JP2003086838A - 発光素子 - Google Patents

発光素子

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JP2003086838A
JP2003086838A JP2002236672A JP2002236672A JP2003086838A JP 2003086838 A JP2003086838 A JP 2003086838A JP 2002236672 A JP2002236672 A JP 2002236672A JP 2002236672 A JP2002236672 A JP 2002236672A JP 2003086838 A JP2003086838 A JP 2003086838A
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JP
Japan
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window
layer
partial
light emitting
main surface
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Application number
JP2002236672A
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English (en)
Inventor
Dominik Eisert
アイゼルト ドミニク
Uwe Straus
シュトラウス ウーヴェ
Johannes Baur
バウル ヨハネス
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Publication date
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    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光効率が一層改善された発光素子を提供す
る。 【解決手段】 ウィンドウは主表面に対して垂直な第１
の部分面と主表面に対して斜めの第２の部分面とを備え
た側面を有しており、第１の部分面は主表面とともにエ
ッジを形成しておりかつ主表面から距離ｄを置いて第２
の部分面へ移行しており、放射形成面のラテラル方向の
境界は第１の部分面および主表面によって形成されるエ
ッジから距離ｌを置いて配置されており、これについて ｌ≧ｄ／ｔａｎβ ただしβ＝ａｒｃｃｏｓ（ｎ１
／ｎ２） が成り立ち、ここでｎ１は多層構造体の屈折率であり、
ｎ２はウィンドウの屈折率であり、屈折率ｎ１は屈折率
ｎ２よりも小さい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は請求項１の上位概念
に記載の発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】この形式の発光素子は、発光に用いられ
る活性層を備えた多層構造体とこの多層構造体が配置さ
れている主表面とを備えた透光性のウィンドウを有して
いる。従来の素子ではしばしば立方体または直方体に成
形されたウィンドウが使用される。
【０００３】このように成形されたウィンドウでは、発
生されたビームの比較的大きな部分がウィンドウと周囲
との間の境界面で全反射され、このために発生されたビ
ームの出力結合が低減される。形状を改善されたウィン
ドウは少なくとも１つの側面によって形成され、側面は
主表面に対して斜めに配置されている部分面を有してい
る。こうしたウィンドウの相応の形状は図７の縦断面図
に示されている。
【０００４】図示の素子ではウィンドウ１の主表面２に
多層構造体３が被着されている。この構造体が放射形成
を行う活性層４を含んでいる。活性層４において生成さ
れウィンドウ２の方向に放射されたビームがビーム５
ａ、５ｂ、５ｃによって例示されている。これらのビー
ムは主表面２を通ってウィンドウ１に入り、ウィンドウ
１の一部を通過しかつ最終的にウィンドウ１の境界面に
行き当たる。境界面に対する入射角にしたがってビーム
は出力結合される（出力ビーム５ｂ、または全反射ビー
ム５ａ、５ｃ）。全反射は境界面の平面法線に対して入
射角が全反射角より大きいときに発生する。
【０００５】図示の素子では、ウィンドウは主表面２に
対して斜めに延在する部分面９を有している側面７によ
って形成されている。この斜め位置によって部分面９に
衝突するビーム５ｂの入射角は低減され、したがって全
反射されるビーム成分が低減され、全体として発光効率
が著しく高められる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、発光
効率が一層改善された冒頭に述べた形式の発光素子を提
供することである。殊に本発明の課題は、高い出力効率
を有する素子を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題は請求項１に記
載の素子によって解決される。
【０００８】本発明は、冒頭に述べた形式の素子におい
て、ウィンドウの形状に基づいて特別高いビーム出力結
合を実現する領域に発光を制限するという思想に基づい
ている。
【０００９】このような空間的に制限された放射形成
は、活性層がビームの高い出力結合を有する上述の領域
にだけ形成されているようにして実現することができ
る。更に、活性層を比較的大きな領域にわたって延在さ
せることもでき、その場合には付加的な手段、例えば駆
動電流を空間的に制限して印加することにより、放射形
成が活性層の部分領域においてしか行われないように構
成する。以下では、駆動中に発光する活性層の領域を
「発光面」と表すことにする。これに対して活性層は多
層構造体内に形成され基本的に放射形成に適する層であ
る。
【００１０】本発明によれば、少なくとも１つの発光面
を備えた活性層を有する多層構造体と、この多層構造体
の配置された主表面を有する透光性ウィンドウとを備え
た発光素子において、ウィンドウは主表面に対して垂直
に配置された第１の部分面と主表面に対して斜めに延在
する曲面状または段状の第２の部分面とを備えた側面を
有しており、第１の部分面は主表面とともにエッジを形
成しており、かつ主表面から距離ｄを置いて第２の部分
面へ移行しており、放射形成面はラテラル方向の境界を
有しており、この境界は第１の部分面および主表面によ
って形成されるエッジから距離ｌを置いて設けられてお
り、これについて ｌ≧ｄ／ｔａｎβ ただしβ＝ａｒｃｃｏｓ（ｎ１
／ｎ２） が成り立ち、ここでｎ１は多層構造体の屈折率であり、
ｎ２はウィンドウの屈折率であり、多層構造体の屈折率
ｎ１はウィンドウの屈折率ｎ２よりも小さく構成されて
いる。
【００１１】発光面をウィンドウの相応のエッジからこ
のように離間することによって、主表面に対して垂直な
第１の部分面に衝突するビームの成分は、主表面に対し
て斜めに配置されている第２の部分面にぶつかる成分の
おかげで低減され、したがってビームの出力結合は高め
られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の有利な実施形態は従属請
求項の対象である。
【００１３】本発明の有利な実施形態では、側面のうち
主表面に対して斜めに延在する曲面状または段状の第２
の部分面に、主表面に対して垂直に配置された第３の部
分面が続いている。これにより素子の多層構造体とは反
対の側において、互いに直交する側面を有する基部を形
成することができ、これは素子のマウントに関して有利
である。多くの既存の自動的な実装装置は直交する側面
を備えたこのような形状のウィンドウに対して設計され
ており、かつ本発明のこの実施形態において有利に部分
的に引き続き使用することができる。
【００１４】有利には、主表面に対して垂直方向に見て
ウィンドウ基部とオーバラップしている領域では放射形
成面が除外されており、その結果この領域においてビー
ムは発生されない。仮にビームがここで生成されたとし
ても、そのビームは実質的にウィンドウ基部の方向に放
出され、側面のうち斜めになっている第２の部分面より
も著しく僅かな程度しか出力結合されないはずである。
【００１５】本発明の有利な実施形態では、ウィンドウ
は矩形、正方形または三角形の形状のラテラルな横断面
を有している。この場合ラテラルな横断面とは主表面に
対して平行な断面を有している横断面のことである。
【００１６】更に有利には、ウィンドウは第１の主表面
とは反対側の、第１の主表面に対して平行な第２の主表
面によって形成される。この成形はウィンドウを比較的
大きな面積の基板から鋸引きまたは折り取りにより製造
する場合に殊に有利である。
【００１７】放射形成面は本発明では複数の放射部分面
から成っている。放射部分面は有利には、高い出力結合
を可能にする活性層領域に配置されており、その際この
領域は僅かな出力結合しか有さない個々の放射部分面の
間では除外されている。有利には、放射部分面は上述し
た２つ以上の境界によって囲まれており、したがって発
生ビームの特に高い出力結合によって特徴づけられる。
【００１８】本発明の有利な実施形態では、ウィンドウ
はそれぞれ主表面に対して垂直に配置された第１の部分
面から主表面に対して斜めに延在する曲面状または段状
の第２の部分面へ続く２つの対向側面を有している。こ
の複数の斜めの部分面によって出力結合は有利には一層
高められる。更に、ウィンドウの四方を、主表面に対し
て垂直に配置されている第１の部分面と主表面に対して
斜めに延在している段状または曲面状の第２の部分面と
を備えた側面によって囲み、ラテラル方向の境界とする
こともできる。
【００１９】有利には本発明では多層構造体にコンタク
ト面が配置されている。対応している対向コンタクト面
は例えばウィンドウの多層構造体とは反対の側に被着さ
れるようにすることができる。これらコンタクト面は素
子の給電に用いられる。
【００２０】活性層に制限された状態の発光面を実現す
るために、多層構造体上に配置されているコンタクト面
が発光面の形状に相応にパターニングされているように
することができる。電流が実質的に主表面に対して垂直
方向に延在している場合、電流は、平面で見てコンタク
ト面によって被覆された活性層の領域に導入される。結
果として活性層の電流が流れている領域においてだけビ
ームが発生される。したがって電流を用いてコンタクト
面がいわば活性層に投影される。
【００２１】有利にはこの場合、活性層をラテラル方向
で均一に形成するとよい。こうすることによって多層構
造体を容易に製造することができる。つまり活性層をパ
ターニングする必要はないからである。コンタクト面の
パターニングには一般にコストはあまりかからない。そ
こでコンタクト面を例えばまずラテラル方向で均一に蒸
着し、次にエッチングまたはバックスパッタリングによ
ってパターニングするとよい。
【００２２】これに代えてまたはこれに加えて、多層構
造体に主表面に対してほぼ垂直な周縁面を形成するとよ
い。そのために必要な多層構造体は例えばエッチングに
よってパターニングするとよい。
【００２３】本発明の有利な実施例では、多層構造体は
放射形成を行うｐｎ接合部を有しており、このｐｎ接合
部は少なくとも１つのｐ導電層と少なくとも１つのｎ導
電層とから形成されている。素子はルミネセンスダイオ
ードとして、例えばＬＥＤとして構成するとよい。その
際にｐｎ接合部とは、ｐ導電層とｎ導電層とを直接コン
タクトすることにより形成される接合部のほか、例えば
量子井戸構造の場合にはｐ導電層がｎ導電層に直接境界
を接していない接合部であってもよい。
【００２４】その際に発光面の境界はビームを形成すべ
きでない領域内でｐ導電層またはｎ導電層を除去するよ
うにして形成され、その結果、放射形成しないｐｎ接合
部がその領域内に形成される。この除去は例えばエッチ
ングにより行われる。
【００２５】境界を設ける別の手段では、ｐ導電部とｎ
導電部とを領域ごとに補償する。これにより同様にビー
ムを形成すべきでない活性層の領域内にはｐｎ接合部は
設けられない。導電率の補償は例えば反対導電型の粒子
を導入することによって達成される。
【００２６】多層構造体は、本発明では有利にはＧａＮ
ベース化合物半導体を有している。これは例えばＧａ
Ｎ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮおよびＡｌＩｎＧａＮであ
る。その種の化合物は高い量子効率によって特徴づけら
れ、例えばその比較的大きなバンドギャップにより緑・
青・紫外のスペクトル領域内でビームを形成することが
できる。
【００２７】ＧａＮベース多層構造体は、有利にはエピ
タキシャルで製造される。エピタキシャルサブストレー
トとして例えばＳｉＣ基板またはＧａＮ基板が適してい
る。サファイヤ基板を使ってもよい。本発明では有利に
は、ウィンドウがエピタキシャル基板から製造される。
ここではＳｉＣウィンドウは形成されるビームに対する
ビーム透過性のほかに導電率によっても特徴づけられ、
これにより垂直方向に導電性のある素子を構成すること
ができる。垂直方向に導電性のある素子には比較的簡単
にコンタクトを設けることができ、素子内の電流分布を
均一にすることができる。
【００２８】
【実施例】以下、図１〜６に図示の実施例を用いて、本
発明の別の特徴、利点、目的適合性について詳細に説明
する。
【００２９】図中同じ要素または同じ作用の要素には同
じ参照番号を付してある。
【００３０】図１に断面で示した素子は主表面２のウィ
ンドウ１を有しており、主表面２上には多層構造体３が
設けられている。多層構造体３は放射形成を行う活性層
４を有しており、ウィンドウ１とは反対側にコンタクト
面６が設けられている。コンタクト面６は対向コンタク
ト面２０の設けられたウィンドウの反対側に設けられて
おり、このウィンドウは導電材料、例えばＳｉＣで形成
されている。
【００３１】主表面２とウィンドウの対向面とのあいだ
に延在する側面７は、主表面２に対して垂直に設けられ
ている第１の部分面８を有している。この第１の部分面
８に、主表面２に対して斜めに延在する第２の部分面９
が続き、この第２の部分面９にさらに、主表面２に対し
て垂直な第３の部分面１０が続いている。
【００３２】図１からすぐにわかるように、活性層４か
ら側面７の方向に放射される光ビーム５が斜めの第２の
部分面９の領域内で側面７に当たるときの入射角は、こ
のビームが主表面２に対して垂直な部分面８または９に
当たるときの入射角よりも小さい。したがって主表面２
に対して斜めの部分面９は高い出力結合を生じる。殊
に、部分面９の領域内では側面で形成されたビームの全
反射は隣接する部分面８および１０で形成されたビーム
よりも強く減衰される。
【００３３】多層構造体３は、形成されたビームが出力
結合に関して不利な垂直の部分面８への照射が回避され
るようにラテラル方向で境界づけらている。そのために
ウィンドウの屈折率ｎ２よりも小さな屈折率ｎ１を有す
る多層構造体２は、主表面と垂直の第１の部分面８とか
ら形成されているエッジ１２から離間されている。多層
構造体の側方周縁面１３とエッジ１２との距離１は、主
表面２と斜めの第２の部分面９から垂直方向の第１の部
分面８への移行部１４との距離に依存しており、その際
に ｌ≧ｄ／ｔａｎβ ただしβ＝ａｒｃｃｏｓ（ｎ１
／ｎ２） が成立する。
【００３４】この条件を以下では出力結合条件と呼ぶ。
この出力結合条件は以下の関連から得られる。
【００３５】活性層４内の発光点１５ａから出射された
光ビーム５は光学的に密な媒体内への移行部となってい
るウィンドウ１内に入射する際に、主表面２の垂直線１
６ａの方向に屈折される。垂直線１６ａと光ビーム５と
の角度αは臨界角θｃよりも小さい。臨界角θｃはウィ
ンドウから多層構造体への逆移行時の全反射の境界角度
に相応し、 ｓｉｎθｃ＝ｎ１／ｎ２ により示される。したがって、発光点１５ｂから出射さ
れたビーム束は基板内に開き角２θｃのビーム円錐体１
１を形成するように屈折される。ビーム円錐体１１に側
方で境界を接する縁ビーム１８は、垂直線１６ｂと角度
θｃをなす。
【００３６】活性層内の発光面は、このビーム円錐体１
１からのビームが出力結合に関して不利な部分面８に直
接当たらないように限定されている。この条件が充足さ
れるのは、図１に発光点１５ｂを用いて示されているよ
うに、少なくとも、ビーム円錐体１１の側面７側の縁ビ
ーム１８が垂直の部分面８と斜めの部分面９とのあいだ
の移行部１４に当たる程度の距離に、発光点１５ｂがエ
ッジ１２から離間されている場合である。発光点１５ｂ
とエッジ１２との距離がこれよりも小さいと、発光点か
ら出射したビームの一部分が部分面８に当たってしま
う。
【００３７】図示の例では、縁ビーム１８は移行部１４
に達しており、この場合 ｄ／ｌ＝ｔａｎβ ただしβ＝９０°−θ なる関係が成り立っており、この関係から、発光面の境
界から部分面８と主表面２とから形成されるエッジ１２
までの距離に関して、出力結合条件 ｌ≧ｄ／ｔａｎβ ただしβ＝ａｒｃｃｏｓ（ｎ１
／ｎ２） が当てはまる。
【００３８】ここで注意すべきは、上の考察では、多層
構造体の活性層４と主表面２との間の領域におけるビー
ムの光路が考慮されておらず、多層構造体のこの領域が
きわめて薄いと見なされていることである。したがっ
て、上の考察は近似的にしか妥当しないが、厚さが明ら
かに距離ｄよりも小さい多層構造体を有する素子に関し
ては十分満足できるものである。
【００３９】図２には先の実施例の発展形態が示されて
いる。ここでは、発光面は多層構造体の側方周縁面１３
ａによる第１の境界を有しており、この周縁面１３ａは
出力結合条件を満たす距離ｌだけエッジ１２から離間し
て設けられている。
【００４０】さらに、発光面は多層構造体３のもう一方
の周縁面１３ｂによってチップの中心軸２１方向にも制
限されており、したがってこの発光面はウィンドウ基部
の上を中心軸方向に広がる領域内では除外されている。
この領域内に発生するビームは、斜めの部分面９ではな
く実質的にウィンドウ基部の方向へ放射される。さら
に、多層構造体と向き合ったウィンドウ側面は積載面と
して使用することもできるので、ウィンドウ基部の領域
に入射するビームのうち僅かな成分しか出力結合されな
い。このように高い出力結合を得るためにはビームの形
成を多層構造体の周縁領域に制限するのが有利である。
【００４１】中心軸２１方向への発光面の制限に関して
も、出力結合条件に類似した関係が生じる。この場合、
エッジ１２は、主表面２と第３の部分面１０またはこの
部分面１０の主表面２方向への延長部とによって定めら
れる交線１９で置き換えられる。距離ｄに代えて、第２
の部分面９と第３の部分面１０のあいだの移行部１７か
ら主表面までの距離ｂが用いられる。発光面の境界から
出るビーム２３は縁ビーム１８に相応し、これと平行に
進む（縁ビーム１８および２３に属するビーム円錐体
は、わかりやすくするために図示していない）。有利に
は交線１９から発光面の境界１３ｂまでの距離ｓは ｓ≦ｂ／ｔａｎβ ただしβ＝ａｒｃｃｏｓ（ｎ１
／ｎ２） なる関係を満たす。
【００４２】この条件によって、発生したビームの少な
くとも一部が斜めの部分面９に達することが保証され
る。
【００４３】図示の実施例では、発光面は２つのストリ
ップ２２ａ、２２ｂの形に形成されており、これらのス
トリップはそれぞれ主表面２と主表面２に垂直な第１の
部分面８とから形成されたウィンドウのエッジ１２と平
行に延在している。有利には、素子は中心軸２１に関し
て対称に実現される。
【００４４】図３のａ〜ｆには、本発明の６つの実施例
が平面図で示されている。これらの実施例の相違点は発
光面の形状であり、これはそれぞれ斜線で表示されてい
る。発光面に属するウィンドウは縦断面では図２と同じ
形状を有しており、主表面２に垂直な第１の部分面と主
表面２に対して斜めに広がる第２の部分面とを有する側
面によって、全側面を制限されている。図３のａ〜ｃに
よる実施例には、実質的に図４に斜視図で描かれている
形状のウィンドウが対応する。
【００４５】図２との関連で説明したように、発光面は
第１の部分面と主表面とによって形成されるエッジ１２
と平行に配置されたストリップとして形成すると有利で
ある。このことから図３のａ、ｂ、ｃに対応する第３、
第４および第５の実施例では、それぞれウィンドウのエ
ッジ１２と平行にかつエッジ１２から離間された４つの
ストリップ２２が得られる。
【００４６】図３のａに示されている発光面の形状で
は、これらのストリップ２２は、全側面方向において隣
のウィンドウエッジ１２まで距離ｌを有するフレームに
関連している。なおこの距離ｌは出力結合条件を満たし
ている。
【００４７】これとは異なり、図３のｂの実施例ではス
トリップ２２が重なり合う領域だけが発光面として実施
されている。これらのオーバーラップ領域は、２つの斜
めの部分面に近いことから、特に高い出力結合に適して
いる。またしても発光面はウィンドウのエッジ１２から
ｌだけ離間されており、距離ｌは出力結合条件を満たし
ている。
【００４８】図３のｃに示されている実施例は、図３の
ａ、ｂに示されている発光面の形状の組合せである。こ
の場合、ストリップ２２のオーバーラップ領域は図３の
ｂに示されている実施例の場合のように発光面として形
成されており、さらに幅の狭いストリップがこれらのオ
ーバーラップ領域を繋いでいる。オーバーラップ領域を
強調することによって、これらの領域に適した高い出力
結合が考慮される。
【００４９】図３のｄ〜ｆの実施例は、ウィンドウが三
角形の横断面を有する点以外は、図３のａ〜ｃに示され
ている実施例に相応する。三角形状の断面を有するウィ
ンドウではウィンドウ内の全反射をさらに低減すること
ができ、したがって付加的にビーム収量が高められる。
【００５０】特にここでは、横断面は、例えば図３のｄ
に示されているように正三角形の形状であるか、または
図３のｅのように直角三角形の形状である。図３のｄの
３つのストリップは図３のａ、ｂ、ｃの４つのストリッ
プ２２に対応しており、またしても出力結合条件を満た
す距離ｌを置いてそれぞれウィンドウのエッジ１２と平
行に延在している。
【００５１】図３のｅでは、発光面は図３のｂの場合と
同様にウィンドウの角の近傍に配置された部分放射面か
ら構成されている。これらの部分放射面は、隣り合うウ
ィンドウエッジ１２まで距離ｌをおいて配置された２つ
の境界によってフレーム化される。ただし距離ｌは出力
結合条件を満たしている。図３のｆによる実施例は、図
３のｃと同様に、図３のｄ、ｅによる実施例の組合せで
あり、部分発光面は幅の狭い発光ストリップによって結
ばれている。これらのストリップから隣り合うウィンド
ウエッジ１２までの距離ｌは、同様に出力結合条件を満
たしている。
【００５２】既に何度も説明したように、本発明にとっ
ては、特に発光面の配置と形状が重要である。この形状
は多層構造体の横断面によって定めることができる。こ
のために、例えば、まず多層構造体をウィンドウの主表
面全体の上に置く。次にビームを発生させてはならない
領域を選択的に除去する。この選択的除去は例えばエッ
チングによって行ってもよい。発光面のこのような成形
は、例えば適切なエッチングマスクを使用することによ
って、発光面の成形を広範囲に自由に選択することがで
きるという利点を有している。
【００５３】さらに発光面の制限は、活性層のうちで発
光面に属している部分のみが通電されるように電流を印
加することによっても可能である。これは例えば、多層
構造体上に置かれたコンタクト面を発光面の形状に形成
することによって達成することができる。この場合通電
は実質的に垂直に、すなわち多層構造体の層に垂直に行
われ、このようにして活性層上にコンタクト面が投影さ
れる。
【００５４】さらにラテラル方向で制限される活性層内
への電流の通電は、ビームを発生させてはならない場所
で多層構造体を電気的に絶縁することによっても可能で
ある。このために例えば、絶縁物質から成る適切に成形
されたマスクを多層構造体上に配置し、コンタクトメタ
ライゼーションによって被覆してもよい。
【００５５】また多層構造体の一部を絶縁物質に替えて
もよい。このバリエーションはとりわけビームを放射す
るｐｎ接合を形成するためのｐ導電層およびｎ導電層を
有する多層構造体に適している。このような層の導電率
は、それぞれ反対導電型の粒子を打ち込むことによって
補償し、ひいては低下させることができる。このように
して、例えば多層構造体はｐｎ接合を有することがで
き、しかもこの場合、ｐ導電部は発光面と一致しない場
所、すなわちビームを発生させるべきでない場所では崩
壊する。
【００５６】またラテラル方向に制限されて形成される
ｐｎ接合を用いて活性面を制限するには、ビームを発生
させるべきでない場所ではｐ導電層ないしｎ導電層を剥
離することによって行ってもよい。これには、例えばエ
ッチングプロセスが適している。
【００５７】図４には本発明の別の実施例が示されてい
る。ウィンドウは図１に相応する斜視図で示されてお
り、４つの側面によって区切られている。これはそれぞ
れ、主表面２に対して垂直に配置された部分面８と、こ
れに続いておりかつ主表面２に対して斜めに延在する第
２の部分面９と、これに続いておりかつ主表面２に対し
て垂直に配置された第３の部分面１０とから成ってい
る。
【００５８】ウィンドウの主表面２上に多層構造体３が
配置されており、この多層構造体はｐｎ接合部のかたち
の活性層４を有している。ここでｐ導電型の側はウィン
ドウとは反対側に配置されている。多層構造体は全ての
側で主表面のエッジ１２から所定の距離を置いて構成さ
れており、これは多層構造体の側方の周縁面１３とウィ
ンドウのこれに平行な相応のエッジ１２とのあいだの距
離ｌが出力結合条件を満足するように定められている。
【００５９】フレーム状の発光面を図３ａに相応に構成
するために、多層構造体上にコンタクトフレームがフレ
ーム状のコンタクトメタライゼーションのかたちで被着
されている。有利にはコンタクトメタライゼーションは
透光性で構成される。コンタクトフレームからタップ線
路２４が共通の中央ワイヤ端子面２５へ通じている。こ
こに相応のワイヤコンタクトを接続することができ、こ
れを介して動作中に駆動電流が供給される。タップ線路
２４およびワイヤ端子面２５を介して電流が活性層へ流
れこむのを阻止するために、タップ線路およびワイヤ端
子面の下方に位置する多層構造体の領域２６は電気的に
絶縁されている。この領域２６にはｐｎ接合部の上方の
層のｐ導電部は崩壊する。これにより導電率は低下し、
さらにｐｎ接合部が阻止され、この領域ではほぼ放射形
成は行われない。
【００６０】図５ａには出力効率Ｑ、すなわち形成され
た全ビームに対する出力結合ビームの割合が図４の素子
について発光面の面積に依存して示されている。ウィン
ドウサイズは図５ｂの主表面の平面図にも図５ｃの断面
図にも示されている。出力効率Ｑは辺の長さａ＝６００
μｍ（図５ｂ参照）の正方形の主表面を有するウィンド
ウ、およびフレーム幅ｂ＝２０μｍのフレーム状の発光
面について計算されている。図５ａでは出力効率がフレ
ームサイズｘに依存して示されている。曲線２７または
対応する測定点は、斜めの第２の部分面９と主表面２に
対して垂直な第１の部分面８とがδ＝４５°の角度をな
しており、かつ第１の部分面８と第３の部分面１０との
あいだの距離ｑが１００μｍであるウィンドウに対する
値である（図５ｃを参照）。曲線２８または対応する測
定点はδ＝３０°、ｑ＝６０μｍで計算されたものであ
る。フレームサイズｘが小さくなるにつれて、どちらの
場合にも出力効率Ｑははじめ大きく上昇し、約４３％の
最大値に達し、その後さらにフレームサイズｘが小さく
なると低下する。領域２９はフレームサイズに有利な領
域を表している。この領域の上方限界値は５３０μｍで
あり、これは出力結合条件によって定められた発光面と
ウィンドウエッジとのあいだの最小距離に相応する。
【００６１】図６には同様の素子に対する出力効率が示
されている。この主表面は辺の長さａ＝２８０μｍで格
段に小さく、斜めの部分面９はパラメータδ＝３０°、
ｑ＝６０°によって定められている。発光面は前述の場
合と同様にフレーム状であり、フレーム幅ｂ＝２０μｍ
である。図５と同様に出力効率Ｑはフレームサイズｘに
依存して示されている。前述の場合と同様に出力効率は
フレームサイズｘが小さくなるにつれて上昇しているこ
とがわかる。ライン３０は出力結合条件によって定めら
れる限界値を表している。
【００６２】本発明を図示の実施例に則して説明した
が、もちろんこれは本発明の限定となるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の素子の第１の実施例の略図である。
【図２】本発明の素子の第２の実施例の斜視断面図であ
る。
【図３】ａ〜ｆはそれぞれ本発明の構成素子の６つの実
施例の平面略図である。
【図４】本発明の素子の第９の実施例の斜視略図であ
る。
【図５】ａは第１０の実施例の出力結合度を示す図であ
り、ｂは本発明の素子の実施例のビーム形成面の寸法に
依存した平面略図であり、ｃはその断面略図である。
【図６】本発明の素子の第１１の実施例のビーム形成面
の寸法に依存した出力結合の度合を示す図である。
【図７】従来の素子の略図である。
【符号の説明】
１ ウィンドウ ２ 主表面 ３ 多層構造体 ４ 活性層 ５ 光ビーム ６ コンタクト面 ７ 側面 ８ 第１の部分面 ９ 第２の部分面 １０ 第３の部分面 １１ ビーム円錐体 １２ エッジ １３ 周縁面 １４ 移行部 １５ａ、１５ｂ 発光点 １６ａ、１６ｂ 垂直線 １８ 縁ビーム ２０ 対向コンタクト面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドミニク アイゼルト ドイツ連邦共和国 レーゲンスブルク ア グリコラヴェーク 11 (72)発明者 ウーヴェ シュトラウス ドイツ連邦共和国 バート アップバッハ エーリヒ−ケストナー−シュトラーセ 32 (72)発明者 ヨハネス バウル ドイツ連邦共和国 ドイアーリング アム ハスラッハ ９ Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA40 CA46

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの放射形成面を備えた活
    性層（４）を有する多層構造体（３）と、該多層構造体
    （３）の配置された主表面（２）を有する透光性ウィン
    ドウ（１）とを備えた発光素子において、 ウィンドウ（１）は主表面（２）に対して垂直に配置さ
    れた第１の部分面（８）と主表面（２）に対して斜めに
    延在する曲面状または段状の第２の部分面（９）とを備
    えた側面（７）を有しており、 第１の部分面（８）は主表面（２）とともにエッジ（１
    ２）を形成しており、かつ主表面（２）から距離ｄを置
    いて第２の部分面（９）へ移行しており、 放射形成面はラテラル方向の境界を有しており、該境界
    は第１の部分面（８）および主表面（２）によって形成
    されるエッジ（１２）から距離ｌを置いて配置されてお
    り、これについて ｌ≧ｄ／ｔａｎβ ただしβ＝ａｒｃｃｏｓ（ｎ１
    ／ｎ２） が成り立ち、ここでｎ１は多層構造体（３）の屈折率で
    あり、ｎ２はウィンドウ（１）の屈折率であり、多層構
    造体（３）の屈折率ｎ１はウィンドウ（１）の屈折率ｎ
    ２よりも小さい、ことを特徴とする発光素子。
  2. 【請求項２】 前記側面（７）のうち主表面（２）に対
    して斜めに延在する曲面状または段状の第２の部分面
    （９）に、主表面（２）に対して垂直に配置された第３
    の部分面（１０）が続いている、請求項１記載の素子。
  3. 【請求項３】 ウィンドウ（１）の主表面（２）に対し
    て平行な断面は長方形、正方形または三角形、例えば正
    三角形または直角三角形の形状を有している、請求項１
    または２記載の素子。
  4. 【請求項４】 発光面は複数の放射部分面から成ってい
    る、請求項１から３までのいずれか１項記載の素子。
  5. 【請求項５】 ウィンドウ（１）はそれぞれ主表面
    （２）に対して垂直に配置された第１の部分面（８）と
    主表面（２）に対して斜めに延在する曲面状または段状
    の第２の部分面（９）とを備えた対向する２つの側面
    （７）を有している、請求項１から４までのいずれか１
    項記載の素子。
  6. 【請求項６】 ウィンドウ（１）の各側面（７）は主表
    面（２）に対して垂直に配置された第１の部分面（８）
    と主表面（２）に対して斜めに延在する曲面状または段
    状の第２の部分面（９）とを有する、請求項５記載の素
    子。
  7. 【請求項７】 側面（７）のうち第１の部分面（８）は
    主表面（２）から距離ｄを置いて当該の側面（７）の第
    ２の部分面（９）へ移行している、請求項５または６記
    載の素子。
  8. 【請求項８】 側面（７）のうち第１の部分面（８）か
    ら第２の部分面（９）への各移行部（１４）に発光面の
    境界が対応しており、該境界は当該の第１の部分面
    （８）および主表面（２）によって形成されるエッジ
    （１２）から距離ｌを置いて設けられており、これにつ
    いて ｌ≧ｄ／ｔａｎβ ただしβ＝ａｒｃｃｏｓ（ｎ１
    ／ｎ２） が成り立つ、請求項７記載の素子。
  9. 【請求項９】 多層構造体（３）上にコンタクト面
    （６）が配置されている、請求項１から８までのいずれ
    か１項記載の素子。
  10. 【請求項１０】 ウィンドウ（１）の多層構造体（３）
    とは反対側に対向コンタクト面（２０）が設けられてい
    る、請求項９記載の素子。
  11. 【請求項１１】 コンタクト面（６）は該コンタクト面
    の形状が発光面の形状に相応するようにパターニングさ
    れている、請求項１０記載の素子。
  12. 【請求項１２】 コンタクト面（６）はエッチングプロ
    セスまたはスパッタリングプロセスを用いてパターニン
    グされている、請求項１１記載の素子。
  13. 【請求項１３】 多層構造体（３）は第１の導電型の少
    なくとも１つの第１の層と第２の導電型の少なくとも１
    つの第２の層とを有しており、第１の層と第２の層との
    あいだに活性層が存在しており、および／または活性層
    が第１の層および第２の層の部分領域から形成され、コ
    ンタクト面は第１の層上に被着されている、請求項９か
    ら１２までのいずれか１項記載の素子。
  14. 【請求項１４】 第１の層がｐ導電型であり第２の層が
    ｎ導電型であるか、または第１の層がｎ導電型であり第
    ２の層がｐ導電型である、請求項１３記載の素子。
  15. 【請求項１５】 発光面の境界を構成するために第１の
    層が部分的に除去される、請求項１３または１４記載の
    素子。
  16. 【請求項１６】 発光面の境界を構成するために第１の
    層は一部の領域のみに第１の導電型の導電特性を有す
    る、請求項１３または１４記載の素子。
  17. 【請求項１７】 コンタクト面は端子面と該端子面に接
    続されたコンタクトフレーム面とを有している、請求項
    ９から１６までのいずれか１項記載の素子。
  18. 【請求項１８】 多層構造体（３）は主表面（２）に対
    してほぼ垂直に設けられた周縁面（１３ａ）を有してお
    り、該周縁面は少なくとも部分的に発光面のラテラル方
    向での境界を形成している、請求項１から１７までのい
    ずれか１項記載の素子。
  19. 【請求項１９】 多層構造体（３）の周縁面（１３ａ、
    １３ｂ）はエッチングプロセスを用いて構成されてい
    る、請求項１８記載の素子。
  20. 【請求項２０】 多層構造体（３）はエピタキシにより
    製造されており、ウィンドウ（１）はエピタキシに使用
    される基板から製造されている、請求項１から１９まで
    のいずれか１項記載の素子。
  21. 【請求項２１】 ウィンドウ（１）はＳｉＣを含んでい
    る、請求項２０記載の素子。
  22. 【請求項２２】 ウィンドウ（１）はＧａＮを含んでい
    る、請求項２０記載の素子。
  23. 【請求項２３】 多層構造体（３）は化合物ＧａＮ、Ａ
    ｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、またはＡｌＩｎＧａＮのうち少
    なくとも１つを含んでいる、請求項１から２２までのい
    ずれか１項記載の素子。
  24. 【請求項２４】 ルミネセンスダイオードである、請求
    項１から２３までのいずれか１項記載の素子。
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