JP2006196694A - 半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1導電型の第1のクラッド層1と、活性層2と、第2導電型の第2のクラッド層3とを少なくとも有する積層半導体構造部4を有し、この積層半導体構造部4の外周面4sが、その積層方向に関して外側に凸の彎曲ないしは屈曲する曲面形状とする。
【選択図】 図1
Description
そして、この取り出し効率を高めるための種々の研究開発がなされている(例えば特許文献1および2)。これら発光ダイオードLEDにおいては、そのLEDチップの形状を例えばチップ周面を凹状に湾曲させた斜面とするとか、実質的にチップの厚さが薄くされた階段状とするなどの方法により、活性層端面に傾斜を持たせて光の放出方向を設定できるようにし、また、内部での反射を回避することによって発光の取り出し効率を高めるとか、内部での反射回数を減じて内部での光の減衰を低めて取り出し効率を高めるというものである。
また、本発明による半導体発光素子は、上記半導体発光素子の上記光取り出し面とは反対側の上記第2導電型側の主面に形成される電極が、上記半導体発光部からの光に対して反射率の高い金属電極によって構成されたことを特徴とする。
これは、外周形状を外側に凸の曲面形状としたことにより、活性層から積層半導体構造部内を伝播して直接的にこの周面に到来した光や、例えば光取り出し面とは反対側の主面で反射されて周面に向かって到来した光が、この曲面において全反射する確率が高められることによって、目的とする光取り出し面に向わせることができ、これによって光取り出し面からの取り出される光取り出し効率とともに、周面等から外側に取り出される場合に比して本来の目的とする光取り出し面からの導出光の光密度を高めることができるものである。
そして、更に、光取り出し面とは反対側の主面に対する半導体発光素子の第2導電型側の電極を反射率の高い金属電極によって構成することにより、より光取り出し面からの取り出し効率を高めることができるものである。
図1および図2は、それぞれ上述したInGaN系のLED10の一例の模式的断面図を示す。この例では、第1導電型例えばn型のGaNによる厚さ例えば3μm〜3.5μmの第1のクラッド層1上にInGaNによる例えば厚さ150nmの活性層2、第2導電型例えばp型の厚さ100nm〜380nmの第2のクラッド層3が積層された積層半導体構造部4を有して成り、平面パターンが例えば方形、あるいは円形等を有する形状とされる。
この光取り出し面5には、第1の電極6例えばn型側電極がコンタクトされ、この光取り出し面5と対向する反対側の第2のクラッド層3側の主面に第2電極7例えばp型側電極がコンタクトされる。
光取り出し面5側の第1電極6は、例えば透明電極あるいは網目電極とするとか、光取り出し面の一部に形成するなど、光取り出しが有効になされるように構成することができる。
また、第2電極7は、Ag電極等の発光波長光に対して反射率が高い電極構成とする。
この曲面形状は、上述した積層方向に関して単一の曲率によらない形状とし、図1に示すように、湾曲面とすることもできるし、あるいは図2に示すように複数の屈曲する面によって構成することもできる。
更に、この外周面4sの、少なくとも一部例えば中間部の角θ2が、45°〜55°更に望ましくは48°〜49°の曲面とされることが望ましい。
このLED10は、例えばVPA(新日鉄化学社製商品名)、ポリイミド系樹脂等の樹脂によって覆ったパッケージ11が施される。
さらに、この光取り出し効率の向上が図られることについて、次のように考察することができる。すなわち、図3に概略断面図を示すように、サファイア基板21上に、前述した図1および図2におけると同様の第1のクラッド層1、活性層2、第2クラッド層3による積層半導体構造とするが、その外周形状を単一の傾斜角θを有する形状として考察した。この場合においては、その表面を上述した樹脂VPAによって覆うパッケージ11とした。
この構成において、角度θを変化させてサファイア基板21側からの光取り出し効率をみると、図4に示す結果が得られる。
これによって明らかなように、その角度θを45°より大で55°以下とするとき、高い光取り出し効率が得られ、48°〜49°でピークを示すものであり、これによって、本発明において、その傾斜角の選定によって高い光取り出し効率が得られることが理解されるものである。
[実施例1]
前述した図2の構成において、その角度θ1=45°、θ2=50°、θ3=50°とする構造1とした。
[実施例2]
前述した図2の構成において、その角度θ1=45°、θ2=50°、θ3=55°とする構造2とした。
[実施例3]
前述した図2の構成において、その角度θ1=45°、θ2=50°、θ3=60°とする構造3とした。
[実施例4]
前述した図2の構成において、その角度θ1=45°、θ2=50°、θ3=70°とする構造4とした。
[実施例5]
前述した図2の構成において、その角度θ1=45°、θ2=50°、θ3=80°とする構造5とした。
少なくとも45°の単一傾斜とする場合に比し、45°より大で、65°以下を含む外方に凸の曲面形状とすることによって、単一傾斜とする場合に比し、優れた光取り出し効率がえられることがわかる。
この例においては、図1に示したLED10を製造する場合である。
まず、図7Aに示すように、基板21例えばサファイア基板上に、例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)によって、順次第1導電型例えばn型のGaNによる第1のクラッド層1、InGaNによる活性層2、第2導電型例えばp型のGaNによる第2のクラッド層3をエピタキシャル成長して積層半導体構造部4を構成する。
そして、第2のクラッド層3上に、例えばAg、あるいはNiPtAuNi構造による第2電極7を所定のパターン、直径50μm以下の例えば14μmの円形パターンの電極を、例えば蒸着、スパッタリング等によって一旦全面的に形成し、フォトリソグラフィによるパターンエッチングによって形成する。
その後、図7Dに示すように、前述した樹脂によるパッケージ11を施す。
そして、サファイア基板21側からレーザー照射を行ってレーザーアブレーションによってサファイア基板21を剥離し、剥離によって第1のクラッド層1側の主面を外部に露呈させ、第1電極6を形成する。
このようにして、図1に示した本発明による半導体発光素子、この例ではGaNのLEDが得られる。
なお、上述した例では、第1のクラッド層と、活性層と、第2のクラッド層による構成による発光素子とした場合であるが、種々の変形変更を行うことができることはいうまでもないものである。
Claims (4)
- 第1導電型の第1のクラッド層と、活性層と、第2導電型の第2のクラッド層とを少なくとも有する積層半導体構造部を有し、
該積層半導体構造部の外周面が、その積層方向に関して外側に凸の彎曲ないしは屈曲する曲面形状とされて成ることを特徴とする半導体発光素子。 - 上記第1のクラッド層側の主面を、上記半導体発光素子の光取り出し面とされ、上記曲面形状が、上記積層方向に関する各部の接線の上記光取り出し面に対する傾きが、少なくとも一部において45°〜55°とされたことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
- 上記曲面形状の上記接線の傾きが、上記光取り出し面側に近づくにつれ、急となる彎曲ないしは屈曲形状とされたことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体発光素子。
- 上記半導体発光素子の上記光取り出し面とは反対側の上記第2導電型側の主面に形成される電極が、上記半導体発光部からの光に対して反射率の高い金属電極によって構成されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
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