JP4635985B2 - 発光ダイオード - Google Patents

Description

本発明は、窒化物半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を層構造に含む発光ダイオードに係わり、特に、第１に、発光を均一化すると共に寿命を向上させた発光ダイオードに関し、第２に、観測面側への光取り出しを向上させた発光ダイオードに関する。

窒化物半導体を層構造に含む発光ダイオードは、高輝度純緑色発光ＬＥＤ、青色発光ＬＥＤとして、フルカラーＬＥＤディスプレイ、交通信号灯、バックライトなど、様々な分野で広く利用されている。

これらのＬＥＤは、一般に、サファイアなどの基板上にｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層が順に積層された構造となっている。さらに、ｐ型窒化物半導体層上にはｐ側電極が配置され、ｎ型窒化物半導体層上にはｎ側電極が配置されている。たとえば、ｐ側電極とｎ側電極とを同一面側に設ける場合は、ｐ型窒化物半導体層上にｐ側電極が配置されると共に、ｐ型窒化物半導体層、活性層、およびｎ型窒化物半導体層の一部がエッチングなどにより除去され、露出したｎ型窒化物半導体層上にｎ側電極が配置された構成となる。さらに、各電極には電流を流すために、金線等からなるワイヤーや各種半田等の導電性部材が接続される。このようなＬＥＤの電極配置として様々なものが提案されている（例えば特許文献１）。また、光取り出しを向上させることを目的として、ＬＥＤの構造として様々なものが提案されている（例えば特許文献２）。

しかしながら、第１の課題として、ＬＥＤでは、ｐ側電極にｐ側電流拡散部を設けているものの、発光領域を広く均一に利用することは簡単ではない。逆に発光領域を広く利用しようとして各電極を変形させたり、大きくすると、電流が過度に集中する領域が出てきてしまう。その結果、効率の良い発光が得られないばかりか、寿命さえも縮めてしまうという問題があった。

また、第２の課題として、ＬＥＤの光取り出しを向上させようとして、本来、発光領域である箇所に開口部を設けると、ＬＥＤの抵抗が大きくなる等の原因で素子特性を悪化させてしまうという問題があった。
特開２０００−１６４９３０号公報 ＷＯ０１／４１２１９公報

本発明はこのような問題を解決するためになされたものである。本発明の第１の目的は、電極の形状、配置位置を特定の構成とすることにより、電流を過度に集中させずに発光をより均一にし、さらに光の取り出し効率を向上させ、寿命の長い発光ダイオードを提供することにある。また、本発明の第２の目的は、本来発光領域ではない領域を利用することにより、観測面側への光取り出しを向上させることにある。

本発明の発光ダイオードは、少なくともｎ側電極が配置されたｎ型窒化物半導体層４とｐ側電極が配置されたｐ型窒化物半導体層８を備えると共に、ｎ側電極とｐ側電極が同一面側に配置されており、ｐ側電極が、ｐ型窒化物半導体層に設けられ且つ供給された電流を拡散するｐ側電流拡散部１０ａと、ｐ側電流拡散部の少なくとも一部に設けられ且つｐ側電流拡散部に電流を供給するｐ側パッド部１０ｂとから構成され、電極配置面側からみて所定の方向に長い長手形状である発光ダイオードに関する。特に、電極配置面側から見て、ｎ側電極が、導電性部材が接続されるべきｎ側接続部９−１と、ｎ側接続部の所定の一部から長手方向に延伸したｎ側延伸部９−２とから構成されると共に、ｐ側パッド部が、導電性部材が接続されるべきｐ側接続部１０ｂ−１から少なくとも構成され、さらに、長手方向における一端近傍にｎ側接続部が配置されたｎ側接続部領域と、長手方向における他端近傍にｐ側接続部が配置されたｐ側接続部領域と、その間に位置する中間領域とを備えており、中間領域において、ｐ側電流拡散部には窪みを有し、その窪みに沿ってｎ側延伸部が延伸しており、長手方向と略垂直な方向に対向するｎ側延伸部とｐ側電流拡散部との距離(A)が、ｎ側延伸部の先端と該先端からｐ側接続部領域側に位置するｐ側電流拡散部との距離(B)よりも小さいことを特徴とする。

また、ｐ側パッド部がｐ側接続部の所定の一部から長手方向に延伸したｐ側延伸部１０ｂ−２をさらに備え、中間領域においてｐ側延伸部がｎ側延伸部と対向して延伸しており、ｐ側延伸部がｐ側電流拡散部のｎ側延伸部から遠方に位置することを特徴とする。

また、ｐ側電流拡散部が発光ダイオードからの光の少なくとも一部を透過することを特徴とする。

また、ｐ側電流拡散部は発光ダイオードからの光の少なくとも一部を透過する複数の開口部１０ａａを有することを特徴とする。

中間領域におけるｎ側延伸部とｎ側延伸部から遠方に位置するｐ側電流拡散部の端部との距離Ｄが、ｐ側接続部領域におけるｐ側電流拡散部の幅方向の距離Ｅよりも小さいことを特徴とする。

また、ｎ側接続部とｐ側電流拡散部とが長手方向において互いに対向しており、対向するｎ側延伸部とｐ側電流拡散部との距離Ａが、少なくともｐ側延伸部の先端近傍における長手方向において互いに対向するｎ側接続部とｐ側電流拡散部との距離Ｃよりも小さいことを特徴とする。

また、ｎ側接続部とｐ側接続部は、長手方向において互いに対向していることを特徴とする。また、ｐ側電流拡散部が、ｎ側接続部領域に達して形成されていることを特徴とする。また、ｎ型窒化物半導体層は、ｎ側電極が形成されるｎ型コンタクト層を有し、該ｎ型コンタクト層の表面に、複数の凹凸を有してなることを特徴とする。

本発明の発光ダイオードは、ｎ側電極を有する窒化物半導体からなるｎ型コンタクト層とｐ側電極を有する窒化物半導体からなるｐ型コンタクト層との間に、窒化物半導体からなる活性層を有する半導体積層構造を備える発光ダイオードに関する。特に、発光ダイオードは、ｎ側電極とｐ側電極を同一面側に備えると共に、ｎ型コンタクト層は電極形成面側からみてｐ側電極を有する半導体積層構造が設けられた第１の領域と、第１の領域と異なる第２の領域からなり、第２の領域には複数の凹凸が設けられ、凹凸の頂部は発光ダイオード断面において活性層よりもｐ型コンタクト層側に位置することを特徴とする。

また、凹凸の頂部はｐ型コンタクト層と実質的に同じ高さであることを特徴とする。

また、凹凸断面において、凹凸を形成する凸部は、ｎ型コンタクト層側からｐ型コンタクト層側に向かって徐々に細くなるように傾斜した台形であることを特徴とする。

また、電極形成面側から見て、少なくとも第１の領域とｎ側電極の間に、複数の凹凸が設けられていることを特徴とする。

また、ｐ側電極は、ｐ型コンタクト層上に設けられ且つ供給された電流を拡散する電流拡散部と、電流拡散部上の少なくとも一部に設けられ且つｐ側電流拡散部に電流を供給するパッド部とから構成され、電極配置面側からみて、ｎ側電極とｐ側電極のパッド部との間に位置する第１の領域に設けられた半導体積層構造が、ｎ側電極とｐ側電極のパッド部を結ぶ直線に垂直をなす方向において、第１の領域の両側がくびれ部分を有すると共に、くびれ部分に複数の凹凸を備えることを特徴とする。

また、ｐ側電極は、ｐ型コンタクト層上に設けられ且つ供給された電流を拡散する電流拡散部と、電流拡散部上の少なくとも一部に設けられ且つｐ側電流拡散部に電流を供給するパッド部とから構成され、電極配置面側からみて、ｎ側電極とｐ側電極のパッド部との間に位置する第１の領域に設けられた半導体積層構造が、ｎ側電極とｐ側電極のパッド部を結ぶ直線上において、ｎ側電極側からくびれ部分を有すると共に、くびれ部分に複数の凹凸を備えることを特徴とする。

本発明の発光ダイオードによれば、電流を過度に集中させずに発光をより均一にし、さらに光の取り出し効率を向上させ、寿命を長くすることができる。

また、光の取り出し効率、光指向性の制御を効果的に行うことができ、発光素子としての性能をさらに向上させることができる。

本発明に係る発光ダイオード（以下「ＬＥＤ（Light Emitting Diode）」という）を構成する各半導体層としては種々の窒化物半導体を用いることができる。具体的には、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）などにより基板上にＩｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の半導体を複数形成させたものが好適に用いられる。また、その層構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。また、各層を超格子構造としたり、活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。

ＬＥＤは、一般的には、特定の基板上に各半導体層を成長させて形成されるが、その際、基板としてサファイア等の絶縁性基板を用いその絶縁性基板を最終的に取り除かない場合、通常、ｐ側電極およびｎ側電極はいずれも半導体層上の同一面側に形成されることになる。この場合、フェイスアップ実装すなわち半導体層側を視認側に配置し発光された光を半導体層側から取り出すことも可能であるし、フェイスダウン実装すなわち基板側を視認側に配置し発光された光を基板側から取り出すことも可能である。もちろん、最終的に基板を除去した上で、フェイスアップ実装或いはフェイスダウン実装することもできる。なお、基板はサファイアに限定されず、スピネル、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等、公知の部材を用いることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光ダイオードを例示するものであって、本発明は発光ダイオードを以下のものに特定しない。

また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

（実施の形態１）
図１、２に基づいて、実施の形態１のＬＥＤについて説明する。本実施の形態に係るＬＥＤは、図に示すように同一面側にｐ側電極およびｎ側電極を配置したＬＥＤである。図１は、本実施の形態のＬＥＤを電極配置面側から見た概略図である。また、図２は、本実施の形態のＬＥＤの層構成を示す模式的断面図であり、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図を示す。

図１に示すように、本発明の実施の形態１に係るＬＥＤは、電極配置面側から見て所定の方向に長い長手形状である。本実施の形態では、一対の辺が他の一対の辺よりも長い長方形とする。そして、長方形の長手方向における一端近傍にｎ側接続部９−１が配置され、長方形の長手方向における他端近傍にｐ側接続部１０ｂ−１が対向して配置されている。

図２に示すように、本実施の形態のＬＥＤは、例えば、サファイア基板１上にＧａＮバッファ層２、ノンドープＧａＮ層３、ｎ型コンタクト層となるＳｉドープＧａＮ層４、ｎ型クラッド層となるＳｉドープＧａＮ層５、活性層となるＩｎＧａＮ層６、ｐ型クラッド層となるＭｇドープＡｌＧａＮ層７、ｐ型コンタクト層となるＭｇドープＧａＮ層８が、順次積層された層構造を有する。さらに、ＭｇドープＧａＮ層８、ＭｇドープＡｌＧａＮ層７、ＩｎＧａＮ層６、ＳｉドープＧａＮ層５、ＳｉドープＧａＮ層４が部分的にエッチング等により除去され、ＳｉドープＧａＮ層４の露出面にｎ側電極９が形成され、ＭｇドープＧａＮ層８の上面の略全面にｐ側電極１０が設けられている。なお、本実施の形態では、「特許請求の範囲」に記載するｎ型窒化物半導体層がｎ型コンタクト層となるＳｉドープＧａＮ層４に対応し、ｐ型窒化物半導体層がｐ型コンタクト層となるＭｇドープＧａＮ層８に対応している。

本実施の形態では、ｎ側電極９は、ｎコンタクト層側から順にＷ、Ａｌ、Ｗｌ、Ｐｔ、Ａｕを積層してｎ側電極とするが、材料および積層構造は他の公知のものを用いてもよい。また、最終的に導電性部材となるワイヤーを接続すべきｎ側接続部９−１と、その一部分から長手方向に延伸したｎ側延伸部９−２から構成される。

ｐ側電極１０は、ｐ型コンタクト層の比較的広い領域（略全面）に形成されたｐ型コンタクト層とオーミック接触すると共に、次に記載するｐ側パッド部から供給された電流を拡散するｐ側電流拡散部１０ａと、ｐ側電流拡散部の所定の一部に形成されたｐ側パッド部１０ｂから構成される。本実施の形態では、ｐ型コンタクト層から順にＮｉ、Ａｕ、Ａｕが積層されてｐ側電極とするが、材料および積層構造は他の公知のものを用いてもよい。この場合、ＬＥＤからの光の少なくとも一部を透過する（以下、「透光性」ともいう）程度の比較的薄膜で積層したＮｉ、Ａｕがｐ側電流拡散部であり、透光性を有さない比較的厚膜で積層したＡｕがｐ側パッド部である。さらに、ｐ側パッド部は、最終的に導電性部材となるワイヤーを接続すべきｐ側接続部１０ｂ−１と、その一部分から長手方向に対向するｎ側接続部９−１に向かって延伸したｐ側延伸部１０ｂ−２から構成される。

さらに、図１に示すように本発明の実施の形態１に係るＬＥＤは、ｎ側接続部９−１を含むｎ側接続部領域と、ｐ側接続部１０ｂ−１を含むｐ側接続部領域と、その間に位置する中間領域とに分割される。ここでは、各領域を、長手方向と略垂直をなす方向にＬＥＤを分割した領域とする。

中間領域内には、ｎ側延伸部９−２が配置され、その中間領域においてｎ側延伸部９−２がｐ側電流拡散部１０ａと対向するように延伸している。すなわち、ｎ側延伸部はｐ側接続部領域には侵入せずに中間領域のみに配置されており、その中間領域の内部でｎ側延伸部９−２とｐ側電流拡散部１０ａとが対向するように配置されている。

このように構成することにより、中間領域のｎ側延伸部９−２とｐ側電流拡散部１０ａとが対向する領域において、ｐ側電流拡散部１０ａからｎ側延伸部９−２に均一に電流を供給することができる。また、ｎ側延伸部９−２は中間領域内に配置されているので、ｎ側延伸部からｐ側接続部周辺のｐ側電流拡散部１０ａに電流が集中することを軽減することができる。

すなわち、ｐ側接続部１０ｂ−１には直接導電性部材が接続されるので、当然その周辺が電流密度が高くなり易い領域となる。しかしながら、本発明の実施の形態１に係るＬＥＤは、ｎ側延伸部がｐ側接続部領域まで延伸していないので、ｐ側接続部近傍において電流が集中するのを大幅に軽減すると共に、中間領域においてより広い領域により均一に電流を供給することができる。

また、本実施の形態のように、ｐ側電流拡散部１０ａが透光性を有する構成とすると、ｐ側接続部１０ｂ−１はｐ側延伸部１０ｂ−２を備えることが特に好ましい。すなわちｐ側電流拡散部１０ａを透光性にするには、その膜厚を比較的薄膜に形成する必要がある。しなしながら、ｐ側電流拡散部１０ａを透光性がある程薄膜にすると必然的に電気抵抗が大きくなり、ｐ側パッド部から供給された電流をｐ側電流拡散部１０ａ全体に広げることが困難となる。そこで、電気抵抗が比較的小さいｐ側接続部１０ｂ−１からｐ側延伸部１０ｂ−２が延伸するようにｐ側パッド部１０ｂを構成し、ｐ側延伸部１０ｂ−２に電流を広げた上でｐ側電流拡散部１０ａに電流を供給することにより、ｐ側電流拡散部１０ａ全体に電流を拡散することがより容易になる。

さらに、本実施の形態のＬＥＤは、中間領域において、ｎ側延伸部９−２とｐ側延伸部１０ｂ−２が、長手方向に略垂直をなす方向（以下、「幅方向」という）に互いにより遠方に対向して位置することにより、ＬＥＤ全体により広く電流を供給することができる。

一方、一般に、ＬＥＤ内部から生じた光は、半導体層と半導体層、半導体層と電極等、あらゆる界面で反射されながらＬＥＤ外部に放出される。光が反射する際は、完全に反射されるのではなく、光の一部が各部材に吸収されてしまう。ここで、光反射の回数を減らすことができれば、自動的に光吸収の回数も減らすことができる。このような事情に鑑みて、ＬＥＤの電極配置面側からみてその外形を幅方向にできるだけ薄くすることにより、光の吸収を最小限に抑えつつ、幅方向からの光の取り出しを向上させることができる。また、薄くすることにより、薄い側から集中的に光を取り出すことができる。このような形状としては、一対の辺が他方の一対の辺より長い長方形や平行四辺形、楕円形等があるが、実際問題として歩留まり等を考慮すると長方形が最も好ましい。

このように、ＬＥＤは電極配置面側からみて、一方の方向に薄いことが好ましい。しかしながら、最終的に導電性部材を各電極に接続するためには、ｐ側接続部１０ｂ−１およびｎ側接続部９−１にある程度の面積が必要となる。電極配置面側からみて、ＬＥＤの外形を導電性部材が接続可能な幅方向の厚さを残して限界まで薄くすると、光の取り出しは最大限に利用することができると考えられるが、効果的にｎ側延伸部を配置することが困難になってしまう。

そこで、本実施の形態のＬＥＤは、図１に示すように、中間領域において、ｐ側電流拡散部１０ａの所定の一部に窪みを有する。そして、その窪みに沿ってｎ側延伸部９−２が配置される。この際、中間領域におけるｎ側延伸部とｐ側電流拡散部のｎ側延伸部から遠方の端部との距離Ｄを、ｐ側接続部領域におけるｐ側電流拡散部の幅方向の距離Ｅよりも小さくすることが好ましい。これにより、ｐ側接続部における導電性部材が接続できるだけの面積を確保しつつｎ側延伸部が配置可能になると共に、ＬＥＤの幅方向をより薄くすることができる。

さらに、距離Ｄが距離Ｅよりも小さい場合、互いに対向するｎ側延伸部とｐ側電流拡散部との距離Ａが、ｎ側延伸部の先端と先端からｐ側接続部領域側に位置するｐ側電流拡散部との距離Ｂよりも小さいことが好ましい。なお、ｎ側延伸部の先端からｐ側接続部領域側に位置するｐ側電流拡散部とは、つまり、ｎ側延伸部とｐ側電流拡散部とが対向していない非対向領域のｐ側接続部領域近傍におけるｐ側電流拡散部を指す。図１では、ｎ側接続部の一部から緩やかな曲線を伴ってｎ側延伸部が延伸しているので、距離Ｂはｎ側延伸部とその緩やかな曲線との距離となる。

すなわち、前に説明したように、ｐ側接続部１０ｂ−１には直接導電性部材が接続されるので、当然その周辺が最も電流密度の高い領域となるが、本実施の形態のように距離Ａが距離Ｂよりも小さいことで、Ｂ間において電流の集中を軽減すると共に、Ａ間においてより均一な電流供給を得ることができる。

また、本実施の形態のＬＥＤは、図１に示すように、ｎ側接続部とｐ側電流拡散部が長手方向において互いに対向している。そして、対向するｎ側延伸部とｐ側電流拡散部との距離Ａが、少なくともｐ側延伸部の先端近傍において対向するｎ側接続部とｐ側電流拡散部の距離Ｃよりも小さいことが好ましい。すなわち、ｐ側延伸部の先端近傍はｎ側接続部と隣接するので、当然その周辺が電流密度の高くなり易い領域となるが、本実施の形態のように距離Ａが距離Ｃよりも小さいことで、Ｃ間において電流の集中を軽減すると共に、Ａ間においてより均一な電流供給を得ることができる。

なお、本実施の形態においては、ｐ側電流拡散部が十分に電流を拡散する場合について説明したが、ｐ側電流拡散部の電流拡散機能が充分でない場合は、ｐ側接続部およびｐ側延伸部から構成されるｐ側パッド部の形状自体を変えることにより、実質的に距離Ａ、Ｂ、Ｃを増減させることができる。具体的には、例えば、距離Ａを大きくしたい場合は、ｐ側延伸部をより細くしてｎ側延伸部から離れるような構成にすればよいし、距離Ｂを大きくしたい場合は、図１に示す略四角形のｐ側接続部の一角をよりラウンドさせてｎ側延伸部から離れるような構成にすればよい。同様に、距離Ｃを大きくしたい場合は、ｐ側延伸部を短くしてｎ側接続部から離れるような構成にすればよい。

なお、ｐ側電流拡散部の電流拡散機能が充分でない場合は、距離Ｃはｐ側延伸部の先端に近いほど距離Ａと距離Ｃとの関係による上記効果が顕著となり、ｐ側延伸部の先端から離れるにしたがってその効果は小さくなる。そのため、例えば発光面積を大きくするために、ｐ側延伸部の先端から離れるにしたがって長手方向に対向するｐ側電流拡散部とｎ側接続部との距離を小さくすることもできる。

さらに、ここでは、側面方向において光出射部となる活性層から出射される光を遮らないように、光出射部よりも低い位置にｎ側延伸部を備える。本実施の形態においては、電極配置面側からみて、ＬＥＤの外形を長方形としているために、長手方向からではなく、幅方向から主に光が出射されるので、このような構成が特に有効となる。なお、ここでは、素子構造をＤＨ（ダブルヘテロ）構造としているので、活性層であるＩｎＧａＮ層６が光出射部に相当する。もちろん、素子構造がｐｎ接合である場合はその界面が光出射部ということになる。

また、本実施の形態のＬＥＤをフェイスアップ実装する場合は、導電性部材として金線等からなるワイヤーが主に用いられ、フェイスダウン実装する場合は、導電性部材として半田等が用いられる。

ここでは、ｐ側電流拡散部を比較的薄膜とすることにより、ｐ側電流拡散部自体がＬＥＤの光の一部を透過することができる構成としたが、ｐ側電流拡散部を比較的厚膜としてＬＥＤ光を透過しない構成とすることもできる。特に、フェイスダウン実装する場合は、Ｒｈ、Ａｌ、Ａｇ等の各種金属部材を所定の膜厚に積層させｐ側電流拡散部に光を反射させることにより、視認側への光の取り出しを向上させることができる。この場合、ｐ側電流拡散部の所定の一部にｐ側パッド部を設ける必要はなく、ｎ電極と同様に一体的に構成させることもできる。

また、ＬＥＤの所定の一部に凹凸を設けることにより光を乱反射させ、結果的に光の取り出し効率を向上させることができる。例えば、ｎ側電極を備えるｎ型コンタクト層の表面に凹凸を設けたり、サファイア基板とエピ層との界面に凹凸を設けることにより、より効果的に光を乱反射させることができる。

特に、本発明の実施の形態１に係るＬＥＤは電極配置面側からみて長手形状であるので、縦方向（半導体積層方向）だけでなく横方向（特に幅方向）からも効果的に光が出射されるが、例えばｎ型コンタクト層の表面に凹凸を設けることにより、横方向からの光の出射に加えて、縦方向からの光の出射をも向上させることができ、より立体的な発光を得ることができる。なお、ｎ型コンタクト層の表面に凹凸を形成するには、例えば、ｎ型コンタクト層の表面に形成させた円形、三角形、四角形など所定の形状に開口したマスクを利用して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により該所定の形状の凹部を設けることにより形成することができる。また、該所定の形状を残して他の部分を除去することにより凹凸すなわち凸部を形成することもできる。ｎ型コンタクト層に凹凸を形成する場合、ｎ側電極とｎ型コンタクト層の界面以外はもちろん、該界面に凹凸を形成することもできる。

また、凹凸を形成する工程とｎ側電極を積層するための面を露出させる工程とを一括に行うこともできる。すなわち、例えば、ｐ型コンタクト層を積層した後に、レジスト膜を塗布して所望のパターンに露光し、残存するレジスト膜をマスクとして用い、発光素子として機能する発光層が残存する部位、ｎ型コンタクト層表面の最終的にｎ側電極が配置される部位、そしてｎ型コンタクト層上のｎ型コンタクト層からｐ型コンタクト層までを含んだ凸状柱状物を形成することができる。これにより、ｎ側電極を形成する露出面を形成すると共に凸状柱状物を同時に形成されるので、工程を簡略化することが可能となる。このように、凹凸を形成する工程とｎ側電極を積層するための面を露出させる工程とを一括に行う場合、必然的に、凸状柱状物は活性層よりも高い位置に形成されることになる。この凸状柱状物により、ｎ型コンタクト層を導波してきた光を観測面側に反射させ外部に取り出すことができると共に、活性層から側面方向に出射された光が直接凸状柱状物により観測面側に進行方向を変えるので、観測面側への光の取り出し効率がより効果的なものとなる。凸状柱状物は発光観測面側から見て円形、菱形、三角形や六角形など所望に応じて種々とりうることができる。さらに、凸状柱状物はｎ型コンタクト層側からｐ型コンタクト層側に向かって徐々に細くなっていることが好ましい。これにより、観測面側への光の取り出しをさらに向上させることができる。

なお、これまで説明した凹凸の効果は、本実施の形態のＬＥＤだけでなく他の構造のＬＥＤに対しても当てはまることは言うまでもない。

一方、上述したいずれの場合においても、発光観測面からみた凹凸形状または凸状柱状物の形状の端面は、発光端面と角度をもって、好ましくは垂直に形成された辺を有していれば放出された光を効率よく外部に取り出すことが可能となる。特に、凹凸または凸状柱状物の発光観測面側から見た形状を三角形とし、該三角形の一角を発光端面に対向させると共に、該一角と対向する三角形の一辺を発光端面から遠方に位置させ、かつ発光端面と略平行にすることにより、発光端面と角度を持って対向する一辺をより大きく形成することができるので好ましい。すなわち、各々の三角形の一角が発光端面に対向するように、発光端面に対して各三角形を放射線状に配置させることができる。なお、三角形は二等辺三角形あるいは正三角形が好ましく、この場合、前記した一角とは長さの等しい二辺により形成された角であることが好ましい。これにより、より均一に光を取り出すことができる。また、発光端面とは最終的に電流が供給されて発光するｎ型コンタクト層からｐ型コンタクト層までを備えた積層体における端面である。

さらに、活性層にて発光した光を効率よく外部に取り出すためには、半導体積層構造内を光が反射する回数ができるだけ少ないことが好ましい。このために、例えば、基板としてサファイアを用い、半藤体積層構造を擬似的にＧａＮとすると、サファイアの屈折率、ＧａＮの屈折率は、おおよそ１．７７と２．５であるので、スネルの法則により、その界面での臨界角は約４５°となり、光が半導体積層構造内を反射して外部に出ていく光の反射回数を設計者側で任意に設定することができる。具体的には、例えば、図１における中間領域の活性層端面を構成する半導体積層構造の幅方向の距離を、光が一回反射するような距離に設定することができる。これにより、幅方向における光の取りだしをさらに向上させることができる。もちろん、このことは中間領域の活性層端面を構成する半導体積層構造の幅方向の距離についてだけでなく種々の距離設計に応用することができる。

（実施の形態２）
図３、４に基づいて、実施の形態２のＬＥＤについて説明する。図３は、本実施の形態のＬＥＤを電極配置面側から見た概略図である。また、図４は、実施の形態２のＬＥＤの層構成を示す模式的断面図であり、図３のＩＶ−ＩＶ線における断面を表す。また、実施の形態１と同じ機能を有する部材には同一の符号を付している。

本実施の形態のＬＥＤは、ｐ側電流拡散部１０ａが複数の開口部１０ａａを有する以外は、実施の形態１に開示するＬＥＤと同様の構成とする。また、ｐ側パッド部はｐ側延伸部を有していない。このように構成することにより、活性層から出射される光がｐ側延伸部により遮られることがないので、光取りだしの点から好ましい。もちろん、電流の広がりを考慮して、ｐ側延伸部を備える構成とすることもできる。いずれの効果を重要視するかは、設計者側で任意に選択すればよい。

ｐ側電極１０は、ｐ型コンタクト層の比較的広い領域（略全面）に形成されたｐ型コンタクト層とオーミック接触すると共に、次に記載するｐ側パッド部から供給された電流を拡散するｐ側電流拡散部１０ａと、ｐ側電流拡散部の所定の一部に形成されたｐ側パッド部１０ｂから構成される。ここで、ｐ電流拡散層は、実質的にｐコンタクト層が露出した複数の開口部を備える。ＬＥＤからの光の少なくとも一部はこの開口部から外部に取り出される。

本実施の形態では、ｐ型コンタクト層から順にＲｈ、Ｉｒ、Ａｕを積層してｐ側電極とするが、材料および積層構造は他の公知のものを用いてもよい。この場合、連続して積層したＲｈ、Ｉｒがｐ側電流拡散部であり、Ａｕがｐ側パッド部である。本実施の形態においては、最終的に導電性部材を接続すべきｐ側接続部１０ｂがｐ側パッド部そのものに対応する。

また、本実施の形態のように、ｐ電流拡散層に複数の開口部を備えると、ｐ側接続部はｐ側延伸部を備えなくてもよい。すなわち、ｐ電流拡散層に開口部を形成する場合には、透光性が無くなる程その膜厚を比較的厚膜に形成する。これは、比較的厚膜に形成することにより電気抵抗を小さくし、ｐ側パッド部から供給される電流を拡散し易くするためである。しなしながら、ｐ電流拡散層を透光性を備えない程厚膜にするとｐ側電流拡散部から光を取り出すことが困難となる。そこで、ｐ側電流拡散部に複数の開口部を設けることにより、電気抵抗を小さくしつつ光の取り出しを可能とすることができる。

なお、図４に示すように、開口部を形成しないｐ側電流拡散部の上にｐ側パッド部を配置してもよいが、他の形態として、開口部を有するｐ側電流拡散部の上にｐ側接続部を配置してもよい。すなわち、開口部を備えることにより断面が凹凸のｐ電流拡散層の上面及び凹部内部にｐ側パッド部が配置されるように構成することもできる。これにより、ｐ側パッド部からｐ電流拡散層への接触面積を向上させることができるので、ｐ側パッド部とｐ電流拡散層との密着性を向上させることができると共に、ｐ側パッド部からｐ電流拡散層に効果的に電流を供給することができる。

なお、開口部の形状、大きさ、配置位置等は任意に設定することができることは言うまでもない。さらに、ｐ側電流拡散部のｎ側延伸部側端部に開口部を備えることで、その端部が一直線にならずに開口部により凹凸となる場合であっても、全体的に見て、ｎ側延伸部とｐ側電流拡散部が互いに対向していればよい。

また、ここでは、図１または図３に示すように、例えば、対向するｎ側延伸部とｐ側電流拡散部、対向するｎ側延伸部とｐ側延伸部、対向するするｎ側接続部とｐ側電流拡散部がそれぞれ互いに略平行になるように構成しているが、必ずしも平行でなくともよいことは言うまでもない。この場合、距離Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは対応する領域における最短距離となる。

ここで、実施の形態１および２においては、図１および３に示すように、ｎ側接続部領域にｐ側電流拡散部が位置しない、すなわち中間領域内にｐ側電流拡散部が位置する構成となっているが、例えば、図５〜８に示すように、ｐ側電流拡散部をｎ側接続部領域に含まれるように構成させることもできる。この場合、例えば各図に示すように、長方形かつ長手形状である発光ダイオードの対角線上にｎ側パッド部およびｐ側パッド部がそれぞれ配置された構成とすることが好ましい。なお、この場合、ｎ側接続部領域、中間領域、ｐ側接続部領域はそれぞれ、長手方向に略垂直をなすように区分された領域である。以下、実施の形態３、４を図５〜８に基づいて説明する。

（実施の形態３）
図５、６に基づいて、本実施の形態のＬＥＤについて説明する。なお、実施の形態１と同じ機能を有する部材には同一の符号を付している。本実施の形態のＬＥＤは、以下の構成が異なる他は、基本的に実施の形態１に開示するＬＥＤと同様の構成とする。

すなわち、本実施の形態のＬＥＤは、前記したようにｐ側電流拡散部１０ａがｎ側接続部領域に達して形成されており、ｎ側パッド部９−１およびｐ側パッド部１０ｂ−１は、電極配置面側からみて、長方形であるＬＥＤの対角線上にそれぞれ配置されている。また、ｎ側延伸部９−２とｐ側延伸部１０ｂ−２は部分的に対向している。さらに、ｎ側電極を形成するために露出させたｎ型コンタクト層４まで露出した領域には、光の取りだしを向上させるための複数の凸部１１が、活性層を含む半導体積層構造を取り囲むように備えられる。

図５においては、電極配置面側からみた凸部１１の形状が菱形である場合の例であり、図６においては、電極配置面側からみた凸部１１の形状が三角形である場合の例である。このように、所定の形状の凸部１１を密に配置することによりフェイスアップ実装した場合の、視認側への光の取りだしを向上させることができる。この理由は定かではないが、凸部１１下方（図における背面側）のｎ型コンタクト層内で導波する光が凸部１１の付け根で乱反射するか、あるいは、ｎ型コンタクト層内で導波する光が凸部１１内部に入り込むことにより、視認側への光の取り出し効率が向上するものと考えられる。さらには、ＬＥＤ側面からみて、凹凸頂部が活性層の位置よりも高い（ｐ側に位置する）ことにより、出射端面からの光が直接凹凸を形成する凸部に当たり、光の進行方向を観測面側に変えることができると考えられる。

さらに、出射端面からの光が必ずいずれかの凸部１１に当たるように、すなわち出射端面からの光が一直線にＬＥＤ外部まで抜けないように、各凸部を配置することがより好ましい。具体的には、光が通ると考えられる出射端面から延伸する所定のあらゆる直線上に少なくとも１つの凸部が配置されることにより、より大きな光取りだしを期待できる。

さらに、凸部は、工程を簡略化するために、ｎ側電極を配置させるためにｎ側コンタクト層まで露出する工程で形成することができる。この場合、各凸部は、基板側からｎ側コンタクト層４からｐ側コンタクト層８までが順に積層された構成となる。なお、エッチング等により凸部を形成させる場合には、電極配置面側からみた凸部の最前面の形状が、例えば角が欠けたりして一定でない場合があるが、最も重要なのはその頂部が活性層よりも高い凸部を形成することであるので、このような場合であっても、光の取り出し効率は向上させることができる。

（実施の形態４）
図７、８に基づいて、本実施の形態のＬＥＤについて説明する。なお、実施の形態１と同じ機能を有する部材には同一の符号を付している。本実施の形態のＬＥＤは、以下の構成が異なる他は、基本的に実施の形態１に開示するＬＥＤと同様の構成とする。

すなわち、本実施の形態のＬＥＤは、前記したようにｐ側電流拡散部１０ａがｎ側接続部領域に達して形成されており、ｎ側パッド部９−１およびｐ側パッド部１０ｂ−１は、電極配置面側からみて、長方形であるＬＥＤの対角線上にそれぞれ配置されている。また、ｎ側延伸部９−２とｐ側延伸部１０ｂ−２は部分的にも対向していない。さらに、ｎ側電極を形成するために露出させたｎ型コンタクト層４まで露出した領域には、光の取りだしを向上させるための凸部１１が複数備えられる。凸部１１については、図７は図５と同様であり、図８は図６と同様である。

（実施の形態５）
図９に基づいて本実施の形態のＬＥＤについて説明する。なお、実施の形態１と同じ機能を有する部材には同一の符号を付している。本実施の形態のＬＥＤは、以下の構成が異なる他は、基本的に実施の形態１に開示するＬＥＤと同様の構成とする。

すなわち、本実施の形態のＬＥＤは、図９に示すように、サファイア基板１とバッファ層２との界面からｎ型コンタクト層４のｎ側電極９が設けられる面までが傾斜している。このように傾斜面を備えることにより、フェイスアップ実装またはフェイスダウン実装した場合の視認側への光の取りだしをより向上させることができる。

具体的には、例えばフェイスダウン実装した場合、図９に示す傾斜角度を６４°とした場合には、傾斜角度が９０°の実施の形態１に場合に比較して、視認側への光の取り出しを略１．１倍とすることができる。さらには、傾斜角度を３４°とし傾斜をより緩やかにした場合には、傾斜角度が９０°である場合に比較して、視認側への光の取り出しを略１．６倍とすることができる。

なお、本実施の形態においては、傾斜面が、サファイア基板１とバッファ層２との界面からｎ型コンタクト層４のｎ側電極９が設けられる面までが傾斜している構成としたが、傾斜面は他の領域に設けることも可能である。すなわち、ＬＥＤの側面の少なくとも一部に傾斜面を備えることができる。例えば、上記した構成に加えて、ｎ型コンタクト層４のｎ側電極９が設けられる面からｐ型コンタクト層のｐ側電極１０が設けられる面までが傾斜していても良い。いずれにしても、より大きい側面領域に傾斜面を設けることで上記効果はより大きいものとなる。

さらに、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、ＩＴＯ、酸化インジウム、酸化スズ等、公知の絶縁性材料で、ＬＥＤ内部からの光を透過あるいは反射するように膜厚等を制御して、傾斜面に絶縁性材料を単層または多層設けることにより、フェイスアップ実装、フェイスダウン実装のいずれの場合においても視認側への光の取りだしをさらに向上させることができる。なお、本実施の形態においては、基本的な素子構造を実施の形態１としたが、もちろん他の素子構造においても、傾斜面を設けることで、視認側への光の取りだしは向上する。

（実施の形態６）
次に、図１０、図１１に基づいて実施の形態６のＬＥＤについて説明する。図１０は本実施の形態のＬＥＤを電極形成面側からみた平面図である。また、図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ線におけるｐ側電極２０のパッド部２０ｂ（以下、「ｐ側パッド部」ともいう）近傍の断面図であり、ｐ側電極２０が設けられた第１の領域の半導体積層構造と、第１の領域と異なる第２の領域に設けられた凸部１１との位置関係を示している。

本実施の形態のＬＥＤは、ｐ側電極２０及びｎ側電極１９が同一面側に設けられており、観測面側を電極形成面側とした電極形成面側から光を取り出す構成である。ＬＥＤを構成する半導体積層構造は、実施の形態１と同様に、サファイア基板１上にＧａＮバッファ層２、ノンドープＧａＮ層３、ｎ型コンタクト層となるＳｉドープＧａＮ層４、ｎ型クラッド層となるＳｉドープＧａＮ層５、活性層となるＩｎＧａＮ層６、ｐ型クラッド層となるＭｇドープＡｌＧａＮ層７、ｐ型コンタクト層となるＭｇドープＧａＮ層８が、順次積層された層構造を有する。さらに、ＭｇドープＧａＮ層８、ＭｇドープＡｌＧａＮ層７、ＩｎＧａＮ層６、ＳｉドープＧａＮ層５、ＳｉドープＧａＮ層４が部分的にエッチング等により除去され、ＳｉドープＧａＮ層４の露出面にｎ側電極１９が形成され、ＭｇドープＧａＮ層８にはｐ側電極２０が設けられている。ｎ側電極１９は、ｎ型コンタクト層側から順にＷ、Ｐｔ、Ａｕが積層されてなる。ｐ側電極２０の電流拡散部２０ａ（以下、「ｐ側電流拡散部」ともいう）はｐ型コンタクト層のほぼ全面に形成されると共にｐ型コンタクト層側から順にＮｉ、Ａｕが積層されてなり（又は、ＮｉとＡｕの合金）、パッド部２０ｂはｎ側電極と同様にＷ、Ｐｔ、Ａｕが順に積層されてなる。このように、ｐ側パッド部２０ｂとｎ側電極１９とを同一の構成とすることにより、ｐ側パッド部２０ｂとｎ側電極１９の形成工程を１つにすることができる。また、本実施の形態では、発光領域（第１の領域）を確保するために、ｐ側電流拡散部２０ａはｎ側電極１９を部分的に囲んでいる。

ここで、本実施の形態のＬＥＤは、複数の凹凸を形成する各凸部１１が第１の領域の周囲を囲んでいる。すなわち、本実施の形態のＬＥＤは、駆動時に発光する第１の領域の周囲を凸部で囲むことにより、ＬＥＤの電極形成面側表面領域を有効に利用して光取り出し効率及び光指向性の制御を行うことができる。一般に、ＬＥＤはサファイア等の基板上に各種の半導体層を積層した後に、所定の領域を薄膜化し、その薄膜領域にて個々のＬＥＤに分割する。本願発明は、凸部を形成するための特別な領域を設けてもよいが、例えば、ウエハーを分割する薄膜領域、又はｎ電極周辺に凸部を複数形成することにより、工程の増加を抑えることができる。すなわち、本来、単に、電極形成面側に設けられるｎ型コンタクト層平面の所望の領域に、本願発明の凸部を形成することが好ましい。

ここで、ｎ型コンタクト層は、電極形成面側からみて、ｐ側電極を有する半導体積層構造が設けられた第１の領域と、前記第１の領域と異なる第２の領域から構成され、第２の領域にはｎ電極１９および複数の凸部１１が設けられている。図１１に示すように、第２の領域に設けられた各凸部の頂部は、ＬＥＤ断面において、活性層よりもｐ型コンタクト層側、好ましくはｐ型コンタクト層と実質的に同じ高さとなるように構成される。すなわち、凸部の頂部が活性層よりも高くなるように形成されている。また、凹凸底部は活性層よりも低くなるように形成されている。本実施の形態のＬＥＤはＤＨ構造であるので、凹凸の頂部は、少なくとも活性層とそれに隣接するｎ側層との界面より高ければよいが、活性層とそれに隣接するｐ側層との界面より高いことがより好ましい。また、凹凸の底部は、少なくとも活性層とそれに隣接するｐ側層との界面より低ければよいが、活性層とそれに隣接するｎ側層との界面より低いことがより好ましい。さらに、ＤＨ構造に限られず、例えば活性層に量子井戸構造を用い、この活性層をｎ側層とｐ側層で挟んだ構造においても同様の凸部を形成できる。すなわち、凹凸の頂部は活性層とｎ側層との界面より高く、好ましくは活性層とｐ側層との界面より高くする。また凹凸の底部は、活性層とｐ側層との界面より低く、好ましくは活性層とｎ側層との界面より低くする。

このように構成することにより、観測面側への光の取り出し効率を例えば１０〜２０パーセント向上させることができる。その理由は明らかではないが、以下の理由１〜３ように考えられる。すなわち、１．ｎ型コンタクト層内を導波する光がｎ型コンタクト層から凸部内部に光が取り込まれ、凸部の頂部又はその途中部分から光が観測面側に取り出される。２．活性層端面から側面外部に出射された光が複数の凸部により反射散乱され観測面側へ光が取り出される。３．ｎ型コンタクト層内を導波する光が凸部の根本（ｎ型コンタクト層と凸部の接続部分）にて乱反射され、観測面側へ光が取り出される。

また、凸部を複数設けることにより、観測面側の全域に渡って均一な光取り出しが可能となる。さらに、凸部をｐ型コンタクト層を含むように構成することにより、それらの頂部が略同じ高さとなるので、ｐ側電極を有する半導体積層構造が設けられた第１の領域に遮られることなく、凸部頂部から観測面側に効果的に光を取り出すことができる。また、凸部をｐ型コンタクト層、好ましくはｐ型電極よりも高くなるように構成することにより、より効果的に光を取り出すことができる。

さらに、上記効果は、凸部断面において、半導体積層方向つまりｎ型コンタクト層側からｐ型コンタクト層側に向かって、凸部が徐々に細くなるように傾斜させることで、より大きなものとなる。すなわち、凸部に故意に角度を付けることにより、活性層からの光を凸部表面にて全反射させて、或いは、ｎ型コンタクト層を導波した光を散乱させ、結果として観測面側への光取り出しを効果的に行うことができる。凸部の傾斜角は、３０°〜８０°が好ましく、４０°〜７０°がより好ましい。

さらに、凸部断面の形状は円錐、半円等、種々の形状が可能であるが、好ましくは台形、すなわち凸部自体が円錐台形状であることが好ましい。このように構成することにより、光の指向性制御がより容易になると共に、全体としてより均一な光取り出しが可能となる。ｐ型コンタクト層側から光を取り出し、ｐ側コンタクト層を観測面とする場合に、凸部の観測面側が頂点を含まずに平面を含むことにより、この効果が得られるものと考えられる。

また、凸部断面の形状が台形である場合、台形の上辺（ｐ側）において、さらに凹部を備えることもできる。これにより、ｎ型コンタクト層内を導波してきた光が凸部内部に侵入した際に、凸部の頂部に形成された凹部により、観測面側に光が出射されやすくなるので好ましい。

さらに、本願発明のＬＥＤは、ｎ型コンタクト層の第１の領域に形成された半導体積層構造の出射端面とほぼ垂直をなす方向において、２以上、好ましくは３以上の凸部が少なくとも部分的に重複して配置されていることが好ましい。これにより、第１の領域からの光が高確率で凸部を介することになるので、上記効果をより容易に得ることができる。

本実施の形態における凸部は、ｎ側電極を形成するために、ｎ型コンタクト層を露出する際に、同時に形成することが好ましい。すなわち、本実施の形態のＬＥＤは、同一面側に、ｐ側電極及びｎ側電極を備える構造であるため、基板上にｐ型コンタクト層までを積層した後に、半導体積層構造のｐ側から少なくともｎ側電極に対応する領域をｎ型コンタクト層が露出するように除去することが必要となる。詳細には、例えば、ｐ型コンタクト層を積層した後に、レジスト膜を塗布して所望のパターンに露光し、残存するレジスト膜をマスクとして用い、後にｐ側電極を設ける部位（第１の領域）、および凸部を形成すべき部位（第２の領域の一部分）以外をｎ型コンタクト層が露出するまでエッチング等により除去する。これにより、ｎ側電極を形成する露出面を形成すると共に凸部を同時に形成することができるので、工程を簡略化することが可能となる。なお、ここではマスクとしてレジスト膜を用いたが、ＳｉＯ_２等の絶縁膜をマスクとしても良い。

このように形成された凸部は、第１の領域における半導体積層構造と同じ積層構造を備える。しかしながら、第１の領域に含まれる活性層は発光層として機能するが、第２の領域の凸部に含まれる活性層は発光層として機能しない。これは、第１の領域がｐ側電極を有するのに対して、第２の領域（凸部）にはｐ側電極が形成されていないことによる。すなわち、第１の領域の活性層は通電によりキャリア（正孔及び電子）が供給され得るのに対し、第２の領域に設けられた凸部の活性層には通電によりキャリアは供給されない。このように、本願発明の凸部はそれ自体で発光しうるものではない。

また、第１の領域の内部に周囲が完全に第１の領域で囲まれた開口部を設け、各開口部内に発光し得ない複数の凸部を設けることもできるが、この場合、開口部が電流経路を阻害する場合があり素子抵抗が上がるばかりでなく、均一な発光が得られない傾向があるので好ましくない。したがって、本件発明は、本来発光すべき領域（第１の領域）では、発光に必要な少なくともｎ型コンタクト層、活性層、ｐ型コンタクト層が一様に積層され、一様に発光することが好ましく、本来発光しない領域（第２の領域）のみに複数の凸部を設けることが好ましい。いずれにしても、本件発明は、本来発光し得ない領域に複数の凸部を設け、本来発光し得ない領域を有効に利用することにより、上記したような効果を得ることを大きな特徴とする。

また、上記のように形成された凸部は、第１の領域における半導体積層構造と同じ積層構造となっており、言い換えれば、凸部が材料の異なる複数層からなっている。材料が異なれば、必然的に、各層の屈折率も異なるので、凸部に取り込まれた光が各界面で反射し易くなり、結果として、観測面側への光取り出し向上に寄与しているものと考えられる。

さらに、本件発明における凸部の数、密度等は特に限定されないが、発明者らの実験によれば、第２の領域において少なくとも１００個以上、好ましくは２００個以上、さらに好ましくは３００個以上、より好ましくは５００個以上とすることができる。これにより、上記効果をより向上させることができる。なお、電極形成面側から見て、第２の領域における凸部が占める面積の割合（詳細には、第２の領域における、凸部と第２の領域の界面の面積の占める割合）は、２０パーセント以上、好ましくは３０パーセント以上、さらに好ましくは４０パーセント以上とすることができる。なお上限は特に限定されないが８０パーセント以下とすることが好ましい。また、１つの凸部と第２の領域の界面の面積は、３〜３００μｍ^２、好ましくは６〜８０μｍ^２、さらに好ましくは１２〜５０μｍ^２とすることができる。

第２の領域に凸部１１を設けることにより、光が反射散乱されて取り出し効率が高まる。ここで、図１１に示す凸部１１は、第２の領域でｎ型コンタクト層４を露出させるように凹凸を設けてディンプル状に形成されるため、各々の凸部１１は発光領域である第１の領域と同様の層構成を備えている。したがって、凸部１１も活性層部分を備えている。ただ、光を放出する第１の領域の活性層と、凸部１１の活性層部分とがそのまま対向して配置していると、第１の領域の活性層から放出される光が凸部１１の活性層部分で一部吸収されることがあり、この部分で光利用効率が低下することが考えられる。一方で、第１の領域の活性層から放出される光は拡散して放射されるため、凸部１１の活性層部分のみならず、クラッド層部分にも照射される。活性層からの発光が対向する凸部１１のクラッド層部分で反射・散乱されると、光の利用効率は高まる。したがって、第１の領域の活性層から放出される光が拡散放射されやすくし、かつこの光が凸部１１のクラッド層で反射、散乱されやすい形状とすることで、光の利用効率を高めることが期待できる。このような理由からも、上述した凸部の構成によって光の取り出し効率の改善が得られているものと考えられる。

ここまで説明した通り、本願発明のＬＥＤは、横方向（ＬＥＤの側面方向）に出射する光を減少させ、上方向（観測面側）へ選択的に出射させるものである。特に、活性層を挟む上下の層の少なくとも一方（好ましくは上あるいはｐ側層）に屈折率の低い層を備えるＬＥＤにおいては、該屈折率の低い層で光が反射されやすく、どうしても側面方向の光が主となってしまう。本件発明はこのような素子に対して特に効果的である。

さらに、ＬＥＤは実際に使用する際は、一般に、例えば、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などの有機樹脂からなる封止樹脂でその周囲を封止して使用される。本件発明はこのような使用においても、光による樹脂劣化を大幅に軽減することができる。これは、活性層側面からの光が、活性層側面に位置する封止樹脂に集中せずに、複数の凸部により光が分散されることによるものと考えられる。特にエポキシ樹脂は光に対して弱いので、本件第２の発明はエポキシ樹脂を封止樹脂としたＬＥＤに特に効果的である。同様に、有機樹脂（例えばナイロン系樹脂）からなる支持体にＬＥＤを配置した際においても、その支持体自体の寿命を長くすることができる。すなわち、本願発明のＬＥＤを用いることにより、ＬＥＤ側面から出射される光により支持体が劣化するのを大幅に軽減することができる。このような効果は、当然、支持体の表面がＬＥＤに近いものほどより顕著なものとなる。

また、本実施の形態のＬＥＤは、ｎ側電極１９と第１の領域との間に凸部を形成していないが、実施の形態７および実施の形態８のように、該領域に凸部を形成しても良い。ｎ側電極１９周辺部は比較的発光が強いので、ｎ側電極１９とｐ側電流拡散部２０ａとの間に凸部を設けることにより、上記の効果をさらに向上させることができる。さらに、例えば、ｎ電極及び第１の領域近傍の比較的発光の強い領域に複数の凸部を高密度に設け、それと異なる領域の比較的発光の弱い領域に複数の凸部を低密度に設けてもよい。発光領域の強い領域、弱い領域はＬＥＤの構造によって異なるが、いずれにしても、発光領域の強度を考慮して、複数の凸部の密度を変化させることにより、より効果的な光取り出し及び指向性制御が可能となる。

（実施の形態７）
図１２に基づいて、本実施の形態のＬＥＤについて説明する。本実施の形態のＬＥＤは、第１の領域における半導体積層構造の形状と、それに伴うｐ側電流拡散部２０ａの形状と、凸部の形成領域が異なる他は、実施の形態６のＬＥＤと同様の構成である。

すなわち、本実施の形態のＬＥＤは、電極配置面側からみて、ｎ側電極１９とｐ側電極２０との間に位置する第１の領域がくびれ部分を有しており、さらにそのくびれ部分に複数の凸部が形成されている。すなわち、電極配置面側からみて、ｎ側電極とｐ側電極のパッド部との間に位置する第１の領域に設けられた半導体積層構造が、ｎ側電極とｐ側電極のパッド部を結ぶ直線に垂直をなす方向において、第１の領域の両側がくびれ部分を有すると共に、くびれ部分に複数の凸部を備える。これにより、発光および観測面側への光取り出しを効果的に行うことができる。

詳細には、本実施の形態のＬＥＤは、ｐ側電極のパッド部２０ｂとｎ側電極１９が直線Ｘ−Ｘ上に配置されている。そして、図１２に示すように、電極形成面側からみて、ｐ側電流拡散部２０ａが直線Ｘ−Ｘに沿った長手形状をしており、それに伴いＬＥＤ自体の形状も直線Ｘ−Ｘに沿った長手形状としている。また、ｐ側電極のパッド部２０ｂからｎ側電極１９に流れる電流は、その経路が最短になるように主に直線Ｘ−Ｘに流れる。しかしながら、本発明者等は、ｐ側電極のパッド部２０ｂとｎ側電極１９の間の電流拡散部２０ａのうち、直線Ｘ−Ｘ、ｐ側パッド部２０ｂ、ｎ側電極１９の３箇所から離れた領域には、電流が供給されにくく、その結果、他の領域に比較して発光が弱いことを見いだし、本実施の形態を発明するに至った。

本実施の形態のＬＥＤは、上記事情を考慮して、ｎ側電極１９とｐ側電極のパッド部２０ｂとの間に位置する第１の領域にくびれ部分を設け、本来発光すべき該くびれ部分に対応する領域の半導体積層構造を除去し、さらにそのくびれ部分に複数の凸部を形成することにより、結果として良好な光取り出しが実現可能となる。これは、くびれ部分に相当する発光の弱い領域をあえて除去し、その除去した領域に凸部を設けることにより、強い発光がそのまま側面外部に放出され、その放出された強い発光が凸部を介して観測面側に方向転換するために、光の取り出し、光の指向制御性が向上するものと考えられる。

（実施の形態８）
図１３に基づいて、本実施の形態のＬＥＤについて説明する。本実施の形態のＬＥＤは、第１の領域における半導体積層構造の形状と、それに伴うｐ側電流拡散部２０ａの形状と、凸部の形成領域が異なる他は、実施の形態６のＬＥＤと同様の構成である。

すなわち、本実施の形態のＬＥＤは、電極配置面側からみて、ｎ側電極とｐ側電極のパッド部との間に位置する第１の領域に設けられた半導体積層構造が、ｎ側電極とｐ側電極のパッド部を結ぶ直線Ｘ−Ｘ上において、ｎ側電極側からくびれ部分を有すると共に、くびれ部分に複数の凸部を備える。これにより、光の取り出し、光の指向制御性をより向上させることがでる。前に説明したように、電流は直線Ｘ−Ｘに主に流れるが、第１の領域の直線Ｘ−Ｘ上の一部をあえて除去し、その除去領域に複数の凸部を設けることにより、結果的に、光の取り出し効率、光の指向性制御を効果的に向上させることができる。これは、直線Ｘ−Ｘ上の一部をあえて除去することにより、電流を半導体積層構造のより広い領域に広げることが可能となると共に、直線Ｘ−Ｘ上から除去した領域における活性層を含む半導体積層構造端面から出射される比較的強い光を、効果的に観測面側に取り出すことができるためと考えられる。

さらに、発明者によれば、第２の発明のように、第２の領域に凸部を複数設けることにより、順方向と逆方向の双方の静電耐圧が向上する傾向が得られた。この理由は明らかではないが、おそらく、凸部を複数設け表面積が増加したことに関係するものと考えられる。

また、本実施の形態のＬＥＤは、実施の形態７のＬＥＤの構成と併用すればより好ましい。すなわち、本実施の形態のＬＥＤに実施の形態７のくびれ部分を備えることにより、上記の効果をより向上させることができる。実施の形態７及び８のくびれ部分の大きさ、形状等は、任意に設定可能である。

なお、各実施の形態のＬＥＤの半導体積層構造は上記に限定されない。各半導体層における混晶材料や混晶比、積層数、積層順等は、作製者側で任意に設定すればよい。ｐ側電極、ｎ側電極についても同様であり、その積層順、構成材料、膜厚等は任意に設定できる。

さらに、実施の形態６、７、８においては、電極形成面側から見て、長方形の外形であり、さらにその長手方向の両端の略中央にｎ電極及びｐ電極のパッド部がそれぞれ配置されて構成としたが、本発明はこれに限定されるものではない。本明細書に開示したＬＥＤ構造の他に、例えば、四角形の対角線上に、ｎ電極及びｐ電極のパッド部がそれぞれ配置された構成とすることもできる。

また、実施の形態６〜８においては、電極形成面側から見て、第２の領域に複数の凸部により凹凸が設けられた例について説明したが、電極形成面側から見て、第２の領域に複数の凹部により凹凸が設けられるようにすることもできる。このようにしても、光の取り出し効率は向上するが、作業が繁雑になるので好ましくない。すなわち、第２の領域に凹部を設ける場合であっても、リークを防止するために、第１の領域の周囲は一旦ｎ型コンタクト層が露出するように溝を設けることが好ましい。これは、第１の領域の周囲に溝を形成しないと、第１の領域及び第２の領域が連結した状態になり、例えば、最終的に各チップに切断する際に、切断面にゴミ等が付着するとリークしてしまう可能性が生じるからである。このように溝を設けてしまうと、必然的に凹凸を設け得る面積が少なくなるので好ましくない。

なお、電極形成面から見て、第２の領域に複数の凹部を設ける場合は、凹部の数が、少なくとも１００個以上、好ましくは２００個以上、さらに好ましくは３００個以上、より好ましくは５００個以上とすることができる。

以上の各実施の形態では、保護膜の説明を省略したが、実際にＬＥＤを使用する際には、ＬＥＤの表面の少なくとも一部をＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ等の絶縁膜で被覆することが好ましい。例えば、ｐ、ｎ側各パッド部に導電性部材が接続される領域を除く、電極形成面側から視認できる領域を絶縁膜で被覆することができる。この際、各凹凸も絶縁膜で被覆されることになる。

本発明は、照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、携帯電話機等のバックライト光源、信号機、照明式スイッチ、車載用ストップランプ、各種センサおよび各種インジケータ等に利用することができる。

本発明の実施の形態１のＬＥＤを電極配置面側から見た平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 本発明の実施の形態２のＬＥＤを電極配置面側から見た平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。 本発明の実施の形態３のＬＥＤを電極配置面側から見た平面図である。 本発明の実施の形態３のＬＥＤのその他の態様を示す平面図である。 本発明の実施の形態４のＬＥＤを電極配置面側から見た平面図である。 本発明の実施の形態４のＬＥＤのその他の態様を示す平面図である。 本発明の実施の形態５のＬＥＤにおける断面図である。 本発明の実施の形態６のＬＥＤを電極配置面側から見た平面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ線における部分的な断面図である。 本発明の実施の形態７のＬＥＤを電極配置面側から見た平面図である。 本発明の実施の形態８のＬＥＤを電極配置面側から見た平面図である。

符号の説明

１・・・サファイア基板
２・・・ＧａＮバッファ層
３・・・ノンドープＧａＮ層
４・・・ＳｉドープＧａＮ層
５・・・ＳｉドープＧａＮ層
６・・・ＩｎＧａＮ層
７・・・ＭｇドープＡｌＧａＮ層
８・・・ＭｇドープＧａＮ層
９・・・ｎ側電極
９−１・・・ｎ側接続部
９−２・・・ｎ側延伸部
１０・・・ｐ側電極
１０ａ・・・ｐ側電流拡散部
１０ａａ・・・開口部
１０ｂ・・・ｐ側パッド部
１０ｂ−１・・・ｐ側接続部
１０ｂ−２・・・ｐ側延伸部
１１・・・凸部
１９・・・ｎ側電極
２０・・・ｐ側電極
２０ａ・・・電流拡散部
２０ｂ・・・パッド部

Claims (9)

1. 少なくともｎ側電極が配置されたｎ型窒化物半導体層(4)とｐ側電極が配置されたｐ型窒化物半導体層(8)を備えると共に、前記ｎ側電極と前記ｐ側電極が同一面側に配置されており、前記ｐ側電極が、前記ｐ型窒化物半導体層に設けられ且つ供給された電流を拡散するｐ側電流拡散部(10a)と、前記ｐ側電流拡散部の少なくとも一部に設けられ且つ前記ｐ側電流拡散部に電流を供給するｐ側パッド部(10b)とから構成され、電極配置面側からみて長手形状である発光ダイオードにおいて、
   前記発光ダイオードは、電極配置面側から見て、
   前記ｎ側電極が、導電性部材が接続されるべきｎ側接続部(9-1)と、前記ｎ側接続部から長手方向に延伸したｎ側延伸部(9-2)とから構成されると共に、前記ｐ側パッド部が、導電性部材が接続されるべきｐ側接続部(10b-1)から少なくとも構成され、
   さらに
   長手方向における一端近傍に前記ｎ側接続部が配置されたｎ側接続部領域と、長手方向における他端近傍に前記ｐ側接続部が配置されたｐ側接続部領域と、その間に位置する中間領域とを備えており、
   前記中間領域において、前記ｐ側電流拡散部には窪みを有し、その窪みに沿って前記ｎ側延伸部が延伸しており、
   長手方向と略垂直な方向に対向する前記ｎ側延伸部と前記ｐ側電流拡散部との距離(A)が、前記ｎ側延伸部の先端と該先端からｐ側接続部領域側に位置する前記ｐ側電流拡散部との距離(B)よりも小さいことを特徴とする発光ダイオード。
2. 前記ｐ側パッド部が、前記ｐ側接続部の所定の一部から長手方向に延伸したｐ側延伸部(10b-2)をさらに備え、前記中間領域において、前記ｐ側延伸部が前記ｎ側延伸部と対向して延伸しており、
   前記ｐ側延伸部が、前記ｐ側電流拡散部のｎ側延伸部から遠方に位置することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
3. 前記ｐ側電流拡散部が、前記発光ダイオードからの光の少なくとも一部を透過することを特徴とする請求項１または２に記載の発光ダイオード。
4. 前記ｐ側電流拡散部は、発光ダイオードからの光の少なくとも一部を透過する複数の開口部(10aa)を有することを特徴とする請求項１または２に記載の発光ダイオード。
5. 中間領域における前記ｎ側延伸部とｎ側延伸部から遠方に位置する前記ｐ側電流拡散部の端部との距離(D)が、ｐ側接続部領域における前記ｐ側電流拡散部の幅方向の距離(E)よりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発光ダイオード。
6. 前記ｎ側接続部と前記ｐ側電流拡散部とが長手方向において互いに対向しており、
   対向する前記ｎ側延伸部と前記ｐ側電流拡散部との距離(A)が、少なくともｐ側延伸部の先端近傍における長手方向において互いに対向する前記ｎ側接続部と前記ｐ側電流拡散部との距離(C)よりも小さいことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の発光ダイオード。
7. 前記ｎ側接続部と前記ｐ側接続部は、長手方向において互いに対向していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の発光ダイオード。
8. 前記ｐ側電流拡散部が、前記ｎ側接続部領域に達して形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の発光ダイオード。
9. 前記ｎ型窒化物半導体層は、前記ｎ側電極が形成されるｎ型コンタクト層を有し、該ｎ型コンタクト層の表面に、複数の凹凸を有してなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の発光ダイオード。

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