CN100416870C - 半导体发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供能提高从活性层中取出光的效率，同时能把该光高效率地取出到元件外侧的半导体发光元件。其特征在于具有：第1半导体层(WL)；半导体发光层(EM)，它有选择地被设置在上述第1半导体层上；高阻的电流限制层(CB)，它被设置在上述第1半导体层上的上述半导体发光层的周围；第2半导体层(WL)，它被设置在上述半导体发光层和电流限制层上；第1电极(UE)，它被设置在上述第2半导体层上；以及，第2电极(LE)，它被设置在上述第1半导体层的背面上，从上述半导体发光层放射出的光的一部分(L1)通过上述第1半导体层而被放射到外部，从上述半导体发光层放射出的光的一部分(L2)通过上述第2半导体层而被放射到外部。
Description
技术领域
本发明涉及半导体发光二极管，尤其涉及能将通过注入电流而产生的光在外部取出的发光二极管(Light emitting diode：LED)等半导体发光二极管。
背景技术
半导体发光元件，具有体积小而且功耗小，可靠性高等许多优点，近几年也被广泛用于要求发亮度高的室内外显示板、铁道/交通信号、车载用灯具等。
例如，采用4元化合物半导体InGaAlP类材料作为发光层的，可以通过调节其组成而使其在从红色到绿色的很宽的波段内发光。
而且，在本说明书中，所谓“InGaAlP类化合物半导体”是指包括使组成式InxGayAl1-x-yP中的组成比x和y，在0≤x≤1、0≤y≤1，其中(x+y)≤1的范围内进行变化的所有组成的半导体。
并且，近几年，已知从蓝色到紫外线波段的发光二极管的材料采用氮化镓(GaN)类化合物半导体。该类材料因为具有直接迁移型的能带结构，所以能够获得高的发光效率。
而且，在本说明书中，所谓“氮化镓(GaN)类化合物半导体”，是指包括在B1-x-y-zInxAlyGazN(x≤1，y≤1，z≤1，x+y+z≤1)的化学式中使组成比x、y和z在各自的范围内进行变化的所有组成的半导体。例如InGaN(x＝0.4，y＝0，z＝0.6)也包括在“氮化镓类化合物半导体”内。
图15是表示通常的发光二极管的断面结构的模式图。也就是说，该发光二极管具有在基片101上依次对下侧覆盖层102、活性层103、上侧覆盖层104、窗口层105进行积层的“双异质型”结构。在窗口层105上设置上侧电极106，在基片101的背面侧设置下侧电极107。通过这些电极106、107，能向活性层103内注入电流I(或其相反方向)。
在“双异质型”结构的情况下，上下的覆盖层102、104，由带隙大于活性层103的半导体构成。并且，把通过电极106、107而注入的载流子封闭到活性层103内，能提高发光效率。
存在的问题
但是，在这种结构的发光二极管的情况下，存在的问题是：在活性层103中生成的发光的部分不能取出到元件外部。
图16是用于说明在活性层103中生成的发光的取出路径的模式图。
如同图中的例子所示，从活性层103向上方放射的发光L11可以通过覆盖层104、窗口层105取出到外部。并且，从活性层103稍稍向斜下方放出的发光L12，也能通过覆盖层102取出到外部。这样取出到元件外部的发光能通过无图示的反射镜等聚光装置而向预定方向进行聚光。
与此相反，从活性层103向下方放射的发光L13，通过覆盖层102、基片101，由下侧电极107进行反射。但是，存在的问题是：在有许多半导体发光元件的情况下，在这种电极和半导体层的边界附近，形成了为获得欧姆接触而进行合金化的区域，对发光L13的反射率不一定高。也就是说，从活性层103向下侧电极107放射的发光L13在合金化区域内被吸收，所以不容易充分高效率地向外部取出发光。
并且，从活性层103放射，以浅的角度射入到元件侧面等内的发光L14向元件内部反射。这是因为构成元件的基片101等的材料方面，光折射率高于外侧的媒质(例如大气和氮气等)，光产生全反射。若产生这种全反射，则出现的问题是：发光L14被封闭在元件内部，在与电极的合金化区域和活性层103等中被吸收，产生损耗。
再者，另一方面存在的问题是：在活性层103的内部所产生的发光的一部分，不能取出到活性层103的外侧。
图17是说明在活性层内部产生的发光的取出路径用的模式图。例如在活性层103内部的发光点EP产生发光的情况下，向上方放射的发光L15能从活性层103通过覆盖层104而取出。与此相反，从发光点EP向活性层103的面内方向上倾斜放射的发光L16，在与覆盖层104的界面上进行全反射。这是因为，一般活性层103的折射率大于覆盖层104。
若产生这种全反射，则发光L16变成被封闭在活性层103中的状态，在活性层103中进行波导，被吸收。
产生这种全反射的临界角度θc，例如在活性层103和覆盖层104的折射率之差为0.5的情况下，约为60度。也就是说，在从发光点EP中放射的光中，约1/3的光在与覆盖层104的界面上进行全反射，被封闭在活性层内进行波导，被吸收的可能性增大。
如以上说明的那样，在过去的半导体发光元件中，从活性层中放射的光取出到外部的效率不一定高。并且，也还存在这样的问题：在活性层中产生的发光的一部分被封闭在活性层内部，从而被吸收。
发明内容
本发明是鉴于对上述问题的认识而做出的，其特征在于提供能提高从活性层中取出光的效率，同时能把该光高效率地取出到元件的外侧的半导体发光元件。
为了达到上述目的，本发明的第1半导体发光元件，其特征在于具有：
第1半导体层；
半导体发光层，它有选择地被设置在上述第1半导体层上；
高阻的电流限制层，它被设置在上述第1半导体层上的上述半导体发光层的周围；
第2半导体层，它被设置在上述半导体发光层和电流限制层上；
第1电极，它被设置在上述第2半导体层上；以及，
第2电极，它被设置在上述第1半导体层的背面上，
从上述半导体发光层放射出的光的一部分通过上述第1半导体层而被放射到外部，
从上述半导体发光层放射出的光的一部分通过上述第2半导体层而被放射到外部。
若采用上述结构，则能提供能提高从活性层中取出光的效率，同时能把该光高效率地取出到元件外部的半导体发光元件。
并且，本发明的第2半导体发光元件，其特征在于具有：
第1半导体层；
多个半导体发光层，它互相分离而有选择地被设置在上述第1半导体层上；
高阻的电流限制层，它在上述第1半导体层上的上述多个半导体发光层之间被设置在半导体发光层上；
第2半导体层，它被设置在上述半导体发光层和电流限制层上；
第1电极，它被设置在上述第2半导体层上；以及
第2电极，它被设置在上述第1半导体层的背面上，
从上述半导体发光层放射出的光的一部分通过上述第1半导体层而被放射到外部，
从上述半导体发光层放射出的光的一部分通过上述第2半导体层而被放射到外部。
采用上述结构，也能提供能提高从活性层中取出光的效率，同时能把该光高效率地取出到元件的外侧的半导体发光元件。
在上述第2半导体发光元件中，上述多个半导体发光层的间隔，
在上述半导体发光元件的中央附近较宽，在周边附近较窄。
并且，上述多个半导体发光层的间隔，也可以是在上述半导体发光元件的中央附近较窄，在周边附近较宽。
再者，在上述任一半导体发光元件中，也都可以是：上述电流限制层是在与上述半导体发光层相同的主要成分的材料中掺入不同的杂质而成的。
并且，上述电流限制层是由带隙大于上述半导体发光层的半导体构成的。
在此情况下，还可以具有：
第1覆盖层，它被设置在上述第1半导体层和上述半导体发光层之间，由带隙大于上述半导体发光层的半导体构成；以及
第2覆盖层，它被设置在上述第2半导体层和上述半导体发光层之间，由带隙大于上述半导体发光层的半导体构成，
上述电流限制层由折射率低于上述半导体发光层、折射率高于上述第1和第2覆盖层的半导体构成。
另一方面，在上述任意半导体发光元件中也都可以是：上述第1和第2半导体层的至少任一个具有在其侧面上被形成为斜面状的部分。
并且，上述第1和第2半导体层的至少任一个由GaP构成，上述半导体发光层包括InGaAlP。
再者，上述半导体发光层的尺寸若是20微米以下，则具有实用性的结构参数的发光二极管能切实提高亮度。
并且，还具有一种导电层，该导电层被设置在上述第1半导体层和上述第2电极之间、以及上述第2半导体层和上述第1电极之间的至少任一处，上述导电层，由与半导体不同的材料构成，而且能使从上述半导体发光层放射出的光透过。例如，其优点是通过将其粘贴在由导电性塑料等构成的基片上，即可很容易地进行厚度的控制和加工。
附图说明
图1是表示涉及本发明第1实施方式的半导体发光元件的断面结构的模式图。
图2是说明从发光层EM中取出的光的路径的模式图。
图3是表示涉及本发明第2实施方式的半导体发光元件的断面结构的模式图。
图4是说明第2实施方式的半导体发光元件中的取出光的路径的模式图。
图5是举例表示第2实施方式中发光层EM的平面形状和布置关系的模式图。
图6是举例表示第2实施方式中发光层EM的布置关系的模式断面图。
图7是举例表示第2实施方式中发光层EM的布置关系的模式断面图。
图8是表示利用光线跟踪法计算出的活性层尺寸和亮度的关系的曲线图。
图9是表示涉及本发明第1实施例的半导体发光元件的断面结构的模式图。
图10是表示涉及本发明第2实施例的半导体发光元件的断面结构的模式图。
图11是表示涉及本发明第3实施例的半导体发光元件的断面结构的模式图。
图12是表示涉及本发明第4实施例的半导体发光元件的断面结构的模式图。
图13是说明第4实施例的发光元件中的光取出路径用的模式图。
图14是表示涉及本发明第5实施例的半导体发光元件的断面结构的模式图。
图15是表示通常的发光二极管的断面结构的模式图。
图16是说明在活性层103中产生的光的取出路径用的模式图。
图17是说明在活性层内部所产生的光的取出路径用的模式图。
具体实施方式
以下参照附图，详细说明本发明的实施方式。
图1是表示涉及本发明第1实施方式的半导体发光元件的断面结构的模式图。也就是说，本实施方式的半导体发光元件具有分别在发光层(活性层)EM的上下设置了透射层WL的结构。发光层EM从平面看，制作的图形小于元件整体尺寸。并且，发光层EM周围由电流限制层CB进行包围。并且，在透射层WL的上下，分别设置了上侧电极UE和下侧电极LE。而且，在发光层EM的上下，也可设置无图示的覆盖层，形成“双异质型”的结构。
上下的透射层WL可以由半导体及其他导电性材料构成。也就是说，透射层WL例如可以是使半导体基片和半导体层进行外延生长。并且，也可以利用半导体以外的导电性材料来形成这些透射层WL的整体或一部分。具体来说，也可以通过把导电性塑料等粘贴到半导体层上而制成透射层WL。
在该半导体发光元件的情况下，通过上下的电极UE、LE来向发光层EM中注入电流，以产生发光。这时在发光层EM周围设置了电流限制层CB，所以，能使电流集中在发光层EM中。并且，若采用本实施方式，则通过设置发光层EM将其限定在元件中心附近，能提高光取出效率，使其高于过去的发光元件。
图2是说明从发光层EM中取出光的路径的模式图。例如从发光层EM向上方放射的发光L1，能通过上侧的透射层WL从电极UE周围取出到外部。
另一方面，从发光层EM向斜下方放射的发光L2能通过下侧的透射层WL而取出到元件的外部。这时，发光层EM，因为制作的图形小于元件的平面尺寸，所以，能使从发光层EM放射出的发光L2以接近垂直的角度射入到元件的侧面上。也就是说，若与图16相比较，则可看出，在本实施方式中，能减小图2所示的发光L2的入射角θ。其结果，能抑制元件侧面上的发光L2的全反射，取出到外部。而且，不仅限于发光元件的侧面，在上面和下面等发光元件与其外部的所有边界面上均能获得同样的效果。
再者，因为减小了发光层EM的图形，所以，关于图17，如上所述，被封闭在其内部而进行波导传输的发光L3，可以从发光层EM侧面(端面)上取出。通过减小发光层EM的图形，能缩短发光层EM内部的波导光的路线，减小吸收所造成的损耗。
这样向发光元件周围取出的发光L1～L3，能够利用设置在元件周围的反射镜(无图示)等聚光装置，按预定方向进行聚光。其结果，与过去相比能大幅度提高光的取出效率。
而且，在此，若形成厚的上下窗口层WL，则能增大发光层EM和上下电极UE、LE的距离，所以能减小被该电极遮挡的发光的比例。而且，如下所述，作为形成厚的窗口层WL的方法，可以采用晶片结合技术。
如上所述，若采用本实施方式，则能通过在半导体发光元件中心附近减小形成发光层EM，来提高从发光层EM放射出的光向元件外部取出的效率。也就是说，若采用本实施方式，则能获得与在发光元件中心附近布置高亮度“点光源”的结构相似的发光元件。若采用这种结构，则能抑制放射光在元件表面上的全反射，提高光取出效率。
并且，若采用本实施方式，则能从发光层EM的侧面取出被封闭在发光层EM内部进行波导传输的发光。这时，通过减小形成发光层EM的布线图形，能减少在发光层内被波导传输的发光的吸收，以较高的强度将其取出。
而且，在本实施方式中，发光层EM的平面形状，例如可采用以圆形、多边形、椭圆形为主的各种图形形状。并且，其尺寸和位置也能适当决定。例如，发光层EM从平面来看，不一定要设置在元件中心附近，也可以根据元件的结构设置在离开中心的位置上。
以下说明本发明的第2实施方式。
图3是表示涉及本发明第2实施方式的半导体发光元件的断面结构的模式图，该图中对于和图1及图2中所述的内容相同的部分，标注相同的符号，其详细说明从略。
在本实施方式中，把发光层(活性层)EM形成为多个小的岛状。这些发光层EM之间由电流限制层CB进行包围，能把电流集中在发光层EM中。这样一来，能使通过上下电极UE、LE而注入的电流集中在发光层EM中，达到高效率的发光。
并且，把这种具有高亮度的点光源排列在元件内部，能以更高的效率来取出光。
图4是说明该第2实施方式的半导体发光元件中的取出光的路径的模式图，在本实施方式体中，设置在元件内部的多个发光层EM分别作为光源来使用。并且，这些发光层EM分别向周围放射发光。
例如，若从设置在上侧电极UE的正下面的发光层EM来看，则大致向上方放射的发光L1被电极UE遮挡，但向斜上方放射的发光L4不会被电极UE遮挡，能从元件上面取出。
与此相对，若从设置在元件端部附近的发光层EM来看，则大致向上方放射的发光L1不受电极遮挡，能够取出。但向斜上方放射的发光L4也能在侧面被全反射。并且，从该发光层EM的侧面放射的发光L3，不被遮挡，能取出到元件外部。
这样，通过在元件内部设置多个发光层EM，能够分别根据各个发光层EM的部位而互相取长补短。其结果从元件整体来看，能进一步提高光取出效率。
而且，在本实施方式中，多个发光层EM的平面形状、尺寸、布置关系等，可根据发光元件的结构和要求的特性而适当地加以决定。
图5(a)和(b)是举例表示第2实施方式中发光层EM的平面形状和布置关系的模式图。
例如图5(a)所示，可以均匀地布置大致为四方形的发光层EM。并且，如图5(b)所示，也可以使大致为圆形的发光层EM布置成交错排列状态。除这些具体例子外也还可以使许多发光层EM的各个平面图形的形状变成以圆形、椭圆、多边形为主的各种形状。并且，这些发光层EM的布置关系也可以按照互相均等的间隔进行设置，并且，也可以根据部位不同而改变间隔。
图6和图7是举例表示第2实施方式中发光层EM的布置关系的模式断面图。例如图6所示，可以在发光元件的中心附近扩大发光层EM的间隔，也就是疏散地进行布置，在发光元件的端部，缩小间隔，也就是密集地进行布置。并且，与此相反，也可以如图7所示，在元件中央附近密集地布置发光层EM；在元件的端部疏散地布置发光层EM。
本发明人对本实施方式的一个具体例子，根据数值计算而评估了发光强度。也就是说，如图4和图5(a)所示，假定是按照等间隔对平面形状为正方形的岛状活性层进行布置的模式。其中，假定其结构为：各活性层由InGaAlP来构成，其周围由InAlP覆盖层进行包围。
并且，发光元件(芯片)的尺寸是一边为240微米的正方形状。并且，对于在芯片的整个面上一样地设置了活性层的情况下的活性层面积(即240×240平方微米)，把岛状活性层的面积的合计定为30％。而且活性层的厚度定为0.6微米。
在以上条件下，利用“光线跟踪法”，计算出了从各个岛状活性层向周围的InAlP层中放射的光的合计量。
图8是表示该计算结果的曲线图。也就是说，该图的横坐标是活性层的尺寸(一边的长度)，纵坐标是亮度。而且，纵坐标的亮度对应于从各岛状活性层中放射出的光的合计量。
从该结果中，可以看出，随着活性层尺寸(岛尺寸)的减小，亮度在上升。若把活性层尺寸为240微米(即不分割的情况下)的情况下的亮度定为1，则活性层的尺寸约为20微米时，亮度上升10％；若活性层尺寸进一步减小，则亮度急剧上升。
也就是说，可以看出，在InGaAlP类的发光二极管，整体采用实用的结构参数的情况下，适用本实施方式时，若把活性层尺寸(一边的长度)定为20微米以下，则亮度显著改善。
但是，本实施方式并非仅限于上述具体例，元件结构，例如考虑到上侧电极UE的形状和位置等，对多个发光层EM的布置关系和间隔也可适当调节。
以下参照实施例，进一步详细说明本发明的实施方式。
第1实施例
图9是表示涉及本发明第1实施例的半导体发光元件的断面结构的模式图。也说是说，本实施方式的发光元件，其结构是按以下顺序对GaP基片1、InAlP覆盖层2A、2B、InGaAlP类活性层3A、3B、InAlP覆盖层4A、4B、GaP窗口层5进行积层。在覆盖层2B、活性层3B、覆盖层4B中导入氧和质子等，提高电阻。并且，通过上下设置的电极6、7来向活性层3A内注入电流，产生发光。
在本具体例子的元件的情况下，对双异质结构中的元件周围部分提高电阻，能使电流集中到中心附近的活性层3A内。在该部分所产生的发光被放射到周围，如以上对图2所述，由于以接近垂直的角度射入到元件表面或侧面等上，所以难于进行全反射。因此，能提高向元件外部的光取出效率。
而且，在此，覆盖层和活性层可利用MOCVD(金属有机物化学汽相淀积)法进行结晶生长。并且，基片1和窗口层5的材料采用GaP，故能对活性层3A的发光呈透明状，对吸收进行抑制。但是，GaAs(或InGaAlP类)类半导体，由于和GaP的晶格常数的差较大，所以在GaP基片上很难直接生长双异质结构。
因此，首先在无图示的GaAs基片上生长双异质结构，使其与GaP基片1上进行晶片结合。然后，把GaAS基片腐蚀除去，在覆盖层4A、4B上对GaP窗口层5进行晶片结合或结晶生长，即可取得本实施例的半导体发光元件。
在此，利用晶片结合技术来使GaP基片或GaP层与覆盖层进行结合的方法，首先对这些结合面进行适当处理，在预定环境中进行加热，使结合面接触，按预定时间进行保温即可。
第2实施例
图10是表示涉及本发明第2实施例的半导体发光元件的断面结构的模式图。在该图中，对于和图9所述内容相同的部分，标注相同的符号，其详细说明从略。
在本实施例的发光元件的情况下，由InAlP覆盖层2、InGaAlP活性层3、InAlP覆盖层4构成的双异质结构被形成在元件中心附近，其周围由InGaAlP电流限制层8进行包围。在此，如果使电流限制层8相对活性层3的发光波长是透明的组成，那么，从活性层3的侧面(端面)放射出的光L3，能以低损耗从元件侧面向外部放射。
这时为了减小电流限制层8中的光吸收，希望电流限制层8的带隙大于活性层3的平均带隙。另一方面，为了从活性层3的侧面向电流限制层8高效率地取出光，必须防止活性层3中的全反射，希望降低电流限制层8的折射率。也就是说，希望电流限制层8的折射率低于活性层的上限的覆盖层2、4的折射率。
这样一来，能够高效率地从活性层3的侧面向电流限制层取出光，并且，也能抑制该光在电流限制层8中被吸收。
例如，若把InGaAlP表示为In05(Ga1-xAlx)05P的情况下的Al组成x作为具体的例子，则可采用MQW结构，即上下的覆盖层2、4用InAlP来形成；另一方面，活性层3由x＝0.6的阻挡层和x＝0.06的阱层构成。这时，电流限制层8，可以利用Al组成x为0.7～0.8的InGaAlP(即In0 5(Ga0 3Al0 7)0.5P～In0 5(Ga0 2Al0 8)0 5P)来形成。
而且，这种电流限制层8可以通过选择外延生长来形成。也就是说，首先在无图示的GaAs基片上形成由覆盖层2、活性层3、覆盖层4构成的双异质结构，在GaP基片1上进行结合，除去GaAs基片。然后，在双异质结构的表面的一部分上，形成由SiO2等构成的掩模图形，对图形以外的双异质结构进行腐蚀去除。
并且，在保存该掩模的状态下相对于发光波长是透明的、高电阻(不掺杂)的电流限制层8，与双异质结构相同厚度地进行结晶生长。这时，若在MOCVD法等中适当地调节生长条件，则能在掩模上进行所谓“选择外延生长”，不进行结晶生长。在除去掩模后，若在双异质结构上用晶片结合或结晶片生长方法来形成GaP窗口层5，则制成本实施例的发光元件的主要部分。
如以上说明的那样，若采用本实施例，则在发光元件中心附近有选择地设置活性层3，其周围由相对发光波长透明而且电阻大的电流限制层来进行包围，从而能大幅度提高从活性层3中的光取出效率。
第3实施例
图11是表示涉及本发明第3实施例的半导体发光元件的断面结构的模式图，在该图中，对于和图9及图10中所述内容相同的部分，标注相同符号，其详细说明从略。
本实施例的发光元件具有以本发明第2实施方式为准的结构，包括活性层3的多个异质结构由电流限制层8进行包围而形成。在此，各主要部分的材料，例如可采用与第2实施例所述内容相同的材料。
若采用本实施例，则如第2实施方式所述那样，可以把多个光源(活性层3)适当地布置在发光元件的内部，从各光源向周围放射的光能高效率地取出到外部。并且，通过形成较小的活性层3，能减少在活性层3内部被波导传输而被吸收所造成的损耗。
本实施例的发光元件，也如第1和第2实施例所述那样，能使阱结合技术和选择外延生长组合来进行制造。
并且，也能利用导电性塑料等的和半导体不同的材料来形成半导体基片1和半导体窗口层5的一部分或全部。例如，在无图示的GaAs基片上通过半导体缓冲层来生长双异质结构，对其进行图形制作，埋入电流限制层8，进一步生长由半导体构成的窗口层5。
然后，腐蚀除去GaAs基片，粘贴到半导体缓冲层的背面上由导电性塑料等的与半导体不同的材料所构成的基片上。这样一来，能获得具有和半导体不同的材料构成的基片的半导体发光元件。
在利用导电性塑料等材料作为基片的情况下，获得的优点是，容易加工，也容易控制厚度等。
第4实施例
图12是表示涉及本发明第4实施例的半导体发光元件的断面结构的模式图。在该图中，对于和图9～图11所示内容相同的主要部分，标注相同符号，其详细说明从略。
在本实施例中，基片1和窗口层5的侧面分别为倾斜面，在其上下的狭窄面上设置了电极6、7。若采用这种灯笼状的结构，则能进一步提高光的取出效率。
图13是说明本实施例的发光元件中的光取出路径用的模式图。若采用本实施例，则能使从活性层3向周围放射的光以接近垂直的角度射入到发光元件的表面(或侧面)上。其结果，能减小在元件表面和侧面上被全反射的比例，提高光取出效率。
通过进一步减小上下电极6、7，能减小由这些电极遮挡的光的比例。
也就是说，若采用本实施例，则能使从活性层3放射到周围的光以更高的效率取出到外部。
而且，作为本实施例中的基片1和窗口层5的三维形状，例如，也可以是圆锥状的，也可以是多角锥状的。并且，这些形状的形成方法，可以采用各种方法，例如利用结晶方位不同所产生的腐蚀速度的不同的方法，或者从倾斜方向进行离子研磨，或者利用RIE(反应离子刻蚀)等各向异性腐蚀法进行研磨等的方法。
并且，在本实施例中也和第3实施例所述一样，基片1和窗口层5的一部分或全部，可以利用导电性塑料等与半导体不同的材料来形成。若利用导电性塑料等材料，则容易加工，也容易获得图12所示的“灯笼状”的形状。
并且，本实施例也可适用于第2实施方式。也就是说，如图3～图7所述那样，在布置了多个活性层的发光元件中，如图12和图13所示，也可以把上下的基片1、窗口层5的侧面形成为斜面状。
第5实施例
图14是表示涉及本发明第5实施例的半导体发光元件的断面结构的模式图。该图也和图9～图13一样，对于相同的主要部分，标注相同的符号，其详细说明从略。
在本实施例中，在基片1的侧面上设置倾斜面，提高了从该部分的光取出效率。并且，在上侧(n侧)电极6和窗口层5之间，设置n型接触层10，降低接触电阻。
各部分的材料，例如可以采用和第1实施例所述的内容相同。具体例子如下所述。
也就是说，基片1是P型GaP(厚度250微米)；覆盖层2是P型InAlP(厚度1.0微米)；活性层3是对Al组成x＝0.6的阻挡层(厚度8毫微米)和Al组成x＝0.07的阱层(厚度5毫微米)，进行20～40周期积层的MQW(多层量子阱)结构；覆盖层4是n型InAlP(厚度0.6微米)；窗口层5是Al组成x＝0.3的n型InGaAlP类；电流限制层8是Al组成x＝0.7～0.8的InGaAlP；接触层是n型GaAs(厚度0.1微米)；电极6是AuGe/Au的积层；电极7是AuZn/Au的积层。
在本实施例中也可通过在元件中心附近布置活性层3，来提高光取出效率。并且，在活性层3内部进行波导传输的光被吸收衰减之前能从活性层3的侧面取出。
并且，在本实施例中也和第3实施例所述一样，基片1和窗口层5的一部分或全部，可以利用导电性塑料等与半导体不同的材料来形成。若利用导电性塑料等材料，则容易加工，也容易获得图12所示的“灯笼状”的形状。
并且，本实施例也可适用于第2实施方式。也就是说，如图3～图7所述，在布置了多个活性层的发光元件中，可以采用图14所示的结构。
以上参照具体例子说明了本发明的实施方式。但是本发明并非仅限于这些具体例子。
例如，关于以本发明的半导体发光元件中所设置的双异质为主的各主要部分的结构、材料、形状、厚度和布置关系，也包括根据已知的半导体发光元件由本专业人员适当选用的在内。
更具体来说，构成本发明的半导体发光元件的材料，除InGaAlP类化合物半导体以外，也可以采用AlGaAs类、InP类、氮化镓(GaN)类化合物半导体等各种材料。
发明的效果
如以上详述的那样，若采用本发明，则能通过在半导体发光元件中心附近较小地形成发光层，来提高从发光层放射出的光向元件外部取出的效率。
并且，若采用本发明，则能从发光层的侧面取出被封闭在发光层内部被波导传输的发光。这时，通过减小发光层的图形，能减少在发光层内被波导传输的发光的吸收，能以较高的强度将其取出。
而且，若采用本发明，则通过在元件内部设置多个发光层，能够根据各发光层的部位而进行互相取长补短，其结果，从元件整体来看，能进一步提高光的取出效率。
也就是说，若采用本发明，则能提供提高光的取出效率、具有高亮度的半导体发光元件，在产业上具有很大优点。
Claims (11)
1. 一种半导体发光二极管，其特征在于具有：
第1半导体层；
半导体发光层，它有选择地被设置在上述第1半导体层上；
高阻的电流限制层，它被设置在上述第1半导体层上的上述半导体发光层的周围；
第2半导体层，它被设置在上述半导体发光层和电流限制层上；
第1电极，它被设置在上述第2半导体层上；以及，
第2电极，它被设置在上述第1半导体层的背面上，
从上述半导体发光层放射出的光的一部分通过上述第1半导体层而被放射到外部，
从上述半导体发光层放射出的光的一部分通过上述第2半导体层而被放射到外部。
2. 一种半导体发光二极管，其特征在于具有：
第1半导体层；
多个半导体发光层，它互相分离而有选择地被设置在上述第1半导体层上；
高阻的电流限制层，它在上述第1半导体层上的上述多个半导体发光层之间被设置在半导体发光层上；
第2半导体层，它被设置在上述半导体发光层和电流限制层上；
第1电极，它被设置在上述第2半导体层上；以及
第2电极，它被设置在上述第1半导体层的背面上，
从上述半导体发光层放射出的光的一部分通过上述第1半导体层而被放射到外部，
从上述半导体发光层放射出的光的一部分通过上述第2半导体层而被放射到外部。
3. 如权利要求2所述的半导体发光二极管，其特征在于：上述多个半导体发光层的间隔，在上述半导体发光二极管的中央附近较宽，在周边附近较窄。
4. 如权利要求2所述的半导体发光二极管，其特征在于：上述多个半导体发光层的间隔，在上述半导体发光二极管的中央附近较窄，在周边附近较宽。
5. 如权利要求1～4中的任一项所述的半导体发光二极管，其特征在于：上述电流限制层是在与上述半导体发光层相同的主要成分的材料中掺入不同的杂质而成的。
6. 如权利要求1～4中的任一项所述的半导体发光二极管，其特征在于：上述电流限制层是由带隙大于上述半导体发光层的半导体构成的。
7. 如权利要求6所述的半导体发光二极管，其特征在于还具有：
第1覆盖层，它被设置在上述第1半导体层和上述半导体发光层之间，由带隙大于上述半导体发光层的半导体构成；以及
第2覆盖层，它被设置在上述第2半导体层和上述半导体发光层之间，由带隙大于上述半导体发光层的半导体构成，
上述电流限制层由折射率低于上述半导体发光层、折射率高于上述第1和第2覆盖层的半导体构成。
8. 如权利要求1～4中的任一项所述的半导体发光二极管，其特征在于：上述第1和第2半导体层的至少任一个具有在其侧面上被形成为斜面状的部分。
9. 如权利要求1～4中的任一项所述的半导体发光二极管，其特征在于：上述第1和第2半导体层的至少任一个由GaP构成，上述半导体发光层包括InGaAlP。
10. 如权利要求1～4中的任一项所述的半导体发光二极管，其特征在于：上述半导体发光层的尺寸在20微米以下。
11. 如权利要求1～4中的任一项所述的半导体发光二极管，其特征在于：还具有一种导电层，该导电层被设置在上述第1半导体层和上述第2电极之间、以及上述第2半导体层和上述第1电极之间的至少任一处，上述导电层，由与半导体不同的材料构成，而且能使从上述半导体发光层放射出的光透过。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20080903 Termination date: 20170217 |