JP2012216753A - Iii族窒化物半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】サファイア基板上に発光層を有するIII族窒化物半導体からなる積層構造が形成されたIII族窒化物半導体発光素子において、サファイア基板の積層構造側の表面に、発光層から出力された光に対して光強度の干渉パターンを生じる周期で2次元配列された凸部の周期構造を設けた。これにより、この2次元周期構造で反射された光、又は、透過した光は干渉パターンを有する。この干渉パターンにおける光強度の強い領域に光が集光されているので、この領域の光を外部に効果的に出力させることで、所望の指向性を得ることができると共に、取り出し効率を向上させることができる。
【選択図】図5.A
Description
また、特許文献3には、特許文献2と同様に、発光層から発光した光がサファイア基板と窒化物半導体との界面で全反射して、外部に光が取り出され難いことを改善するために、その界面に凸部を形成することが開示されている。
また、周期は0.1μm以上、4μm以下であることが望ましい。下限の0.1μmより小さいと、加工が困難であると共に干渉パターンが得難くなる。このため、周期構造の周期は、この範囲が望ましい。
また、周期は、3.5μm以下、0.3μm以上が望ましい。さらに、望ましくは、周期は、3.25μm以下、0.7μm以上が望ましい。最も望ましくは、周期は、3.25μm以下、2.25μm以上である。この範囲で、短周期で極致を有する細かな干渉パターンが得られることを確認している。
まず、サファイア基板10の表面10aに、フォトレジストを一様に塗布して、凸部の2次元周期構造に対応するパターンに、フォトレジストを露光、現像した。次に、残された2次元周期構造のパターンをマスクとして、ドライエッチングによって、サファイア基板10をエッチングした。これにより、たとえば、図2.Bのような凸部20の2次元周期構造が得られた。
また、図3.Aから分かるように、周期が4μmの2次元周期構造を用いた場合には、法線方向に比べ20−40度、−15〜−35度の範囲で、1.33倍大きいことが分かる。また、図7.Aを見れば、光強度のピークが幾つか表れていることが分かる。
また、図5.Aから分かるように、周期が2.75μmの2次元周期構造を用いた場合には、−45度〜+45度の範囲において、強度は、1〜0.9の範囲に存在することが分かる。しかし、明らかに、−40、−20、0、+20、40又は35度において、強度の5つのピークが表れていることが分かる。そのことは、図8.Aを参照すればより理解される。
凸部20の側面は、サファイア基板10の主面である成長面10aに垂直に形成しても、傾斜させても良い。成長面10aに対する側面角θは、40〜90°とすることが望ましい。同じく光取り出し効率をより向上させることができるためである。より望ましくは45〜75°凸部20の高さhは、0.1〜3μmとすることが望ましい。同じく光取り出し効率をより向上させることができるためである。より望ましくは、高さhは0.5〜2μmである。
11:n型層
12:発光層
13:p型層
14:n電極
15,41:透明電極
16:p電極
20:凸部
10a:成長面
10b:光出力面
10c:裏面
33,37:多層透過膜
34,36,43:反射膜
35:多層反射膜
40:DBR膜
42,44:光透過膜
Claims (5)
- サファイア基板上に発光層を有するIII 族窒化物半導体からなる積層構造が形成されたIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記サファイア基板の前記積層構造側の表面に、前記発光層から出力された光に対して光強度の干渉パターンを生じる周期で2次元配列された凸部又は凹部の周期構造を設けたことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 - 前記周期は4μm以下であることを特徴とする請求項1に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
- 前記周期は0.1μm以上、4μm以下であることを特徴とする請求項1に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
- III 族窒化物半導体発光素子の光出力面に、その光出力面上に表れる前記干渉パターンにおける光強度が大きい位置において光透過率が大きくなる透過率分布を有した光透過膜を設けたことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
- III 族窒化物半導体発光素子の光出力面とは反対側の光反射面に、その光反射面上に表れる前記干渉パターンにおける光強度が大きくなる位置において光反射率が大きくなる反射率分布を有した光反射膜を設けたことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
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