JP2005019608A

JP2005019608A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JP2005019608A
Application number: JP2003181181A
Authority: JP
Inventors: Takanori Akeda; 孝典明田; Nobuyuki Takakura; 信之高倉; Kazunari Kuzuhara; 一功葛原; Masaharu Yasuda; 正治安田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】基板の側面からより多くの光を取り出す。
【解決手段】透光性および絶縁性の基板１０を備え、この基板１０の正面に順次積層されそれぞれが窒化物系化合物からなるｎ型半導体層１２、発光層１３およびｐ型半導体層１４と、ｎ型半導体層１２とｐ型半導体層１４とにそれぞれ載積される電極１５と電極１６，１７とを有する半導体発光素子に対して、基板１０の背面に、背面側から見た形状が円状であり、基板１０の正面側に向かうほどその円状の形状が一の軸に向かって縮小していく一の凹部１０１を設け、この凹部１０１の軸上の最深部における基板１０の厚みを５０μｍ以上に設定した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、それぞれが窒化物系化合物からなるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を有する半導体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４に従来の半導体発光素子の断面図を示す（特許文献１参照）。図４において、半導体発光素子１は、ＬＥＤチップに利用され、透光性および絶縁性の基板１０を備え、この基板１０の正面（図では上面）に順次積層されそれぞれが窒化物系化合物からなるｎ型半導体層１２、発光層１３およびｐ型半導体層１４と、ｎ型半導体層１２とｐ型半導体層１４とにそれぞれ載積される電極１５と電極１６，１７とを有している。
【０００３】
具体的には、基板１０はサファイア基板になっている。ｎ型半導体層１２はｎ型ＧａＮ層を含み、そのｎ型半導体層１２と基板１０との間にはＧａｎバッファ層（図示せず）が介層されている。発光層１３はＳｉまたはノンドープのＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎ活性層になっている。ｐ型半導体層１４は、発光層１３に積層されるｐ型Ａｌ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎ層と、これに積層されるＭｇドープｐ型ＧａＮ層とを含んでいる。電極１５はｎ型ＧａＮ層を露出させたｎ型電極である。電極１６はＡｕ電極パッドであり、電極１７はｐ型透光性電極であり、このｐ型透光性電極にはＰｄからなる金属薄膜が使用されている。なお、特許文献１では、電極１７はｐ型半導体層１４に積層され、電極１６はｐ型半導体層１４に載積されている。また、図４において、１８はボンディングワイヤ（リード）であり、１９はアルミニウムを蒸着した反射膜であり、また、その反射膜として、銀、酸化アルミニウム、硫酸バリウム、酸化マグネシウム、酸化チタンといった金属や、金属酸化物を蒸着やスパッタによって用いても同様の効果が得られる。
【０００４】
そして、図４の半導体発光素子１の特徴として、透光性電極による外部光取り出しの損失を低減するべく、基板１０の背面（図では下面）に凹凸１００を形成することにより、基板１０の側面から光を取り出せるようにした構造になっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３６８２６１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図４の半導体発光素子では、基板１０の背面に形成された凹凸により、光を基板１０の側面から取り出して発光効率を高めることができるものの、図５に示すように、基板１０の背面に形成された凹凸１００で反射した光Ｌが、再び凹凸１００で反射し、成長膜表面の電極１７を通って外部へと出て行く光も多く存在するため、その分が損失となるという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、基板の側面からより多くの光を取り出すことができる半導体発光素子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１記載の発明は、透光性および絶縁性の基板を備え、この基板の正面に順次積層されそれぞれが窒化物系化合物からなるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層および前記ｐ型半導体層にそれぞれ載積される複数の電極とを有する半導体発光素子であって、前記基板の背面に、背面側から見た形状が円状であり、前記基板の正面側に向かうほどその円状の形状が一の軸に向かって縮小していく一の凹部を有することを特徴とする。この発明によれば、凹部の内面側に反射膜かあるいは反射部材（剤）を設けるなどすることで、従来に比べ、基板の側面からより多くの光を取り出すことができる。この結果、発光効率をさらに高めることができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体発光素子において、前記凹部は、側方から見て、当該凹部の開口縁部から前記軸上の最深部にかけて異なる傾斜角で先細りする複数のテーパを有する断面形状になっていることを特徴とする。この発明によれば、凹部の内面側に反射膜かあるいは反射部材を設けるなどすることで、従来に比べ、基板の側面からより多くの光を取り出すことができる。この結果、発光効率をさらに高めることができる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の半導体発光素子において、前記凹部は、内面が球面一部に対応する凹面状になっていることを特徴とする。この発明によれば、凹部の内面側に反射膜かあるいは反射部材を設けるなどすることで、従来に比べ、基板の側面からより多くの光を取り出すことができる。この結果、発光効率をさらに高めることができる。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記凹部の内面には、少なくともＡｇ、Ａｌ、Ｒｈのうちのいずれか一つからなる反射膜が形成されていることを特徴とする。この発明によれば、従来に比べ、基板の側面からより多くの光を取り出すことができる。この結果、発光効率をさらに高めることができる。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記基板は、サファイア基板、ＧａＮ基板またはＳｉＣ基板のいずれかであることを特徴とする。この発明によれば、凹部の内面側に反射膜かあるいは反射部材を設けるなどすることで、従来に比べ、基板の側面からより多くの光を取り出すことができる。この結果、発光効率をさらに高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１（ａ）は本発明による実施形態１の半導体発光素子の断面図、図２は同半導体発光素子を背面側から見た図、図３は同半導体発光素子の背面側を接着剤で接着した様子を示す図である。
【００１４】
図１（ａ）、図２および図３に示す実施形態１の半導体発光素子１は、例えば図４に示した従来の半導体発光素子１と同様に、透光性および絶縁性の基板１０を備え、この基板１０の正面に順次積層されそれぞれが窒化物系化合物からなるｎ型半導体層１２、発光層１３およびｐ型半導体層１４と、ｎ型半導体層１２とｐ型半導体層１４とにそれぞれ載積される電極１５と電極１６，１７とを有している。また、電極１５，１６には例えば金線などのボンディングワイヤが接続される。
【００１５】
そして、実施形態１の特徴として、基板１０の背面には、背面側から見た形状が円状であり、基板１０の正面側に向かうほどその円状の形状が一の軸（図１，図３では中心軸）に向かって縮小していく一の凹部１０１を有し、この凹部１０１の軸上の最深部における基板１０の厚みＴが５０μｍ以上に設定されている。具体的には、凹部１０１は、側方から見て、当該凹部１０１の開口縁部から上記軸上の最深部にかけて異なる傾斜角で先細りする複数のテーパを有する断面形状になっている。また、凹部１０１の開口縁部の直径は、基板１０の正方形状の背面よりも若干短めに設定されている。
【００１６】
凹部１０１は、先端部の断面が一つの頂点の角が１６０度である多角形になっているツールにより、基板１０の厚みの最も薄い箇所が５０μｍ以上になるように掘削加工を行うことにより形成される。
【００１７】
そして、凹部１０１の内面には、少なくともＡｇ、Ａｌ、Ｒｈのうちのいずれか一つからなる反射膜（図示せず）が形成される。Ａｇから反射膜を形成する場合には、図３に示すように、Ａｇぺーストの接着剤１９を使用することで、光取り出しを向上させるための反射膜の形成と同時に、チップのダイボンドを行うことができる。
【００１８】
以上のように、基板１０の背面に、背面側から見た形状が円状であり、基板１０の正面側に向かうほどその円状の形状が一の軸に向かって縮小していく一の凹部１０１を形成することにより、凹部１０１の内面側に反射膜かあるいは反射部材を設けるなどすれば、図４の構造に比べ、基板１０の側面からより多くの光を取り出すことができる。この結果、発光効率をさらに高めることができる。
【００１９】
また、凹部１０１の軸上の最深部における基板１０の厚みＴが薄くなるほど凹部１０１の曲率が大きくなって全反射角が小さくなり、光の取出し効率が向上するが、厚みＴを５０μｍ以上に設定することにより、チップの切断の際にかかる負荷に対し、強度を持たせることができる。
【００２０】
なお、実施形態１において、発光層１３は、単一および多重量子井戸層のどちらで構成されていてもよく、ノンドープまたはＳｉ，Ａｓ，Ｐドープの違いも問わない。また、凹部１０１は、エピタキシャル成長を行う前に形成しても同様の効果が得られる。さらに、基板１０は、サファイア基板に限らず、ＧａＮ基板またはＳｉＣ基板など、発光波長にとって透明な基板であればよい。
【００２１】
（実施形態２）
図１（ｂ）は本発明による実施形態２の半導体発光素子の断面図である。
【００２２】
図１（ｂ）に示す実施形態２の半導体発光素子１は、実施形態１の半導体発光素子１との相違点として、凹部１０１の内面が球面一部に対応する凹面状になっていることを特徴とする。
【００２３】
実施形態２の凹部１０１は、先端部の断面が半円状になっているようなツールにより、基板１０の厚みの最も薄い箇所が５０μｍ以上になるように掘削加工を行うことにより形成される。
【００２４】
このような構造でも、実施形態２の凹部１０１の内面側に反射膜かあるいは反射部材を設けるなどすれば、図４の構造に比べ、基板１０の側面からより多くの光を取り出すことができる。この結果、発光効率をさらに高めることができる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１から５記載の発明によれば、基板の側面からより多くの光を取り出すことができ、発光効率をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明による実施形態１の半導体発光素子の断面図、（ｂ）は本発明による実施形態２の半導体発光素子の断面図である。
【図２】図１（ａ）の半導体発光素子を背面側から見た図である。
【図３】図１（ａ）の半導体発光素子の背面側を接着剤で接着した様子を示す図である。
【図４】従来の半導体発光素子の断面図である。
【図５】同半導体発光素子の課題の説明図である。
【符号の説明】
１半導体発光素子
１０基板
１２ｎ型半導体層
１３発光層
１４ｐ型半導体層
１５〜１７電極
１０１凹部

Claims

透光性および絶縁性の基板を備え、この基板の正面に順次積層されそれぞれが窒化物系化合物からなるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層および前記ｐ型半導体層にそれぞれ載積される複数の電極とを有する半導体発光素子であって、
前記基板の背面に、背面側から見た形状が円状であり、前記基板の正面側に向かうほどその円状の形状が一の軸に向かって縮小していく一の凹部を有することを特徴とする半導体発光素子。
前記凹部は、側方から見て、当該凹部の開口縁部から前記軸上の最深部にかけて異なる傾斜角で先細りする複数のテーパを有する断面形状になっ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。
前記凹部は、内面が球面一部に対応する凹面状になっ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。
前記凹部の内面には、少なくともＡｇ、Ａｌ、Ｒｈのうちのいずれか一つからなる反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体発光素子。
前記基板は、サファイア基板、ＧａＮ基板またはＳｉＣ基板のいずれかであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体発光素子。