JP2011249510A - 発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光層と、前記発光層の上に設けられた第1導電型層と、前記第1導電型層の上に設けられた第1電極と、前記発光層の下に設けられ、厚さt1(μm)を有する第2導電型層と、前記発光層とは反対の側の前記第2導電型層の面の一部の領域に接触して設けられ、外縁が前記第1電極の外縁から長さx1(μm)だけはみ出した電流ブロック層と、前記第2導電型層とは反対の側の前記電流ブロック層の面と、前記第2導電型層の前記面の前記電流ブロック層とは接触していない領域に接触し、前記発光層からの放出光を反射可能な第2電極と、を備え、前記第1導電型層、前記発光層、及び前記第2導電型層、の厚さの和をt2(μm)とした時、下記式
を満たすことを特徴とする発光素子が提供される。
【選択図】図1
Description
図1(a)は本発明の第1の実施形態にかかる発光素子の模式平面図、図1(b)A−A線に沿った模式断面図、である。発光素子は、積層体32、第1電極50、電流ブロック層42、第2電極40、基板上部電極12、基板10、及び基板下部電極13を備えている。
本図において、積層体32はInAlGaPを含むものとし、第1導電型はn形、第2導電型はp形、とする。第1導電(n)型層30は、例えばInAlPからなるクラッド層24(キャリア濃度4×1017cm−3、厚さ0.6μm)、In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pからなる電流拡散層26(キャリア濃度4×1017cm−3,厚さ3.3μm)、GaAsからなるコンタクト層28(キャリア濃度1×1018cm−3,厚さ0.1μm)を有するものとする。
縦軸は光出力Po(mW)、横軸は動作電流(mA)である。このシミュレーションにおいて、第1電極50は直径が120μmの円、電流ブロック層42は直径が200μmの円、であるものとする。また、第1導電(n)型層30の厚さは4μmとする。第2導電(p)型層20の厚さt1は、0.7以上、かつ第1導電型層30の厚さ(4μm)以下の範囲とする。電流ブロック層42で反射され第1電極50で遮光される光G6を除き、電流拡散層26の表面26aに到達可能な光の出力の和を、光出力Poとして表す。
比較例では電流ブロック層のはみ出し長さx1を10μmとしている。x1が小さいと、放出光は発光領域123の直上近傍には出射されるが、光G51、G52のように反射光が第1電極150により遮光されるために外部に取り出すことが困難である。すなわち、無効電流を低減することができるが、光出力を高めることは困難である。
x1が50μmの時、図4の比較例に対して光出力Poが132%と増大する。このように、x1と共に相対光出力Poが増加する。しかし、その増加率が次第に低下し、相対光出力Poが飽和して行く。他方、比較例の順方向電圧が2.18Vであるのに対して、x1が50μmの時の順方向電圧VFは2.43Vと高くなる。また、順方向電圧VFは直線的に増加する。すなわち、x1が50μmよりも大きい領域では、発光効率はx1の増大とともに低下する。また、チップサイズも増大することから、x1の上限値は50μmとする。これらから、発光効率を保ちつつ光出力を高めるには、x1、t1、t2が所定の関係を満たす必要であることが理解される。
縦軸は動作電流50mAにおける光出力Po(mW)である。また、図6(a)の横軸はθmaxを65°とした変数Y(μm)、図6(b)の横軸はθmaxを70°とした変数Y(μm)、図6(c)の横軸はθmaxを75°とした変数Y(μm)、である。電流ブロック層42の半径は、第1電極50の半径とx1との和とし、x1を30、40、50μmとした。
電流拡散層26の表面26aに凹凸27を形成すると、光束と表面との交差角の範囲を広げることができ、表面26aにおける全反射を低減できる。このためにチップの外部で取り出せる出力を、シミュレーションによる光出力Poに近づけることができる。この場合、凹凸27のピッチを2分の1波長よりも小さくすると、回折効果が高まり2次元的に均一な等価誘電率を有する媒質と見なすことができる。このため、凹凸27がグレィデッドインデックス領域として作用し、表面における反射率を低減できる。また、表面の外側に、外部媒質の屈折率と、電流拡散層26の屈折率と、の間の屈折率を有する誘電体を設けても外部に取り出す出力を、光出力Poに近づけることができる。このようにして、電流ブロック層42により反射された光をより効果的に取り出し可能となる。
第1電極50は、パッド部(図1の第1電極50)の他にパッド部と接続された細線部51に有している。細線部51の形状は、平面視でストライプ状や円環状などとすることができる。細線部51の間、細線部51とパッド部との間、は電流経路とするために電流ブロック層42に離間領域42bを設ける。なお、細線部51の幅は、例えば2〜10μmの範囲とすることができる。
図9(a)において、第1電極50はチップの角部の方向に4つの突出部50bを有している。また、電流ブロック層42は、第1電極50の下方において4つの突出部42cを有している。このようにして、電流ブロック層42の外縁と第2電極40との境界の外周長EEを増加できる。
図10(a)において、縦軸は相対光出力Po(相対輝度)、横軸は境界の外周長EE(μm)、である。また図10(b)において、縦軸は順方向電圧VF(V)、横軸は境界の外周長EE(μm)、である。突出部以外の領域でx1は30μm、動作電流は50mA、としている。なお、図 9(b)のように、第1電極50及び電流ブロック層42が円以外の形状である場合、x1は第1電極50の中心Oからの最短距離で表すものとする。また、x1が10μm、外周長が550μm、である発光素子の特性を、点Wで表すものとする。
図11(a)のように、突出部50bの幅S2を、図9(a)の突出部50bの幅S1よりも広くすると突出部50bの近傍において、電流を広げ光出力Poを高めることができる。また、図11(b)のように、突出部50bにおけるx1を他の領域のx1よりも短くすると、突出部50bの近傍において、電流を広げ光出力Poを高めることができる。さらに、図11(c)のように、矩形の第1電極50の角部にチップの対角線方向へ突出部50bを設けてもよい。
Claims (5)
- 発光層と、
前記発光層の上に設けられた第1導電型層と、
前記第1導電型層の上に設けられた第1電極と、
前記発光層の下に設けられ、厚さt1(μm)を有する第2導電型層と、
前記発光層とは反対の側の前記第2導電型層の面の一部の領域に接触して設けられ、外縁が前記第1電極の外縁から長さx1(μm)だけはみ出した電流ブロック層と、
前記第2導電型層とは反対の側の前記電流ブロック層の面と、前記第2導電型層の前記面の前記電流ブロック層とは接触していない領域に接触し、前記発光層からの放出光を反射可能な第2電極と、
を備え、
前記第1導電型層、前記発光層、及び前記第2導電型層、の厚さの和をt2(μm)とした時、下記式
- 前記発光層、前記第1導電型層、及び前記第2導電型層は、Inx(AlyGa1−y)1−xP(0≦x≦1、0≦y≦1)を含み、
前記第2導電型層の前記厚さt1は、前記第1導電型層の厚さ以下とされ、かつ0.7μm以上、1.5μm以下の範囲とされ、
前記長さx1は、30μm以上、かつ50μm以下とされたことを特徴とする請求項1記載の発光素子。 - 前記電流ブロック層は、誘電体または絶縁性半導体を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の発光素子。
- 前記第1導電型層の上面の前記第1電極が形成されていない領域は、凹凸を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光素子。
- 前記発光層、前記第1導電型層、及び前記第2導電型層は、Inx(AlyGa1−y)1−xP(0≦x≦1、0≦y≦1)、AlxGa1−xAs(0≦x≦1)、及びInxGayAl1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1)のいずれかを含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光素子。
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