Al, and has a thickness of 0. It is preferably 1 nm to 5 nm.

上記の構成によれば、前記第1の電極層を、吸収の少ない高反射率金属でその厚さが0.1nm〜5nmとすると、吸収を1%以下とすることができる。   According to the above configuration, when the first electrode layer is made of a highly reflective metal with little absorption and has a thickness of 0.1 nm to 5 nm, the absorption can be 1% or less.

また、前記高反射金属は銀であり、前記第1の電極層の厚さは、0.1nm〜2nmであることが好ましい。   The highly reflective metal is silver, and the thickness of the first electrode layer is preferably 0.1 nm to 2 nm.

上記の構成によれば、吸収が極めて少なく、特に好適である。   According to said structure, there is very little absorption and it is especially suitable.

また、前記透明層から見て発光層の側に設けられた層は、前記p型半導体層であり、前記第1の電極層は、Pt、Rh、及びそれらの合金のうちいずれかが0.1nm〜2nmの厚さで積層され、かつ面積占有率が10%〜50%のメッシュ状あるいは微小領域群として形成されることが好ましい。   Further, the layer provided on the light emitting layer side when viewed from the transparent layer is the p-type semiconductor layer, and the first electrode layer is formed of any one of Pt, Rh, and an alloy thereof being 0.00. It is preferably formed as a mesh or a microregion group having a thickness of 1 nm to 2 nm and an area occupation ratio of 10% to 50%.

上記の構成によれば、前記第1の電極層として、PtまたはRh、或いはそれらの合金は、GaN系p型半導体層とオーミック接続が可能で、かつ反射率が60%以上である。そこで、それらを0.1nm〜2nmの厚みで、かつ面積占有率が10%〜50%のメッシュ或いは微小領域群に形成することによって、高反射を犠牲にせず、順方向電圧を低減することができ、好適である。   According to said structure, as said 1st electrode layer, Pt or Rh, or those alloys can be ohmic-connected with a GaN-type p-type semiconductor layer, and a reflectance is 60% or more. Therefore, by forming them in a mesh or minute region group having a thickness of 0.1 nm to 2 nm and an area occupation ratio of 10% to 50%, the forward voltage can be reduced without sacrificing high reflection. It is possible and suitable.

また、本発明の一局面に従う半導体発光素子は、発光層の発光波長において透光性を有するn型半導体層、前記発光層およびp型半導体層が積層され、前記発光層からの光の取出し面とは反対側に反射膜を備え、前記反射膜は、発光層の発光波長において透光性を有する透明層と、前記透明層の、前記発光層とは反対側に積層され、光を反射する金属材料から成る金属層とを備え、前記n型半導体層、前記発光層および前記p型半導体層は、透光性を有する成長基板上に積層されており、前記反射膜は、前記成長基板における前記発光層とは反対側の面上に設けられており、前記透明層から見て発光層の側に設けられた層は、前記成長基板である。   The semiconductor light-emitting device according to one aspect of the present invention includes an n-type semiconductor layer having a light-transmitting property at the emission wavelength of the light-emitting layer, the light-emitting layer, and the p-type semiconductor layer, and a light extraction surface from the light-emitting layer. A reflective film on the opposite side of the light-emitting layer, and the reflective film is laminated on the side of the transparent layer opposite to the light-emitting layer, and reflects light, and has a light-transmitting property at the emission wavelength of the light-emitting layer. A metal layer made of a metal material, wherein the n-type semiconductor layer, the light emitting layer, and the p-type semiconductor layer are stacked on a light-transmitting growth substrate, and the reflective film is formed on the growth substrate. It is provided on the surface opposite to the light emitting layer, and the layer provided on the light emitting layer side when viewed from the transparent layer is the growth substrate.

この構成によれば、発光層から放射した光が成長基板と反対側に取り出される構造を実現できる。   According to this configuration, it is possible to realize a structure in which light emitted from the light emitting layer is extracted to the side opposite to the growth substrate.

また、前記透明層は、SiO、ZrO、Al、TiO、Ta、MgF、CaF、及びSiのうち少なくとも一つの材料を用いて構成されていることが好ましい。 The transparent layer may be formed using at least one material of SiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , MgF, CaF, and Si 3 N 4. preferable.

上記の構成によれば、全反射効果を出す透明層として、SiO(屈折率=1.43)は好適である。半導体層がIII-V族の場合に好適であるだけでなく、特に半導体層がII-VI族のZnO系材料から成る場合、ZnOの屈折率は約2.0であるので、全反射効果を活用するには好適である。また、SiOと同様に、ZrO、Al、TiO、Ta、MgF、CaF、及びSiもまた透明層として好適である。 According to the above configuration, as the transparent layer to issue a total reflection effect, SiO 2 (refractive index = 1.43) is preferred. Not only is the semiconductor layer suitable for the group III-V, but particularly when the semiconductor layer is made of a group II-VI ZnO-based material, the refractive index of ZnO is about 2.0, so that the total reflection effect is reduced. It is suitable for use. Similarly to SiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , MgF, CaF, and Si 3 N 4 are also suitable as the transparent layer.

前記金属層は、銀、Al、及びこれらの合金のうち少なくとも一つの材料を用いて構成されていることが好ましい。   The metal layer is preferably configured using at least one material of silver, Al, and alloys thereof.

銀、Al、及びこれらの合金は、光の反射率が高いので、金属層として好適である。   Silver, Al, and alloys thereof are suitable as a metal layer because of high light reflectance.

また、Al及びAl合金のうちいずれかの層が前記透明層に接するように、当該いずれかの層と銀の層とが積層されて構成されていることが好ましい。   In addition, it is preferable that any one layer of Al and Al alloy is formed by laminating one of the layers and the silver layer so that the layer is in contact with the transparent layer.

Al及びAl合金は、銀よりも透明層との密着性が高いので、Al及びAl合金のうちいずれかの層が前記透明層に接するように、当該いずれかの層と銀の層とを積層して金属層を構成すると、金属層と透明層とが剥離するおそれが低減する。   Since Al and Al alloy have higher adhesiveness to the transparent layer than silver, any one of Al and Al alloy is laminated with the silver layer so that either layer is in contact with the transparent layer. And if a metal layer is comprised, a possibility that a metal layer and a transparent layer may peel will reduce.

また、前記金属層は銀であり、前記金属層の厚みは、80nm以上であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said metal layer is silver and the thickness of the said metal layer is 80 nm or more.

上記の構成によれば、透明層と銀とを積層することで、平均98%から99%以上の反射率が得られ、高い光取り出し効率が可能である。また、銀の屈折率(n,k)を(0.066、2.5)とした場合、成膜工法、成膜条件によって変化するけれども、膜厚が80nmの場合に、反射率(R)が93%以上、透過率(T)が3%以下となるので、高反射率を得るには膜厚80nm以上が望ましい。ここで、屈折率のkは、「吸収係数」または「減衰係数」である。しかし、膜厚が厚くなると膜応力による剥離が生じ易くなるので、特に100nm程度が好ましい。   According to the above configuration, by laminating the transparent layer and silver, a reflectance of 98% to 99% on average is obtained, and high light extraction efficiency is possible. Further, when the refractive index (n, k) of silver is (0.066, 2.5), the reflectivity (R) is changed when the film thickness is 80 nm, although it varies depending on the film forming method and film forming conditions. Is 93% or more and the transmittance (T) is 3% or less, so that a film thickness of 80 nm or more is desirable to obtain a high reflectance. Here, k of the refractive index is “absorption coefficient” or “attenuation coefficient”. However, as the film thickness increases, peeling due to film stress is likely to occur, and therefore, about 100 nm is particularly preferable.

また、前記金属層はAlであり、前記金属層の厚みは、50nm以上であるようにしてもよい。   The metal layer may be Al, and the thickness of the metal layer may be 50 nm or more.

この構成によれば、透明層とAlとを積層することで、97%以上の反射率が得られ、高い光取り出し効率が可能である。   According to this configuration, by laminating the transparent layer and Al, a reflectance of 97% or more can be obtained, and high light extraction efficiency is possible.

また、前記第1の電極層と、前記金属部との間にPt層が形成されていることが好ましい。   A Pt layer is preferably formed between the first electrode layer and the metal part.

この構成によれば、第1の電極層と、金属部との間の密着性をさらに高めることができる。   According to this configuration, the adhesion between the first electrode layer and the metal part can be further enhanced.

また、本発明に係る照明装置は、上述の半導体発光素子を用いる。   In addition, the lighting device according to the present invention uses the above-described semiconductor light emitting element.

上記の構成によれば、光取出し効率を向上することができ、したがって低消費電力化および高輝度化を図ることができる照明装置を実現することができる。   According to said structure, the light extraction efficiency can be improved and, therefore, the illuminating device which can achieve low power consumption and high brightness | luminance is realizable.

このような構成の半導体発光素子及び照明装置は、光取出し効率を向上することができる。   The semiconductor light emitting element and the lighting device having such a configuration can improve the light extraction efficiency.

本発明の実施の一形態に係る半導体発光素子である発光ダイオードの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the light emitting diode which is a semiconductor light emitting element concerning one Embodiment of this invention. 本発明の実施の一形態に係る半導体発光素子である発光ダイオードの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the light emitting diode which is a semiconductor light emitting element concerning one Embodiment of this invention. 本発明の実施の一形態に係る半導体発光素子である発光ダイオードの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the light emitting diode which is a semiconductor light emitting element concerning one Embodiment of this invention. 本発明の実施の一形態に係る半導体発光素子である発光ダイオードの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the light emitting diode which is a semiconductor light emitting element concerning one Embodiment of this invention. 前記各発光ダイオードにおける反射膜を構成する金属層と透明層とにおいて、前記金属層に銀を用いた場合における透明層の厚さの変化に対する反射率の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the reflectance with respect to the change of the thickness of a transparent layer at the time of using silver for the metal layer in the metal layer and transparent layer which comprise the reflecting film in each said light emitting diode. 銀の反射膜の膜厚変化に対する反射率(R)、透過率(T)、及び吸収率(A)の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the reflectance (R), the transmittance | permeability (T), and the absorptivity (A) with respect to the film thickness change of the reflective film of silver. 図6の一部の領域を拡大して示すグラフである。It is a graph which expands and shows the one part area | region of FIG. 発光層から各出射方向に対する光束の変化を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the change of the light beam with respect to each output direction from a light emitting layer. 前記反射膜の反射率の変化に対する光取り出し効率の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the light extraction efficiency with respect to the change of the reflectance of the said reflecting film. 従来技術による反射膜への光の入射角変化に対する実際の反射率の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the actual reflectance with respect to the incident angle change of the light to the reflecting film by a prior art. エバネッセント波(近接場)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an evanescent wave (near field). 前記エバネッセント波による光浸み出し量の入射角に対する変化を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the change with respect to the incident angle of the amount of light leaching by the said evanescent wave. 透明層(SiO)の厚さと、反射膜の反射率との関係を示すグラフである。The thickness of the transparent layer (SiO 2), is a graph showing the relationship between the reflectance of the reflective film. 図13に示すグラフの算出条件、算出方法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the calculation conditions and calculation method of the graph shown in FIG. 金属層の厚さtと、反射膜の重み付き平均反射率<R>との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the thickness t of a metal layer, and the weighted average reflectance <R> of a reflecting film. 図15に示すグラフの算出条件を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the calculation conditions of the graph shown in FIG. 金属層を、Ag層と透明層との間にAl層を設けて構成した場合のAl層の厚さtと、反射膜の重み付き平均反射率<R>との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the thickness t of an Al layer at the time of comprising a metal layer by providing Al layer between Ag layer and a transparent layer, and the weighted average reflectance <R> of a reflecting film. 図17に示すグラフの算出条件を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the calculation conditions of the graph shown in FIG. 図1、図2に示す透明層の一例を示す平面図である。図19(a)は全体図を示し、図19(b)は透明層の一部を拡大した図を示している。It is a top view which shows an example of the transparent layer shown in FIG. 1, FIG. FIG. 19A shows an overall view, and FIG. 19B shows an enlarged view of a part of the transparent layer. 図1、図2に示す透明層の他の一例を示す平面図である。図20(a)は全体図を示し、図20(b)は透明層の一部を拡大した図を示している。It is a top view which shows another example of the transparent layer shown in FIG. 1, FIG. FIG. 20A shows an overall view, and FIG. 20B shows an enlarged view of a part of the transparent layer. 透明導電層を厚さ1nmのPtを用いてメッシュ状あるいは島状に形成した場合のPtの面積占有率と、発光ダイオードの順方向電圧Vf、及び重み付き平均反射率<R>の関係を示すグラフである。The relationship between the Pt area occupancy, the forward voltage Vf of the light emitting diode, and the weighted average reflectance <R> when the transparent conductive layer is formed in a mesh shape or an island shape using Pt having a thickness of 1 nm is shown. It is a graph. Pt層の厚さと密着性(引っ張り強度)との関係を調べた実験結果を示す表である。It is a table | surface which shows the experimental result which investigated the relationship between the thickness of Pt layer, and adhesiveness (tensile strength).

図1〜図4は、本発明の実施の一形態に係る半導体発光素子である発光ダイオード1〜4の構造を示す断面図である。図1〜図4の構造は、本発明が適用される半導体発光素子の典型的な構造例を示すものであり、図1の発光ダイオード1はフリップチップタイプであり、図2〜図4の発光ダイオード2〜4はワイヤボンドタイプである。   1 to 4 are sectional views showing structures of light emitting diodes 1 to 4 which are semiconductor light emitting elements according to an embodiment of the present invention. The structure of FIGS. 1 to 4 shows a typical structure example of a semiconductor light emitting device to which the present invention is applied. The light emitting diode 1 of FIG. 1 is a flip chip type, and the light emission of FIGS. The diodes 2 to 4 are wire bond types.

図1の発光ダイオード1は、図示しない成長基板上に、n型半導体層11、発光層12およびp型半導体層13が積層され、前記発光層12からの光取出し面14とは反対側の面に反射膜を有する。ここで、注目すべきは、p型電極を本発明に係る反射膜Aとすることである。前記反射膜Aは、前記発光層12の発光波長において、該反射膜が接する前記p型半導体層13の屈折率より低い屈折率を有し、かつ3/4光学波長(3Q)以上の厚みを有する透明層15と、前記透明層15上に積層され、高反射率を有する金属材料から成る金属層16とを備えて構成される。   The light-emitting diode 1 of FIG. 1 has an n-type semiconductor layer 11, a light-emitting layer 12, and a p-type semiconductor layer 13 stacked on a growth substrate (not shown), and a surface opposite to the light extraction surface 14 from the light-emitting layer 12. Has a reflective film. Here, it should be noted that the p-type electrode is the reflective film A according to the present invention. The reflective film A has a refractive index lower than the refractive index of the p-type semiconductor layer 13 in contact with the reflective film at the light emission wavelength of the light emitting layer 12, and has a thickness of 3/4 optical wavelength (3Q) or more. And a transparent metal layer 16 formed on the transparent layer 15 and made of a metal material having a high reflectance.

また、後述するように、透明層15の一部には、透明層15を貫通してp型半導体層13と金属層16とを電気的に導通させるメッシュ状、又は複数の島状にされた金属部15bが設けられている。また、図1に示すように、p型半導体層13と透明層15との間に、透明導電層19(第1の電極層)が積層されていてもよい。   Further, as will be described later, a part of the transparent layer 15 has a mesh shape or a plurality of island shapes that penetrate the transparent layer 15 and electrically connect the p-type semiconductor layer 13 and the metal layer 16. A metal portion 15b is provided. As shown in FIG. 1, a transparent conductive layer 19 (first electrode layer) may be laminated between the p-type semiconductor layer 13 and the transparent layer 15.

前記各層11〜13は、III-V族半導体またはII-VI族半導体から成り、たとえばGaNの場合、波長λ=455nm程度、屈折率は2.5程度である。前記透明層15は、たとえばSiOから成り、その場合の屈折率は1.43程度である。前記金属層16は、たとえば銀から成る。そして、前記金属層16まで形成された後、一角が彫り込まれて前記n型半導体層11に連なるn型電極17が形成され、さらに前記成長基板が剥離された後、前記光取出し面14となるその剥離された面に、凹凸が形成されて、この図1で示す構成となる。 Each of the layers 11 to 13 is made of a III-V group semiconductor or a II-VI group semiconductor. For example, in the case of GaN, the wavelength is about λ = 455 nm and the refractive index is about 2.5. The transparent layer 15 is made of, for example, SiO 2 , and the refractive index in that case is about 1.43. The metal layer 16 is made of silver, for example. After the metal layer 16 is formed, a corner is engraved to form an n-type electrode 17 connected to the n-type semiconductor layer 11, and after the growth substrate is peeled off, the light extraction surface 14 is formed. Concavities and convexities are formed on the peeled surface, and the structure shown in FIG. 1 is obtained.

また、図2の発光ダイオード2でも、図示しない成長基板上に、n型半導体層21、発光層22およびp型半導体層23が積層され、前記発光層22からの光取出し面24とは反対側の面に反射膜を有する。ここで、注目すべきは、p型電極を本発明に係る反射膜Bとすることである。前記反射膜Bは、前記発光層22の発光波長において、該反射膜Bが接する前記p型半導体層23の屈折率より低い屈折率を有し、かつ3/4光学波長(3Q)以上の厚みを有する透明層25と、前記透明層25上に積層され、高反射率を有する金属材料から成る金属層26とを備えて構成される。前記各層21〜23は、III-V族半導体またはII-VI族半導体、たとえばGaNから成り、前記透明層25は、たとえばSiOから成り、前記金属層26は、たとえば銀から成る。そして、前記金属層26まで形成された後、前記成長基板が剥離され、前記光取出し面24となるその剥離された面に、凹凸が形成されるとともに、該凹凸上にn型電極27が形成され、前記金属層26がp型コンタクトとなってこの図2で示す構成となる。 2, an n-type semiconductor layer 21, a light-emitting layer 22, and a p-type semiconductor layer 23 are stacked on a growth substrate (not shown), and is opposite to the light extraction surface 24 from the light-emitting layer 22. A reflective film on the surface. Here, it should be noted that the p-type electrode is the reflective film B according to the present invention. The reflective film B has a refractive index lower than the refractive index of the p-type semiconductor layer 23 in contact with the reflective film B at the light emission wavelength of the light-emitting layer 22, and has a thickness of 3/4 optical wavelength (3Q) or more. And a metal layer 26 made of a metal material that is laminated on the transparent layer 25 and has a high reflectance. Each of the layers 21 to 23 is made of a III-V group semiconductor or a II-VI group semiconductor such as GaN, the transparent layer 25 is made of SiO 2 , and the metal layer 26 is made of silver, for example. Then, after the metal layer 26 is formed, the growth substrate is peeled off, and unevenness is formed on the peeled surface that becomes the light extraction surface 24, and an n-type electrode 27 is formed on the unevenness. The metal layer 26 becomes a p-type contact and has the configuration shown in FIG.

また、後述するように、透明層25の一部には、透明層25を貫通してp型半導体層23と金属層26とを電気的に導通させるメッシュ状、又は複数の島状にされた金属部25bが設けられている。また、図2に示すように、p型半導体層23と透明層25との間に、透明導電層29(第1の電極層)が積層されていてもよい。   Further, as will be described later, a part of the transparent layer 25 has a mesh shape or a plurality of island shapes that penetrate the transparent layer 25 to electrically connect the p-type semiconductor layer 23 and the metal layer 26. A metal part 25b is provided. As shown in FIG. 2, a transparent conductive layer 29 (first electrode layer) may be laminated between the p-type semiconductor layer 23 and the transparent layer 25.

一方、図3の発光ダイオード3では、界面30aに凹凸を有し、発光層32の発光波長において透明な成長基板(或いは貼り合せ基板)30上に、n型半導体層31、発光層32およびp型半導体層33が積層され、前記発光層32からの光取出し面34とは反対側の面に反射膜を有する。ここで、注目すべきは、前記成長基板30の裏面を本発明に係る反射膜Cとすることである。前記反射膜Cは、前記発光層32の発光波長において、該反射膜が接する前記成長基板30の屈折率より低い屈折率を有し、かつ3/4光学波長(3Q)以上の厚みを有する透明層35と、前記透明層35上に積層され、高反射率を有する金属材料から成る金属層36とを備えて構成される。前記成長基板30は、GaN、ZnO、Alから成る。前記各層31〜33は、III-V族半導体またはII-VI族半導体から成り、たとえばGaNの場合、波長λ=455nm程度、屈折率は2.5程度である。前記透明層35は、たとえばSiOから成り、その場合の屈折率は1.43程度である。前記金属層36は、たとえば銀から成る。そして、前記p型半導体層33上に透明導電層38が形成され、裏面側に前記透明層35および金属層36が形成された後、一角が彫り込まれた部分と前記透明導電層38上に、n型電極37およびp型電極39が形成されて、この図3で示す構成となる。なお、n型半導体層31とp型半導体層33とは、相互に入替えられてもよい。その場合、電極37はp型となり、電極39はn型となる。 On the other hand, in the light emitting diode 3 of FIG. 3, the n-type semiconductor layer 31, the light emitting layer 32, and p are formed on the growth substrate (or bonded substrate) 30 having irregularities at the interface 30 a and transparent at the light emission wavelength of the light emitting layer 32. A type semiconductor layer 33 is laminated, and a reflective film is provided on the surface opposite to the light extraction surface 34 from the light emitting layer 32. Here, it should be noted that the back surface of the growth substrate 30 is the reflective film C according to the present invention. The reflective film C has a refractive index lower than the refractive index of the growth substrate 30 in contact with the reflective film at the emission wavelength of the light emitting layer 32, and has a thickness of 3/4 optical wavelength (3Q) or more. A layer 35 and a metal layer 36 which is laminated on the transparent layer 35 and made of a metal material having a high reflectance are configured. The growth substrate 30 is made of GaN, ZnO, or Al 2 O 3 . Each of the layers 31 to 33 is made of a III-V group semiconductor or a II-VI group semiconductor. For example, in the case of GaN, the wavelength is about λ = 455 nm and the refractive index is about 2.5. The transparent layer 35 is made of, for example, SiO 2 , and the refractive index in that case is about 1.43. The metal layer 36 is made of, for example, silver. Then, after the transparent conductive layer 38 is formed on the p-type semiconductor layer 33 and the transparent layer 35 and the metal layer 36 are formed on the back side, the corner is engraved on the transparent conductive layer 38 and the transparent conductive layer 38. An n-type electrode 37 and a p-type electrode 39 are formed to have the configuration shown in FIG. Note that the n-type semiconductor layer 31 and the p-type semiconductor layer 33 may be interchanged. In that case, the electrode 37 is p-type and the electrode 39 is n-type.

さらにまた、図4の発光ダイオード4では、発光層42の発光波長において透明な成長基板(或いは貼り合せ基板)40上に、n型半導体層41、発光層42およびp型半導体層43が積層され、前記発光層42からの光取出し面44とは反対側の面に反射膜を有する。そして、前記成長基板40の裏面を、前記透明層35および金属層36と同様の透明層45および金属層46が積層された反射膜Dとしている。図3との違いは、凹凸が光取出し面44であるp型半導体層43上面に形成されていることである。この発光ダイオード4でも、n型半導体層41とp型半導体層43とが入替わり、n型電極47およびp型電極49がそれぞれp型およびn型となってもよい。   Furthermore, in the light-emitting diode 4 of FIG. 4, an n-type semiconductor layer 41, a light-emitting layer 42, and a p-type semiconductor layer 43 are stacked on a growth substrate (or a bonded substrate) 40 that is transparent at the emission wavelength of the light-emitting layer 42. A reflection film is provided on the surface opposite to the light extraction surface 44 from the light emitting layer 42. The back surface of the growth substrate 40 is a reflective film D in which a transparent layer 45 and a metal layer 46 similar to the transparent layer 35 and the metal layer 36 are laminated. The difference from FIG. 3 is that the unevenness is formed on the upper surface of the p-type semiconductor layer 43 which is the light extraction surface 44. Also in the light emitting diode 4, the n-type semiconductor layer 41 and the p-type semiconductor layer 43 may be interchanged, and the n-type electrode 47 and the p-type electrode 49 may be p-type and n-type, respectively.

このように本実施の形態では、前記非特許文献1のように1/4光学波長薄膜干渉によって反射率を向上するのではなく、屈折率が高い媒質(たとえばGaN材料:屈折率=2.5)から屈折率の低い媒質(たとえばSiO:屈折率=約1.43)に光が入射する際の全反射効果を活用し、反射層として3/4光学波長膜厚以上の透明層15,25,35,45と、それに積層される銀、銀合金、Al、Al合金の金属層16,26,36,46から成る反射層とを作成するとともに、光取出し面14,24,44、或いは界面30aに正反射角度を乱す凹凸構造を配設する。これによって、入射角θが小さい領域では前記非特許文献1による1/4光学波長膜を積層した場合を上回る反射率の向上は望めないけれども、前記図8で示す実際の発光層12,22,32,42からの光の放射角分布を考慮した場合、より高い平均反射率を得ることができる。 As described above, in the present embodiment, the reflectance is not improved by ¼ optical wavelength thin film interference as in Non-Patent Document 1, but a medium having a high refractive index (for example, GaN material: refractive index = 2.5). ) To make use of the total reflection effect when light is incident on a medium having a low refractive index (for example, SiO 2 : refractive index = about 1.43). 25, 35, 45 and a reflection layer made of metal layers 16, 26, 36, 46 of silver, silver alloy, Al, Al alloy laminated thereon, and light extraction surfaces 14, 24, 44, or An uneven structure that disturbs the regular reflection angle is disposed on the interface 30a. As a result, in the region where the incident angle θ is small, an improvement in the reflectance that is higher than the case where the quarter optical wavelength film according to Non-Patent Document 1 is laminated cannot be expected, but the actual light-emitting layers 12, 22, shown in FIG. Considering the radiation angle distribution of the light from 32 and 42, a higher average reflectance can be obtained.

詳しくは、前記臨界角θcを超えて比較的深い角度で入射した光は、高屈折率である成長基板30,40または半導体層13,23と該反射膜との界面において、近接場やエバネッセント波と称される前記界面から透明層15,25,35,45へ浸み出し光となるが、該透明層15,25,35,45が3/4光学波長以上の厚みを有することで、該透明層15,25,35,45を通過して前記金属層16,26,36,46で吸収されてしまう可能性は少なくなり、殆どが該透明層15,25,35,45から前記界面へ戻ってゆき(跳ね返され)、前記界面から前記成長基板30,40または半導体層13,23に再度入射して前記光取出し面14,24,34,44に向う。   Specifically, light incident at a relatively deep angle exceeding the critical angle θc is a near-field or evanescent wave at the interface between the growth substrate 30 or 40 or the semiconductor layers 13 and 23 having a high refractive index and the reflective film. The light oozes into the transparent layers 15, 25, 35, 45 from the interface referred to as the light, but the transparent layers 15, 25, 35, 45 have a thickness of 3/4 optical wavelength or more, The possibility of passing through the transparent layers 15, 25, 35, 45 and being absorbed by the metal layers 16, 26, 36, 46 is reduced, and most of the transparent layers 15, 25, 35, 45 go to the interface. It returns (bounces back) and re-enters the growth substrate 30, 40 or the semiconductor layers 13, 23 from the interface toward the light extraction surfaces 14, 24, 34, 44.

そして、1回の透過で取り出せず、このように内部に再反射した光も、前記凹凸の光取出し面14,24,44または界面30aで入射角、屈折率、及び形状に依存する角度変換作用を受け、統計的には最初の発光と類似の分布を持つと考えられる。従って、これら放射角分布の重みをかけて、全ての入射角に対する重み付き平均反射率で考えると、前記非特許文献1による1/4光学波長膜を積層させた場合と比較して、より以上の反射率を得ることができる。こうして、反射膜にあらゆる入射角で入射した光を効率良く取出すことができ、同じ光を取出す場合には低消費電力化することができ、同じ電力を注入する場合には高輝度化を図ることができる。また、このような膜構成では、精密な膜厚制御は不要で、かつ膜層数も少ないので、プロセスが容易である。   Also, the light that cannot be extracted by one transmission and is re-reflected in this way also has an angle conversion function depending on the incident angle, the refractive index, and the shape at the uneven light extraction surfaces 14, 24, 44 or the interface 30a. Statistically, it is considered to have a distribution similar to the first emission. Therefore, when weighting these radiation angle distributions and considering the weighted average reflectance for all the incident angles, it is more than that in the case where the quarter optical wavelength film according to Non-Patent Document 1 is laminated. Can be obtained. In this way, light incident on the reflection film at any incident angle can be efficiently extracted, and when the same light is extracted, the power consumption can be reduced, and when the same power is injected, the brightness is increased. Can do. Further, with such a film configuration, precise film thickness control is unnecessary and the number of film layers is small, so that the process is easy.

図1〜図4では、正反射角度を乱す形状として微小凹凸を例示したが、目的は直方体の中で正反射の繰返しの多重反射をなくすことであって、この形状にはとらわれない。素子のマクロ構造を変えて、素子側面に傾斜を設けても良いし、素子そのものが角錘台形状を有する錘状構造等であってもよい。   1 to 4 exemplify minute irregularities as shapes that disturb the regular reflection angle, the purpose is to eliminate repeated multiple reflections of regular reflection in a rectangular parallelepiped, and the shape is not limited to this. By changing the macro structure of the element, the side surface of the element may be inclined, or the element itself may be a pyramid structure having a truncated pyramid shape.

ここで、図5には、前記金属層16,26,36,46として銀を用いた場合における前記透明層15,25,35,45の厚さの変化に対する反射率の変化を示す。横軸は膜厚Nを示し、その膜厚Nは、1/4光学波長(1Q)の倍数で示す。前述の図11および図12で示すように、全反射効果を活用した透明層15,25,35,45の膜厚は1光学波長程度以上必要であるが、この図5は前述の図8で示す放射束分布を考慮した重み付平均反射率を示しており、この図5から、前記透明層15,25,35,45の厚みは、反射率が99%以上となることから、前記3/4光学波長程度以上あればよいことが理解される。   Here, FIG. 5 shows a change in reflectance with respect to a change in thickness of the transparent layers 15, 25, 35, 45 when silver is used as the metal layers 16, 26, 36, 46. The horizontal axis indicates the film thickness N, and the film thickness N is expressed as a multiple of ¼ optical wavelength (1Q). As shown in FIGS. 11 and 12, the transparent layers 15, 25, 35, and 45 utilizing the total reflection effect need to have a film thickness of about one optical wavelength or more. FIG. FIG. 5 shows the weighted average reflectance in consideration of the radiant flux distribution shown. From FIG. 5, the thickness of the transparent layers 15, 25, 35, and 45 is such that the reflectance is 99% or more. It will be appreciated that there may be more than about 4 optical wavelengths.

なお、前記透明層15,25(後述する透明部分15c,25c)、及び透明層35,45は、前記SiOに限らず、ZrOでもよく、さらにこれらの屈折率がそれぞれ、1.43、1.95であり、これらの間の屈折率を持つAl等でもよい。但し、発光半導体素子がII-VI族のZnO系材料から成る場合、ZnOの屈折率は約2.0であるので、全反射効果を活用するには、前記透明層15,25,35,45としては、SiOが好ましい(Al、ZrOでは屈折率差が小さく、全反射効果も小さい)。前記図5には、ZrOの反射率特性も合わせて示す。 The transparent layers 15 and 25 (transparent portions 15c and 25c described later) and the transparent layers 35 and 45 are not limited to the SiO 2 but may be ZrO 2 , and their refractive indexes are 1.43, 1.95, and Al 2 O 3 or the like having a refractive index between these may be used. However, when the light emitting semiconductor element is made of a II-VI group ZnO-based material, the refractive index of ZnO is about 2.0. Therefore, in order to utilize the total reflection effect, the transparent layers 15, 25, 35, 45 are used. Is preferably SiO 2 (Al 2 O 3 and ZrO 2 have a small difference in refractive index and a small total reflection effect). FIG. 5 also shows the reflectance characteristics of ZrO 2 .

また、透明層15,25(後述する透明部分15c,25c)、及び透明層35,45としては、例えば、SiO、ZrO、Al、TiO、Ta、MgF、CaF、及びSiを用いることができる。また、これらの透明層又は透明部分を、複数の層を積層した多層構造で構成してもよい。さらに、このように積層された各層を、上述の材料から選択された同じ材料で構成してもよく、互いに異なる材料の層を積層してもよい。 Further, (transparent portion 15c to be described later, 25c) transparent layers 15 and 25, and the transparent layer 35 or 45, for example, SiO 2, ZrO 2, Al 2 O 3, TiO 2, Ta 2 O 5, MgF, CaF , And Si 3 N 4 can be used. Moreover, you may comprise these transparent layers or transparent parts by the multilayered structure which laminated | stacked the several layer. Furthermore, each layer laminated in this way may be composed of the same material selected from the above materials, or layers of different materials may be laminated.

一方、前記透明層15,25,35,45は、前述のように厚みが3/4光学波長以上であれば、全反射効果は得られる。しかしながら、実際に成膜した膜は、成膜法にも依存するが、膜応力を持っており、厚くすればする程、この膜応力が強くなり、プロセス中、あるいは素子使用中に膜が剥離してしまう。したがって、該透明層15,25,35,45の厚みを5/4光学波長以下とすることで、光学特性と膜安定性とを両立することができる。なお、前記透明層15,25,35,45を積層するにあたって、スパッタを用いることで前記膜応力を弱くすることが容易となるけれども、半導体層にダメージを与えてしまう場合があるので、そのダメージの小さいEB(電子ビーム)蒸着を用いると、前記のように膜応力を大きくすることが容易である。   On the other hand, if the transparent layers 15, 25, 35, and 45 have a thickness of 3/4 optical wavelength or more as described above, a total reflection effect can be obtained. However, the film actually formed depends on the film formation method, but has a film stress. The thicker the film, the stronger the film stress becomes, and the film peels off during the process or while using the device. Resulting in. Therefore, by setting the thickness of the transparent layers 15, 25, 35, and 45 to 5/4 optical wavelength or less, both optical characteristics and film stability can be achieved. In addition, when laminating the transparent layers 15, 25, 35, and 45, it is easy to weaken the film stress by using sputtering, but the semiconductor layer may be damaged. When EB (electron beam) vapor deposition having a small thickness is used, it is easy to increase the film stress as described above.

図13は、透明層15,25,35,45(SiO)の厚さと、反射膜A,B,C,Dの反射率との関係を示すグラフである。図13において、縦軸の重み付き平均反射率<R>は、立体角分布を考慮した反射率である。図14(a),(b)は、図13における重み付き平均反射率<R>の算出条件を説明するための説明図である。図14(c)は、立体角分布を考慮した重み付き平均反射率<R>の算出方法を説明するための説明図である。 FIG. 13 is a graph showing the relationship between the thickness of the transparent layers 15, 25, 35, 45 (SiO 2 ) and the reflectivity of the reflective films A, B, C, and D. In FIG. 13, the weighted average reflectance <R> on the vertical axis is a reflectance considering the solid angle distribution. 14A and 14B are explanatory diagrams for explaining the calculation conditions of the weighted average reflectance <R> in FIG. FIG. 14C is an explanatory diagram for explaining a method of calculating the weighted average reflectance <R> in consideration of the solid angle distribution.

図14(a)(b)において、透明層(SiO)の屈折率n=1.43、半導体層(GaN)の屈折率n=2.4、光の波長λ=450nmである。そうすると、図13において、光学波長膜厚Q=450/(4×1.43)=78.7nmとなる。また、重み付き平均反射率<R>は、透明層(SiO)の界面における反射率である。 14A and 14B, the refractive index n = 1.43 of the transparent layer (SiO 2 ), the refractive index n of the semiconductor layer (GaN) n = 2.4, and the light wavelength λ = 450 nm. Then, in FIG. 13, the optical wavelength film thickness Q = 450 / (4 × 1.43) = 78.7 nm. The weighted average reflectance <R> is the reflectance at the interface of the transparent layer (SiO 2 ).

図14(c)において、重み付き平均反射率<R>の数式の右辺において、sinφの項が乗算されてたたみ込み積分されることにより、光の入射角に応じた重み付けがされるようになっている。   In FIG. 14C, weighting according to the incident angle of light comes to be performed by convolution integration by multiplying the term of sin φ on the right side of the equation of weighted average reflectance <R>. ing.

図13を参照すると、金属層としてAgを用いた場合、及びAlを用いた場合のいずれであっても、透明層(SiO)の厚さtが3Q(発光波長の3/4を透明層の屈折率で除した値)以上になると、重み付き平均反射率<R>が96%以上となり、かつそれ以上厚さtを増大させても、重み付き平均反射率<R>はあまり大きく増大しない。従って、透明層15,25,35,45の厚さtは3Q以上であることが望ましい。 Referring to FIG. 13, whether Ag is used as the metal layer or Al is used, the thickness t of the transparent layer (SiO 2 ) is 3Q (3/4 of the emission wavelength is the transparent layer). The weighted average reflectance <R> is 96% or more, and the weighted average reflectance <R> increases greatly even if the thickness t is further increased. do not do. Therefore, the thickness t of the transparent layers 15, 25, 35, 45 is desirably 3Q or more.

さらに、透明層(SiO)の厚さtが5Q(発光波長の5/4を、透明層の屈折率で除した値)以上では、重み付き平均反射率<R>がほぼ一定となるので、それ以上厚さtを増大させても反射率向上の効果は得られない。従って、透明層15,25,35,45の厚さtは、3Q〜5Qとすることが望ましい。 Furthermore, when the thickness t of the transparent layer (SiO 2 ) is 5Q (a value obtained by dividing 5/4 of the emission wavelength by the refractive index of the transparent layer), the weighted average reflectance <R> is substantially constant. Even if the thickness t is further increased, the effect of improving the reflectance cannot be obtained. Therefore, the thickness t of the transparent layers 15, 25, 35, 45 is preferably 3Q to 5Q.

また、前記金属層16,26,36,46を、銀または銀合金とすると、前記透明層15,25,35,45と積層することで、前記図5で示すように、平均98%から99%以上の反射率が得られ、高い光取り出し効率を得ることができ、好適である。但し、高反射金属は銀系材料に限定されるものではなく、紫外領域の発光素子においてはAlが望ましい。Alに前記透明層15,25,35,45を積層した場合にも、Alの反射率が寄与する入射角領域では放射束分が小さく、入射角が大きくなる領域では全反射効果が寄与するので、平均としてはAl自体の反射率より高い効果を得ることができる。   Further, when the metal layers 16, 26, 36, 46 are made of silver or a silver alloy, they are laminated with the transparent layers 15, 25, 35, 45, so that an average of 98% to 99% as shown in FIG. % Or more can be obtained, and high light extraction efficiency can be obtained. However, the highly reflective metal is not limited to a silver-based material, and Al is desirable for a light emitting element in the ultraviolet region. Even when the transparent layers 15, 25, 35, 45 are laminated on Al, the radiation flux is small in the incident angle region where the reflectance of Al contributes, and the total reflection effect contributes in the region where the incident angle is large. As an average, an effect higher than the reflectance of Al itself can be obtained.

さらにまた、成膜工法、成膜条件に変化するが、銀の屈折率(n,k)を(0.066、2.5)とした場合、膜厚と、反射率(R)、透過率(T)、吸収率(A)とは、図6のようになる。したがって、高反射率を得るには、90%以上の反射率が得られる膜厚80nm以上が望ましい。また、膜厚が厚くなると膜応力による剥離が生じ易くなるので、200nm以下であることが望ましい。特に100nm程度が、反射率と膜安定性との両面で好ましい。   Furthermore, although the film forming method and the film forming conditions are changed, when the refractive index (n, k) of silver is (0.066, 2.5), the film thickness, the reflectance (R), and the transmittance. (T) and the absorption rate (A) are as shown in FIG. Therefore, in order to obtain a high reflectance, a film thickness of 80 nm or more that can obtain a reflectance of 90% or more is desirable. Moreover, since peeling due to film stress tends to occur as the film thickness increases, the thickness is desirably 200 nm or less. In particular, about 100 nm is preferable in terms of both reflectance and film stability.

また、金属層16,26,36,46としては、銀及び銀合金の他、例えばAl及びAl合金を用いることができる。   As the metal layers 16, 26, 36, and 46, for example, Al and an Al alloy can be used in addition to silver and a silver alloy.

図15は、金属層16,26,36,46(Ag又はAl)の厚さtと、反射膜A,B,C,Dの重み付き平均反射率<R>との関係を示すグラフである。図16(a),(b)は、図15における重み付き平均反射率<R>の算出条件を説明するための説明図である。   FIG. 15 is a graph showing the relationship between the thickness t of the metal layers 16, 26, 36, and 46 (Ag or Al) and the weighted average reflectance <R> of the reflective films A, B, C, and D. . FIGS. 16A and 16B are explanatory diagrams for explaining the calculation conditions of the weighted average reflectance <R> in FIG.

図15を参照すると、金属層としてAgを用いた場合、金属層の厚さtが80nm以上でグラフがほぼフラットになり、それ以上厚さtを大きくしても重み付き平均反射率<R>は増大しない。また、金属層としてAlを用いた場合、金属層の厚さtが50nm以上でグラフがほぼフラットになり、それ以上厚さtを大きくしても重み付き平均反射率<R>は増大しない。   Referring to FIG. 15, when Ag is used as the metal layer, the graph becomes almost flat when the thickness t of the metal layer is 80 nm or more, and the weighted average reflectance <R> even if the thickness t is further increased. Does not increase. Further, when Al is used as the metal layer, the graph becomes almost flat when the thickness t of the metal layer is 50 nm or more, and the weighted average reflectance <R> does not increase even if the thickness t is increased further.

従って、金属層としてAgを用いた場合、金属層の厚さtは80nm以上、より望ましくは最小限の厚さで略最大の反射率が得られる略80nmとすることが望ましい。   Therefore, when Ag is used as the metal layer, the thickness t of the metal layer is preferably 80 nm or more, more preferably about 80 nm at which a substantially maximum reflectance can be obtained with a minimum thickness.

また、金属層としてAlを用いた場合、金属層の厚さtは50nm以上、より望ましくは最小限の厚さで略最大の反射率が得られる略50nmとすることが望ましい。   Further, when Al is used as the metal layer, the thickness t of the metal layer is preferably 50 nm or more, more preferably about 50 nm at which a substantially maximum reflectance can be obtained with a minimum thickness.

また、金属層16,26,36,46を、複数の層を積層した多層構造で構成してもよい。さらに、このように積層された各層を、上述の材料から選択された同じ材料で構成してもよく、互いに異なる材料の層を積層してもよい。   Further, the metal layers 16, 26, 36, and 46 may be configured in a multilayer structure in which a plurality of layers are stacked. Furthermore, each layer laminated in this way may be composed of the same material selected from the above materials, or layers of different materials may be laminated.

また、金属層16,26,36,46が、Ag又はAg合金の場合、透明層15,25,35,45(SiO)との密着性が悪く、金属層16,26,36,46と透明層15,25,35,45とが剥離しやすくなるおそれがある。一方、Al及びAl合金は、Ag及びAg合金よりも透明層15,25,35,45との密着性がよい。そこで、Al又はAl合金の層を形成し、さらにその上にAg又はAg合金の層を形成することで、透明層15,25,35,45(SiO)とAg又はAg合金の層との間にAl又はAl合金の層を挟み込むことで、金属層16,26,36,46と透明層15,25,35,45とが剥離し難くすることができる。 Moreover, when the metal layers 16, 26, 36, 46 are Ag or an Ag alloy, the adhesion with the transparent layers 15, 25, 35, 45 (SiO 2 ) is poor, and the metal layers 16, 26, 36, 46 There is a possibility that the transparent layers 15, 25, 35, 45 are easily peeled off. On the other hand, Al and an Al alloy have better adhesion to the transparent layers 15, 25, 35, and 45 than Ag and an Ag alloy. Therefore, by forming an Al or Al alloy layer and further forming an Ag or Ag alloy layer thereon, the transparent layers 15, 25, 35, 45 (SiO 2 ) and the Ag or Ag alloy layer are formed. By sandwiching an Al or Al alloy layer between them, the metal layers 16, 26, 36, 46 and the transparent layers 15, 25, 35, 45 can be made difficult to peel off.

図17は、金属層を、Ag層と透明層との間にAl層を設けて構成した場合のAl層の厚さtと、反射膜A,B,C,Dの重み付き平均反射率<R>との関係を示すグラフである。図18は、図17における重み付き平均反射率<R>の算出条件を説明するための説明図である。   FIG. 17 shows the thickness t of the Al layer and the weighted average reflectance of the reflection films A, B, C, and D when the metal layer is configured by providing an Al layer between the Ag layer and the transparent layer. It is a graph which shows the relationship with R>. FIG. 18 is an explanatory diagram for explaining the calculation condition of the weighted average reflectance <R> in FIG.

図17を参照すると、Al層の厚さtが1nmのとき、重み付き平均反射率<R>は99.0%となり、極めて良好な重み付き平均反射率<R>が得られる。従って、Al層の
厚さtは1nm以下であることが望ましい。また、Al層の厚さtが3nmのとき、重み付き平均反射率<R>は98.3%となり、バルクのアルミと同等の反射率となる。そうすると、AlはAgより光の反射率が低いので、Al層の厚さtが3nm以上になると、Ag層が無く、Al層のみで金属層を構成した場合と同じになってしまう。従って、Al層の厚さtは、3nmより薄くする必要がある。
Referring to FIG. 17, when the thickness t of the Al layer is 1 nm, the weighted average reflectance <R> is 99.0%, and a very good weighted average reflectance <R> is obtained. Therefore, the thickness t of the Al layer is desirably 1 nm or less. When the thickness t of the Al layer is 3 nm, the weighted average reflectance <R> is 98.3%, which is the same reflectance as that of bulk aluminum. Then, since Al has a light reflectance lower than that of Ag, if the thickness t of the Al layer is 3 nm or more, there is no Ag layer, which is the same as the case where the metal layer is configured by only the Al layer. Therefore, the thickness t of the Al layer needs to be thinner than 3 nm.

ところで、図3および図4の発光ダイオード3,4では、透明層35,45および金属層36,46は成長基板30,40上に形成され、ダイオード電流の経路とは関係のない部分に設けられているのに対して、図1および図2の発光ダイオード1,2では、金属層16,26はp型電極となり、透明層15,25はp型半導体層13,23上に形成されて、ダイオード電流の経路に設けられることになる。このように反射膜A,Bがp型半導体層13,23上に形成されて、そのp型電極を兼ねる場合、図1および図2で示すように、前記p型半導体層13,23と透明層15,25との間には、透明導電層19,29が積層されている。   By the way, in the light emitting diodes 3 and 4 of FIGS. 3 and 4, the transparent layers 35 and 45 and the metal layers 36 and 46 are formed on the growth substrates 30 and 40 and are provided in a portion unrelated to the path of the diode current. In contrast, in the light-emitting diodes 1 and 2 of FIGS. 1 and 2, the metal layers 16 and 26 are p-type electrodes, and the transparent layers 15 and 25 are formed on the p-type semiconductor layers 13 and 23. It is provided in the path of the diode current. When the reflection films A and B are thus formed on the p-type semiconductor layers 13 and 23 and also serve as the p-type electrodes, as shown in FIGS. 1 and 2, the p-type semiconductor layers 13 and 23 and the transparent films A and B are transparent. Transparent conductive layers 19 and 29 are laminated between the layers 15 and 25.

透明導電層19,29は、p型半導体層13,23と導電性を有し(オーミックコンタクトし)、発光層12,22の発光波長において透明な第1の電極層である。そして、透明導電層19,29上に、開口(貫通孔)15a,25aを有する前記透明層15,25が形成される。さらにこの透明層15,25上に、金属層16,26が積層されると、金属層16,26の金属材料が開口15a,25aから透明層15,25上に積層され、開口15a,25a内に積層された金属材料によって金属部15b,25bが形成される。   The transparent conductive layers 19 and 29 are first electrode layers that are conductive (ohmically contacted) with the p-type semiconductor layers 13 and 23 and are transparent at the emission wavelengths of the light-emitting layers 12 and 22. Then, the transparent layers 15 and 25 having openings (through holes) 15a and 25a are formed on the transparent conductive layers 19 and 29. Further, when the metal layers 16 and 26 are laminated on the transparent layers 15 and 25, the metal material of the metal layers 16 and 26 is laminated on the transparent layers 15 and 25 from the openings 15a and 25a, and the openings 15a and 25a The metal portions 15b and 25b are formed by the metal material laminated on the substrate.

この金属部15b,25bによって、透明導電層19,29と金属層16,26とが電気的に導通される。これにより、金属層16,26は、金属部15b,25b、及び透明導電層19,29を介してp型半導体層13,23と電気的に導通し、p型電極(第2の電極層)として用いられる。   The transparent conductive layers 19 and 29 and the metal layers 16 and 26 are electrically connected by the metal portions 15b and 25b. Thereby, the metal layers 16 and 26 are electrically connected to the p-type semiconductor layers 13 and 23 via the metal portions 15b and 25b and the transparent conductive layers 19 and 29, and a p-type electrode (second electrode layer). Used as

なお、透明導電層19,29(例えばITO)と金属部15b,25b(例えばAg)との間に厚さ0.1nm〜0.3nmのPt層を形成することで、透明導電層19,29(例えばITO)と金属部15b,25b(例えばAg)との間の密着性をさらに高めることができる。   The transparent conductive layers 19 and 29 are formed by forming a Pt layer having a thickness of 0.1 nm to 0.3 nm between the transparent conductive layers 19 and 29 (for example, ITO) and the metal portions 15b and 25b (for example, Ag). The adhesion between (for example, ITO) and the metal portions 15b, 25b (for example, Ag) can be further enhanced.

このように反射膜が電極を兼ねてオーミック接合が必要な場合に、全反射効果を活用する前記透明層15,25に、マイクロコンタクトホールを形成したり、該透明層15,25をメッシュ状等に領域分割するなどして前記開口15a,25aを形成し、それらの開口15a,25aを、反射率の高い金属層16,26で覆うことで、金属部15b,25bが形成される。これにより、金属層16,26と透明導電層19,29とのオーミック接合が可能になる。これによって、透明層15,25による高反射率化を犠牲にせず、半導体層13,23と高反射な金属層16,26とを電気的に接続し、前記発光層12,22に充分な電流を注入することができる。   In this way, when the reflective film also serves as an electrode and requires ohmic junction, a micro contact hole is formed in the transparent layers 15 and 25 utilizing the total reflection effect, or the transparent layers 15 and 25 are formed in a mesh shape or the like. The openings 15a and 25a are formed, for example, by dividing the region into portions, and the openings 15a and 25a are covered with the metal layers 16 and 26 having high reflectivity to form the metal portions 15b and 25b. Thereby, ohmic contact between the metal layers 16 and 26 and the transparent conductive layers 19 and 29 is possible. As a result, the semiconductor layers 13 and 23 and the highly reflective metal layers 16 and 26 are electrically connected without sacrificing the high reflectivity by the transparent layers 15 and 25, and sufficient current is supplied to the light emitting layers 12 and 22. Can be injected.

図19、図20は、図1、図2に示す透明層15,25の一例を示す平面図である。図19(a)、図20(a)はそれぞれ全体図を示し、図19(b)、図20(b)はそれぞれ透明層の一部を拡大した図を示している。   19 and 20 are plan views showing examples of the transparent layers 15 and 25 shown in FIGS. 19 (a) and 20 (a) show an overall view, and FIGS. 19 (b) and 20 (b) show enlarged views of a part of the transparent layer.

図19(a)に示す透明層15,25は、透明部分15c,25cが例えば六角形の島状にされて複数配置されている。そして、各透明部分15c,25cの隙間を埋めるように金属部15b,25bがメッシュ状に形成されている。なお、透明部分15c,25cは六角形に限らず、例えば円形であってもよく、その他の形状であってもよい。   In the transparent layers 15 and 25 shown in FIG. 19A, a plurality of transparent portions 15c and 25c are arranged in a hexagonal island shape, for example. And the metal parts 15b and 25b are formed in mesh shape so that the clearance gap between each transparent part 15c and 25c may be filled. The transparent portions 15c and 25c are not limited to hexagons, and may be, for example, circular or other shapes.

また、図20(a)に示す透明層15,25は、金属部15b,25bが例えば円形の島状にされて複数配置されている。そして、各金属部15b,25bの隙間を埋めるように透明部分15c,25cがメッシュ状に形成されている。なお、透明部分15c,25cは六角形に限らず、例えば円形であってもよく、その他の形状であってもよい。   In addition, a plurality of transparent layers 15 and 25 shown in FIG. 20A are arranged such that the metal portions 15b and 25b are formed into, for example, a circular island shape. And the transparent parts 15c and 25c are formed in mesh shape so that the clearance gap between each metal part 15b and 25b may be filled. The transparent portions 15c and 25c are not limited to hexagons, and may be, for example, circular or other shapes.

透明層15,25において、透明部分15c,25cには電流が流れない。そのため、LEDを発光させるための電流は、p型電極である金属層16,26から、各金属部15b,25bを通って透明導電層19,29に到達し、透明導電層19,29からp型半導体層13,23、発光層12,22、n型半導体層11へ流れて発光層12,22が発光する。   In the transparent layers 15 and 25, no current flows through the transparent portions 15c and 25c. Therefore, the current for causing the LED to emit light reaches the transparent conductive layers 19 and 29 from the metal layers 16 and 26, which are p-type electrodes, through the respective metal portions 15b and 25b, and p from the transparent conductive layers 19 and 29. The light emitting layers 12 and 22 emit light by flowing to the type semiconductor layers 13 and 23, the light emitting layers 12 and 22, and the n type semiconductor layer 11.

このとき、発光層12,22を均一に発光させるためには、透明導電層19,29に到達した電流が透明部分15c,25cの下(透明部分15c,25cとp型半導体層13,23との間)に回り込む必要がある。そして、透明部分15c,25cのサイズが小さいほど、電流が透明部分15c,25cの下に回り込み易くなる。   At this time, in order to cause the light emitting layers 12 and 22 to emit light uniformly, the current reaching the transparent conductive layers 19 and 29 is below the transparent portions 15c and 25c (the transparent portions 15c and 25c and the p-type semiconductor layers 13 and 23 and ). The smaller the size of the transparent portions 15c and 25c, the easier it is for the current to flow under the transparent portions 15c and 25c.

従って、透明部分15c,25cのサイズは小さいほど発光層12,22を均一に発光させることが容易となる。透明部分15c,25cのサイズは、例えば図19(b)に示すように、島状の透明部分15c,25cの中心から最も遠い外縁部分までの距離dや、例えば図20(b)に示すように、隣接する金属部15b,25b間の最短距離dである。   Therefore, the smaller the size of the transparent portions 15c and 25c, the easier it is for the light emitting layers 12 and 22 to emit light uniformly. The size of the transparent portions 15c and 25c is, for example, as shown in FIG. 19B, the distance d from the center of the island-like transparent portions 15c and 25c to the farthest outer edge portion, for example, as shown in FIG. And the shortest distance d between the adjacent metal portions 15b and 25b.

前記第1の電極層である透明導電層19,29は、たとえば金属酸化物のITOが例えば30nm以下の厚さで積層されて形成される。この場合、98%以上の透過率を確保でき、透明層15,25での全反射効果を阻害しない。特に好ましくは10nm以下である。また、ITO以外にも、水酸化マグネシウム(Mg(OH))なども用いることができる。 The transparent conductive layers 19 and 29 as the first electrode layers are formed by laminating, for example, metal oxide ITO with a thickness of 30 nm or less, for example. In this case, a transmittance of 98% or more can be secured, and the total reflection effect on the transparent layers 15 and 25 is not hindered. Especially preferably, it is 10 nm or less. In addition to ITO, magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ) can also be used.

なお、透明導電層19,29は、必ずしも30nm以下の厚さである必要はなく、30nmを超える厚さであってもよい。   The transparent conductive layers 19 and 29 do not necessarily have a thickness of 30 nm or less, and may have a thickness exceeding 30 nm.

また、透明導電層19,29としては、ITOや水酸化マグネシウムの他、例えばZnOや、ZnOにガリウムをドープしたGZO、ZnOにインジウムをドープしたりInにインジウムをドープしたりして得られるIZO、及びZnOにアルミニウムをドープしたAZOを用いることができる。また、透明導電層19,29を、複数の層を積層した多層構造で構成してもよい。さらに、このように積層された各層を、上述の材料から選択された同じ材料で構成してもよく、互いに異なる材料の層を積層してもよい。 Further, as the transparent conductive layers 19 and 29, in addition to ITO and magnesium hydroxide, for example, ZnO, GZO in which ZnO is doped with gallium, ZnO is doped with indium, and In 2 O 3 is doped with indium. IZO obtained and AZO doped with aluminum in ZnO can be used. Further, the transparent conductive layers 19 and 29 may have a multilayer structure in which a plurality of layers are stacked. Furthermore, each layer laminated in this way may be composed of the same material selected from the above materials, or layers of different materials may be laminated.

また、透明導電層19,29の成膜にスパッタを用いると、母材である半導体層に与えるダメージが大きいために半導体層と隣接する層とのコンタクト抵抗が増大する可能性がある。一方、透明導電層19,29の成膜にEB蒸着を用いると、半導体層に与えるダメージがスパッタより小さいために、半導体層の抵抗値の増大がスパッタよりも少ない。一方、EB蒸着を用いると、成膜の平坦性がスパッタより劣るため、透明導電層19,29と金属層16,26との界面に凹凸が生じて光の反射率が低下する。   In addition, when sputtering is used to form the transparent conductive layers 19 and 29, there is a possibility that the contact resistance between the semiconductor layer and the adjacent layer increases because damage to the semiconductor layer as a base material is large. On the other hand, when EB vapor deposition is used for forming the transparent conductive layers 19 and 29, the damage to the semiconductor layer is smaller than that of sputtering, so that the increase in the resistance value of the semiconductor layer is less than that of sputtering. On the other hand, when EB vapor deposition is used, the flatness of the film formation is inferior to that of sputtering, so that irregularities occur at the interfaces between the transparent conductive layers 19 and 29 and the metal layers 16 and 26, and the light reflectance is reduced.

そこで、透明導電層19,29を、EB蒸着(第1の成膜法)で形成された層と、スパッタ(第2の成膜法)で形成された層とを積層して構成すると、反射率の低下を低減しつつ、半導体層の抵抗値の増大を低減することが可能となる。特に、透明導電層19,29における透明層15,25に接する面は、スパッタによって形成されていることが、反射率の低下を低減するために望ましい。   Therefore, when the transparent conductive layers 19 and 29 are formed by laminating a layer formed by EB vapor deposition (first film formation method) and a layer formed by sputtering (second film formation method), reflection is achieved. It is possible to reduce the increase in the resistance value of the semiconductor layer while reducing the decrease in the rate. In particular, the surfaces of the transparent conductive layers 19 and 29 that are in contact with the transparent layers 15 and 25 are preferably formed by sputtering in order to reduce a decrease in reflectance.

また、前記第1の電極層である透明導電層19,29は、吸収の少ない高反射金属、たとえば銀で、その厚みが5nm以下に積層されて形成されていてもよい。この場合、前記図6における膜厚が20nm以下の領域を図7で拡大して示すように、吸収を1%以下とすることができる。特にこの図7から、2nm以下とすることで、吸収が極めて少なくなり、好適である。   Further, the transparent conductive layers 19 and 29 as the first electrode layers may be formed of a highly reflective metal with little absorption, such as silver, and the thickness thereof is laminated to 5 nm or less. In this case, as shown in the enlarged view of FIG. 7 where the film thickness is 20 nm or less in FIG. 6, the absorption can be 1% or less. In particular, from FIG. 7, it is preferable that the thickness is 2 nm or less because the absorption is extremely reduced.

さらにまた、前記第1の電極層であり、前記p型半導体層13,23に接する透明導電層19,29は、GaN系p型半導体層13,23とオーミック接続が可能で、かつ反射率が60%以上であるPtまたはRh、或いはそれらの合金から成る。そして、これらを2nm程度以下の厚みで、占有率が50%以下、好ましくは25%以下のメッシュ或いは島状の微小領域群に領域分割するなどして開口19a,29aを形成することによって、高反射を犠牲にせず、発光ダイオード1,2の順方向電圧を低減することができ、好適である。   Furthermore, the transparent conductive layers 19 and 29 which are the first electrode layers and are in contact with the p-type semiconductor layers 13 and 23 can be ohmic-connected to the GaN-based p-type semiconductor layers 13 and 23 and have a reflectivity. It is made of Pt or Rh that is 60% or more, or an alloy thereof. Then, by forming the openings 19a and 29a by dividing them into meshes or island-like microregion groups having a thickness of about 2 nm or less and an occupation ratio of 50% or less, preferably 25% or less, a high The forward voltage of the light emitting diodes 1 and 2 can be reduced without sacrificing reflection, which is preferable.

図21は、透明導電層19,29を厚さ1nmのPtを用いてメッシュ状あるいは島状に形成した場合のPtの面積占有率と、発光ダイオード1,2の順方向電圧Vf、及び重み付き平均反射率<R>の関係を示すグラフである。   FIG. 21 shows the area occupancy of Pt, the forward voltage Vf of the light emitting diodes 1 and 2, and the weight when the transparent conductive layers 19 and 29 are formed in a mesh shape or an island shape using Pt having a thickness of 1 nm. It is a graph which shows the relationship of average reflectance <R>.

発光ダイオード1,2の発光効率は、順方向電圧Vfが低いほど高く、重み付き平均反射率<R>が大きいほど高い。   The light emission efficiency of the light emitting diodes 1 and 2 is higher as the forward voltage Vf is lower, and is higher as the weighted average reflectance <R> is higher.

図21に示すように、Ptの面積占有率が、10%を下回ると急激に順方向電圧Vfが上昇するので、Ptの面積占有率は10以上が望ましい。また、Ptの面積占有率が50%を超えると重み付き平均反射率<R>が93%以下となり、望ましくない。従って、Ptの面積占有率は50%以下が望ましい。また、Ptの面積占有率を25%以下とすれば、重み付き平均反射率<R>が95%以上となって、より望ましい。   As shown in FIG. 21, when the area occupancy of Pt falls below 10%, the forward voltage Vf rapidly increases. Therefore, the area occupancy of Pt is preferably 10 or more. Further, if the Pt area occupancy exceeds 50%, the weighted average reflectance <R> is 93% or less, which is not desirable. Accordingly, the area occupation ratio of Pt is desirably 50% or less. Further, if the area occupation ratio of Pt is 25% or less, the weighted average reflectance <R> is 95% or more, which is more desirable.

図22は、Pt層の厚さと密着性(引っ張り強度)との関係を調べた実験結果を示す表である。図22に示すサンプル1は、Pt層を備えず、GaN層とAg層とを密着させたものであり、サンプル2〜4は、GaN層とAg層との間にPt層を設けたものである。   FIG. 22 is a table showing the experimental results of examining the relationship between the thickness of the Pt layer and adhesion (tensile strength). Sample 1 shown in FIG. 22 does not include a Pt layer, and a GaN layer and an Ag layer are in close contact with each other. Samples 2 to 4 include a Pt layer between the GaN layer and the Ag layer. is there.

サンプル1は、10N/mmの引っ張り強度で層の剥離が発生した。一方、Pt層の厚さが0.1nmのサンプル2では、44.0N/mmの引っ張り強度でも剥離は発生しなかった。さらに、Pt層の厚さがそれぞれ0.3nm、1.0nmのサンプル3,4では、44.7N/mm以上(測定限界以上)の引っ張り強度でも剥離は発生しなかった。 In sample 1, delamination occurred at a tensile strength of 10 N / mm 2 . On the other hand, in sample 2 having a Pt layer thickness of 0.1 nm, peeling did not occur even at a tensile strength of 44.0 N / mm 2 . Further, in Samples 3 and 4 having a Pt layer thickness of 0.3 nm and 1.0 nm, peeling did not occur even at a tensile strength of 44.7 N / mm 2 or more (measurement limit or more).

このことから、Pt層の厚さは、0.1nm以上であることが望ましい。また、Rhや、Pt、Rhの合金を用いた層であっても、Rt層と同様の結果が得られると推定され、層の厚さは0.1nm以上であることが望ましい。   For this reason, the thickness of the Pt layer is preferably 0.1 nm or more. Further, it is estimated that the same result as that of the Rt layer can be obtained even in a layer using an alloy of Rh, Pt, and Rh, and the thickness of the layer is preferably 0.1 nm or more.

以上のような発光ダイオード1〜4を照明装置に用いることで、光取出し効率を向上することができ、したがって低消費電力化および高輝度化を図ることができる照明装置を実現することができる。   By using the light emitting diodes 1 to 4 as described above for the lighting device, it is possible to improve the light extraction efficiency, and thus it is possible to realize a lighting device that can achieve low power consumption and high luminance.

また、本発明の一局面に従う半導体発光素子は、発光層の発光波長において透光性を有するn型半導体層、前記発光層およびp型半導体層が積層され、前記発光層からの光の取出し面とは反対側に反射膜を備え、前記反射膜は、発光層の発光波長において透光性を有する透明層と、前記透明層の、前記発光層とは反対側に積層され、光を反射する金属材料から成る金属層と、前記透明層と前記金属層との間に設けられた、前記透明層と前記金属層とを剥離し難くするための層とを備え、前記透明層は、前記発光波長において、当該透明層から見て前記発光層の側に設けられた層の屈折率より低い屈折率を有し、前記透明層の厚さは、前記発光波長の3/4を、前記透明層の屈折率で除した値以上であり、前記発光波長の5/4を、前記透明層の屈折率で除した値以下である。   The semiconductor light-emitting device according to one aspect of the present invention includes an n-type semiconductor layer having a light-transmitting property at the emission wavelength of the light-emitting layer, the light-emitting layer, and the p-type semiconductor layer, and a light extraction surface from the light-emitting layer. A reflective film on the opposite side of the light-emitting layer, and the reflective film is laminated on the side of the transparent layer opposite to the light-emitting layer, and reflects light, and has a light-transmitting property at the emission wavelength of the light-emitting layer. A metal layer made of a metal material; and a layer provided between the transparent layer and the metal layer for making the transparent layer and the metal layer difficult to peel, wherein the transparent layer is the light emitting element. It has a refractive index lower than the refractive index of the layer provided on the light emitting layer side when viewed from the transparent layer, and the thickness of the transparent layer is 3/4 of the light emitting wavelength. Is equal to or greater than the value obtained by dividing the refractive index of the transparent layer by 5/4 of the emission wavelength. Or less divided by the value in the refractive index.

上記の構成によれば、発光層の発光波長において透光性を有し、導電性基板或いは絶縁性の基板上に適宜導電性のバッファ層を備えるなどして導電性となる基板や、半導体層の成長後に適宜切離される絶縁性基板などの成長基板上に、少なくともn型半導体層、前記発光層およびp型半導体層の各層が、この順、或いは逆の順で積層されて成る半導体発光素子において、前記発光層からの光の取出し面とは反対側に反射膜を設ける。また、前記反射膜を、発光層の発光波長において、前記発光層側に設けられた層の屈折率より低い屈折率を有し、かつ発光波長の3/4を、前記透明層の屈折率で除した値以上の厚みを有する透明層と、前記透明層上に積層され、高反射率を有する金属材料から成る金属層とを備えて構成する。   According to the above configuration, a substrate or a semiconductor layer that has translucency at the emission wavelength of the light-emitting layer and becomes conductive by appropriately including a conductive buffer layer on a conductive substrate or an insulating substrate. Semiconductor light-emitting device in which at least an n-type semiconductor layer, the light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer are stacked in this order or the reverse order on a growth substrate such as an insulating substrate that is appropriately separated after the growth of In the above, a reflective film is provided on the side opposite to the light extraction surface from the light emitting layer. Further, the reflective film has a refractive index lower than the refractive index of the layer provided on the light emitting layer side at the light emitting wavelength of the light emitting layer, and 3/4 of the light emitting wavelength is the refractive index of the transparent layer. A transparent layer having a thickness equal to or greater than the divided value and a metal layer formed on the transparent layer and made of a metal material having a high reflectivity are provided.

したがって、前記臨界角θcまでの比較的浅い角度(入射角が小さい)で入射した光は前記透明層または金属層で反射される。また、前記臨界角θcを超えて比較的深い角度(入射角が大きい)で入射した光は、高屈折率であるGaNなどの成長基板または半導体層と該反射膜との界面において、近接場やエバネッセント波と称される前記界面から透明層への浸み出し光となる。しかしながら、該透明層が発光波長の3/4を、前記透明層の屈折率で除した値以上の厚みを有することで、該透明層を通過して前記金属層で吸収されてしまう可能性が少なくなり、殆どが該透明層から前記界面へ戻ってゆき(跳ね返され)、前記界面から前記成長基板または半導体層に再度入射して前記光の取出し面に向う。   Therefore, light incident at a relatively shallow angle (incident angle is small) up to the critical angle θc is reflected by the transparent layer or metal layer. In addition, light incident at a relatively deep angle (incident angle is large) exceeding the critical angle θc is a near field or an interface between a growth substrate such as GaN having a high refractive index or a semiconductor layer and the reflective film. Light oozes from the interface, called evanescent wave, into the transparent layer. However, if the transparent layer has a thickness equal to or greater than 3/4 of the emission wavelength divided by the refractive index of the transparent layer, there is a possibility that the transparent layer will be absorbed by the metal layer through the transparent layer. Most of the light returns from the transparent layer to the interface (bounces back), reenters the growth substrate or the semiconductor layer from the interface, and travels toward the light extraction surface.

したがって、反射膜にあらゆる入射角で入射した光を効率良く取出すことができ、同じ光を取出す場合には低消費電力化することができ、同じ電力を注入する場合には高輝度化を図ることができる。   Therefore, it is possible to efficiently extract light incident on the reflection film at all incident angles, to reduce power consumption when extracting the same light, and to increase brightness when injecting the same power. Can do.

そして、上記の構成によれば、前述のように透明層の厚みが3/4光学波長以上であれば、全反射効果は得られる。しかしながら、実際に成膜した膜は、成膜法にも依存するものの、膜応力を持っており、透明層を厚くすればする程、この膜応力が強くなり、プロセス中、あるいは素子使用中に膜が剥離する可能性が高くなる。   And according to said structure, if the thickness of a transparent layer is 3/4 optical wavelength or more as mentioned above, a total reflection effect will be acquired. However, although the film actually formed depends on the film forming method, it has a film stress. The thicker the transparent layer, the stronger the film stress becomes, and the film or the element is in use. The possibility that the film peels increases.

したがって、透明層の厚みを発光波長の5/4を、前記透明層の屈折率で除した値以下とすることで、光学特性と膜安定性とを両立することができる。   Therefore, by setting the thickness of the transparent layer to be equal to or less than 5/4 of the emission wavelength divided by the refractive index of the transparent layer, both optical characteristics and film stability can be achieved.

また、前記金属層は、Ag及びAg合金のうちいずれかにより構成され、前記剥離し難くするための層は、前記Ag及びAg合金よりも前記透明層との密着性が高い材料により構成されていることが好ましい。   Further, the metal layer is made of either Ag or an Ag alloy, and the layer for making it difficult to peel is made of a material having higher adhesion to the transparent layer than the Ag and Ag alloy. Preferably it is.

また、前記剥離し難くするための層は、Al及びAl合金のうちいずれかにより構成されていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the layer for making it hard to peel is comprised by either Al or Al alloy.

また、前記剥離し難くするための層の厚さは、0nmを超え、3nmに満たないことが好ましい。   Moreover, it is preferable that the thickness of the layer for making it difficult to peel off exceeds 0 nm and is less than 3 nm.

また、前記透明層から見て発光層の側に設けられた層は、前記n型半導体層及び前記p型半導体層のうちのいずれかであることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the layer provided on the light emitting layer side as viewed from the transparent layer is one of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer.

この構成によれば、透明層の発光層側に設けられるn型半導体層及びp型半導体層の屈折率より、透明層の方が屈折率が低いので、この屈折率の違いによって、透明層の発光層側で光が反射する。   According to this configuration, the refractive index of the transparent layer is lower than the refractive index of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer provided on the light emitting layer side of the transparent layer. Light is reflected on the light emitting layer side.

また、前記n型半導体層及び前記p型半導体層のうち前記透明層から見て発光層の側に設けられた層と、前記透明層との間には、当該透明層から見て発光層の側に設けられた層とオーミックコンタクトすると共に前記発光波長において透明な第1の電極層が積層され、前記透明層の一部には、当該透明層を貫通して前記第1の電極層と前記金属層とを電気的に導通させる金属部が設けられ、前記金属層は、第2の電極層として用いられることが好ましい。   Further, between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer provided on the light emitting layer side when viewed from the transparent layer and the transparent layer, the light emitting layer is viewed from the transparent layer. A first electrode layer that is in ohmic contact with a layer provided on the side and transparent at the emission wavelength is laminated, and a part of the transparent layer penetrates the transparent layer and the first electrode layer and the It is preferable that a metal portion for electrically conducting the metal layer is provided, and the metal layer is used as the second electrode layer.

この構成によれば、透明層の一部に設けられた金属部によって、透明層を貫通して第1の電極層と金属層とが電気的に導通されるので、n型半導体層及びp型半導体層のうち、透明層の発光層側に設けられた層と、第2の電極層として用いられる反射率の高い金属層とが、第1の電極層及び金属部を介して電気的に接続される。これにより、第2の電極層から発光層に充分な電流を注入することができるので、透明層による高反射率化を図りつつ、発光層を発光させることで、発光効率を向上させることが可能となる。   According to this configuration, since the first electrode layer and the metal layer are electrically connected through the transparent layer by the metal portion provided in a part of the transparent layer, the n-type semiconductor layer and the p-type Of the semiconductor layers, the layer provided on the light emitting layer side of the transparent layer and the highly reflective metal layer used as the second electrode layer are electrically connected via the first electrode layer and the metal portion. Is done. As a result, a sufficient current can be injected from the second electrode layer to the light emitting layer, so that it is possible to improve the light emission efficiency by emitting light from the light emitting layer while increasing the reflectance by the transparent layer. It becomes.

また、前記第1の電極層は、第1の成膜法で形成された層と、前記第1の成膜法とは異なる第2の成膜法で形成された層とが積層されて構成されていることが好ましい。   The first electrode layer is formed by stacking a layer formed by a first film formation method and a layer formed by a second film formation method different from the first film formation method. It is preferable that

第1の電極層は、成膜に用いた成膜法の種類によって、特性が異なる。そこで、異なる種類の成膜法で形成された層を積層することで、各成膜法の特性を組み合わせて所望の特性を有する第1の電極層を形成することが容易となる。   The first electrode layer has different characteristics depending on the type of film formation method used for film formation. Therefore, by stacking layers formed by different types of film formation methods, it becomes easy to combine the characteristics of each film formation method to form the first electrode layer having desired characteristics.

また、前記第1の成膜法は、EB蒸着であり、前記第2の成膜法は、スパッタであり、前記第1の電極層における前記透明層と接する層は、前記スパッタにより形成されていることが好ましい。   In addition, the first film formation method is EB vapor deposition, the second film formation method is sputtering, and the layer in contact with the transparent layer in the first electrode layer is formed by the sputtering. Preferably it is.

EB蒸着は、スパッタよりも母材である半導体層に与えるダメージが少なく、半導体層と隣接する層とのコンタクト抵抗が増大するおそれが少ない。また、スパッタは、EB蒸着よりも平坦性に優れるため、第1の電極層における透明層と接する層をスパッタにより形成することで、透明層と第1の電極層との界面がEB蒸着を用いた場合よりも平坦になって、反射率が高まる。従って、EB蒸着で形成された層と、スパッタで形成された層とを積層し、スパッタで形成された層を透明層と接するように第1の電極層を形成すると、半導体層の抵抗値が増大するおそれを低減しつつ、光の反射率を高めることが可能となる。   The EB vapor deposition causes less damage to the semiconductor layer that is a base material than the sputtering, and the contact resistance between the semiconductor layer and the adjacent layer is less likely to increase. Also, since sputtering is more flat than EB vapor deposition, by forming a layer in contact with the transparent layer in the first electrode layer by sputtering, the interface between the transparent layer and the first electrode layer uses EB vapor deposition. It becomes flatter than the case, and the reflectance increases. Therefore, when a layer formed by EB vapor deposition and a layer formed by sputtering are stacked, and the first electrode layer is formed so that the layer formed by sputtering contacts the transparent layer, the resistance value of the semiconductor layer is increased. It is possible to increase the reflectance of light while reducing the risk of increase.

また、前記n型半導体層、前記発光層および前記p型半導体層は、透光性を有する成長基板上に積層されており、前記反射膜は、前記成長基板における前記発光層とは反対側の面上に設けられており、前記透明層から見て発光層の側に設けられた層は、前記成長基板であるようにしてもよい。   The n-type semiconductor layer, the light-emitting layer, and the p-type semiconductor layer are stacked on a light-transmitting growth substrate, and the reflective film is on the opposite side of the growth substrate from the light-emitting layer. The layer provided on the surface and provided on the light emitting layer side when viewed from the transparent layer may be the growth substrate.

この構成によれば、発光層から放射した光が成長基板と反対側に取り出される構造を実現できる。   According to this configuration, it is possible to realize a structure in which light emitted from the light emitting layer is extracted to the side opposite to the growth substrate.

1,2,3,4 発光ダイオード
11,21,31,41 n型半導体層
12,22,32,42 発光層
13,23,33,43 p型半導体層
14,24,34,44 光取出し面
15,25,35,45 透明層
15a,25a;19a,29a 開口
15b,25b 金属部
15c,25c 透明部分
16,26,36,46 金属層
17,27,37,47 n型電極
30,40 成長基板
30a 界面
19、29,38 透明導電層
39,49 p型電極
1, 2, 3, 4 Light emitting diodes 11, 21, 31, 41 n-type semiconductor layers 12, 22, 32, 42 Light-emitting layers 13, 23, 33, 43 p-type semiconductor layers 14, 24, 34, 44 Light extraction surface 15, 25, 35, 45 Transparent layers 15a, 25a; 19a, 29a Openings 15b, 25b Metal portions 15c, 25c Transparent portions 16, 26, 36, 46 Metal layers 17, 27, 37, 47 n-type electrodes 30, 40 Growth Substrate 30a Interface 19, 29, 38 Transparent conductive layer 39, 49 p-type electrode

Claims (15)

発光層の発光波長において透光性を有するn型半導体層、前記発光層およびp型半導体層が積層され、前記発光層からの光の取出し面とは反対側に反射膜を備え、
前記反射膜は、
発光層の発光波長において透光性を有する透明層と、
前記透明層の、前記発光層とは反対側に積層され、光を反射する金属材料から成る金属層とを備え、
前記透明層から見て発光層の側に設けられた層は、
前記n型半導体層及び前記p型半導体層のうちのいずれかであり、
前記n型半導体層及び前記p型半導体層のうち前記透明層から見て発光層の側に設けられた層と、前記透明層との間には、当該透明層から見て発光層の側に設けられた層とオーミックコンタクトすると共に前記発光波長において透明な第1の電極層が積層され、
前記透明層の一部には、当該透明層を貫通して前記第1の電極層と前記金属層とを電気的に導通させる金属部が設けられ、
前記金属層は、第2の電極層として用いられること
を特徴とする半導体発光素子。
An n-type semiconductor layer having translucency at the emission wavelength of the light-emitting layer, the light-emitting layer and the p-type semiconductor layer are laminated, and a reflective film is provided on the side opposite to the light extraction surface from the light-emitting layer;
The reflective film is
A transparent layer having translucency at the emission wavelength of the light emitting layer;
A layer of the transparent layer opposite to the light-emitting layer, and a metal layer made of a metal material that reflects light,
The layer provided on the light emitting layer side when viewed from the transparent layer is
One of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer;
Between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer provided on the light emitting layer side when viewed from the transparent layer, and between the transparent layer, the light emitting layer side when viewed from the transparent layer. A first electrode layer that is in ohmic contact with the provided layer and is transparent at the emission wavelength is laminated,
A part of the transparent layer is provided with a metal portion that penetrates the transparent layer and electrically connects the first electrode layer and the metal layer,
The semiconductor light emitting element, wherein the metal layer is used as a second electrode layer.
前記金属部は、複数の島状に形成されていること
を特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。
The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the metal portion is formed in a plurality of island shapes.
前記金属部は、メッシュ状に形成されていること
を特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。
The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the metal part is formed in a mesh shape.
前記第1の電極層は、ITO、GZO、ZnO、IZO、及びAZOのうち少なくとも一つの材料を用いて構成されていること
を特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
4. The semiconductor according to claim 1, wherein the first electrode layer is formed using at least one material of ITO, GZO, ZnO, IZO, and AZO. Light emitting element.
前記第1の電極層は、銀、Pt、Rh、Al、及びPt、Rh、銀、Alのうちいずれかの合金、のうちいずれかである高反射金属でその厚さが0.1nm〜5nmであること
を特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
The first electrode layer is a highly reflective metal that is one of silver, Pt, Rh, Al, and an alloy of Pt, Rh, silver, and Al, and has a thickness of 0.1 nm to 5 nm. The semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein
前記高反射金属は銀であり、前記第1の電極層の厚さは、0.1nm〜2nmであること
を特徴とする請求項5記載の半導体発光素子。
The semiconductor light emitting element according to claim 5, wherein the highly reflective metal is silver, and the thickness of the first electrode layer is 0.1 nm to 2 nm.
前記透明層から見て発光層の側に設けられた層は、前記p型半導体層であり、
前記第1の電極層は、Pt、Rh、及びそれらの合金のうちいずれかが0.1nm〜2nmの厚さで積層され、かつ面積占有率が10%〜50%のメッシュ状あるいは微小領域群として形成されること
を特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。
The layer provided on the light emitting layer side when viewed from the transparent layer is the p-type semiconductor layer,
The first electrode layer is a mesh-like or microregion group in which any one of Pt, Rh, and an alloy thereof is laminated with a thickness of 0.1 nm to 2 nm, and an area occupation ratio is 10% to 50%. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting device is formed as follows.
発光層の発光波長において透光性を有するn型半導体層、前記発光層およびp型半導体層が積層され、前記発光層からの光の取出し面とは反対側に反射膜を備え、
前記反射膜は、
発光層の発光波長において透光性を有する透明層と、
前記透明層の、前記発光層とは反対側に積層され、光を反射する金属材料から成る金属層とを備え、
前記n型半導体層、前記発光層および前記p型半導体層は、透光性を有する成長基板上に積層されており、
前記反射膜は、前記成長基板における前記発光層とは反対側の面上に設けられており、
前記透明層から見て発光層の側に設けられた層は、
前記成長基板であること
を特徴とする半導体発光素子。
An n-type semiconductor layer having translucency at the emission wavelength of the light-emitting layer, the light-emitting layer and the p-type semiconductor layer are laminated, and a reflective film is provided on the side opposite to the light extraction surface from the light-emitting layer;
The reflective film is
A transparent layer having translucency at the emission wavelength of the light emitting layer;
A layer of the transparent layer opposite to the light-emitting layer, and a metal layer made of a metal material that reflects light,
The n-type semiconductor layer, the light emitting layer, and the p-type semiconductor layer are stacked on a light-transmitting growth substrate,
The reflective film is provided on a surface of the growth substrate opposite to the light emitting layer;
The layer provided on the light emitting layer side when viewed from the transparent layer is
A semiconductor light emitting device, which is the growth substrate.
前記透明層は、SiO、ZrO、Al、TiO、Ta、MgF、CaF、及びSiのうち少なくとも一つの材料を用いて構成されていること
を特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
The transparent layer is formed using at least one material of SiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , MgF, CaF, and Si 3 N 4. The semiconductor light-emitting device according to claim 1.
前記金属層は、銀、Al、及びこれらの合金のうち少なくとも一つの材料を用いて構成されていること
を特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the metal layer is configured using at least one material of silver, Al, and an alloy thereof.
前記金属層は、
Al及びAl合金のうちいずれかの層が前記透明層に接するように、当該いずれかの層と銀の層とが積層されて構成されていること
を特徴とする請求項10記載の半導体発光素子。
The metal layer is
The semiconductor light emitting element according to claim 10, wherein any one of Al and an Al alloy is formed by laminating one of the layers and a silver layer so that the layer is in contact with the transparent layer. .
前記金属層は銀であり、
前記金属層の厚みは、80nm以上であること
を特徴とする請求項10記載の半導体発光素子。
The metal layer is silver;
The thickness of the said metal layer is 80 nm or more. The semiconductor light-emitting device of Claim 10 characterized by the above-mentioned.
前記金属層はAlであり、
前記金属層の厚みは、50nm以上であること
を特徴とする請求項10記載の半導体発光素子。
The metal layer is Al;
The thickness of the said metal layer is 50 nm or more. The semiconductor light-emitting device of Claim 10 characterized by the above-mentioned.
前記第1の電極層と、前記金属部との間にPt層が形成されていること
を特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein a Pt layer is formed between the first electrode layer and the metal part.
請求項1〜14のいずれか1項に記載の半導体発光素子を用いることを特徴とする照明装置。   An illumination device using the semiconductor light emitting element according to claim 1.
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