JP2015207752A - 窒化物半導体発光ダイオード - Google Patents
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Abstract
【課題】高い光取り出し効率を有する窒化物半導体発光ダイオードの具体的な形状を提供する。【解決手段】窒化物半導体発光ダイオードは、平面視において、それぞれ長さＬａ、長さＬｂ、および長さＬｃの長さを有する辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢからなる三角形の形状を有する。辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢにそれぞれ向かい合う角が、角度α、角度β、および角度γを有する。ｃ軸および辺ＢＣの長さ方向の間に角度θが形成される。長さＬｂは長さＬｃに等しい。群Ａａおよび群Ａｂのどちらか一方が充足される。群Ａａ：２０度≰角度α≰４０度（Ｉａ）かつ０度≰角度θ≰４０度（ＩＩａ）群Ａｂ：９０度≰角度α≰１３０度（Ｉｂ）かつ５０度≰角度θ≰９０度（ＩＩｂ）【選択図】図２
Description
本発明は、窒化物半導体発光ダイオードに関する。
特許文献１は、窒化物半導体発光ダイオードを開示している。図１３は、特許文献１に含まれる図３Ｇに開示されている窒化物半導体発光ダイオードを示す。特許文献１は、段落番号０１９９において、平面視において不等辺三角形(scalene triangle)の形状を有する窒化物半導体発光ダイオードは、正三角形の形状を有する窒化物半導体発光ダイオードよりも高い光取り出し効率を有することを開示している。
より具体的には、特許文献１は、段落番号０２００において、図１３に示される不等辺三角形窒化物半導体発光ダイオードの光取り出し効率は、正三角形窒化物半導体発光ダイオードの光取り出し効率の１．４倍であることを開示している。
さらに、特許文献１は、段落番号０４６６において、窒化物半導体発光ダイオードに含まれる窒化物基板は、（１−１００）面を有することが最も好ましいことを開示している。
しかし、特許文献１は、図１３に示される不等辺三角形窒化物半導体発光ダイオード以外に、高い光取り出し効率を有する具体的な不等辺三角形の形状を開示していない。
本発明は、高い光取り出し効率を有する窒化物半導体発光ダイオードの具体的な形状を提供する。
本発明による窒化物半導体発光ダイオードは、
非極性または半極性のｐ型窒化物半導体層、
非極性または半極性の活性層、
非極性または半極性のｎ型窒化物半導体層、
ｐ側電極、および
ｎ側電極を具備し、
前記活性層は、前記ｐ型窒化物半導体層および前記ｎ型窒化物半導体層の間に挟まれており、
前記ｐ型窒化物半導体層および前記ｎ型窒化物半導体層は、それぞれ、前記ｐ側電極および前記ｎ側電極に電気的に接続されており、
前記窒化物半導体発光ダイオードの平面視において、前記窒化物半導体発光ダイオードは、それぞれ長さＬａ、長さＬｂ、および長さＬｃの長さを有する辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢからなる三角形の形状を有しており、
前記三角形において、辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢにそれぞれ向かい合う角が、角度α、角度β、および角度γを有しており、
前記平面視において、ｃ軸および辺ＢＣの長さ方向の間に角度θが形成されており、
長さＬｂは長さＬｃに等しく、
以下の２つの数式（Ｉａ）および（ＩＩａ）からなる群Ａａおよび以下の２つの数式（Ｉｂ）および（ＩＩｂ）からなる群Ａｂのどちらか一方が充足される。
群Ａａ：２０度≦角度α≦４０度（Ｉａ）かつ０度≦角度θ≦４０度（ＩＩａ）
群Ａｂ：９０度≦角度α≦１３０度（Ｉｂ）かつ５０度≦角度θ≦９０度（ＩＩｂ）
本発明による他の窒化物半導体発光ダイオードは、
非極性または半極性のｐ型窒化物半導体層、
非極性または半極性の活性層、
非極性または半極性のｎ型窒化物半導体層、
ｐ側電極、および
ｎ側電極を具備し、
前記活性層は、前記ｐ型窒化物半導体層および前記ｎ型窒化物半導体層の間に挟まれており、
前記ｐ型窒化物半導体層および前記ｎ型窒化物半導体層は、それぞれ、前記ｐ側電極および前記ｎ側電極に電気的に接続されており、
前記窒化物半導体発光ダイオードの平面視において、前記窒化物半導体発光ダイオードは、それぞれ長さＬａ、長さＬｂ、および長さＬｃの長さを有する辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢからなる三角形の形状を有しており、
前記三角形において、辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢにそれぞれ向かい合う角が、角度α、角度β、および角度γを有しており、
前記平面視において、ｃ軸および辺ＢＣの長さ方向の間に角度θが形成されており、
角度γは９０度に等しく、
以下の２つの数式（ＩＩＩａ）および（ＩＶａ）からなる群Ｂａ、以下の２つの数式（ＩＩＩｂ）および（ＩＶｂ）からなる群Ｂｂ、および以下の２つの数式（ＩＩＩｃ）および（ＩＶｃ）からなる群Ｂｃのいずれか１つが充足される。
群Ｂａ：１０度≦角度α≦３０度（ＩＩＩａ）かつ−３０度≦角度θ≦４５度（ＩＶａ）
群Ｂｂ：３０度＜角度α≦３５度（ＩＩＩｂ）かつ−２５度≦角度θ≦４５度（ＩＶｂ）
群Ｂｃ：３５度＜角度α≦４０度（ＩＩＩｃ）かつ１０度≦角度θ≦４５度（ＩＶｃ）
本発明によるさらに他の窒化物半導体発光ダイオードは、
非極性または半極性のｐ型窒化物半導体層、
非極性または半極性の活性層、
非極性または半極性のｎ型窒化物半導体層、
ｐ側電極、および
ｎ側電極を具備し、
前記活性層は、前記ｐ型窒化物半導体層および前記ｎ型窒化物半導体層の間に挟まれており、
前記ｐ型窒化物半導体層および前記ｎ型窒化物半導体層は、それぞれ、前記ｐ側電極および前記ｎ側電極に電気的に接続されており、
前記窒化物半導体発光ダイオードの平面視において、前記窒化物半導体発光ダイオードは、それぞれ長さＬａ、長さＬｂ、および長さＬｃの長さを有する辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢからなる三角形の形状を有しており、
前記三角形において、辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢにそれぞれ向かい合う角が、角度α、角度β、および角度γを有しており、
前記平面視において、ｃ軸および辺ＢＣの長さ方向の間に角度θが形成されており、
以下の２つの数式（Ｖ）および（ＶＩ）の両者が充足され、
長さＬａ＜長さＬｂ＜長さＬｃ （Ｖ）
角度α＜角度β＜角度γ （ＶＩ）
以下の３つの数式（ＶＩＩａ）、（ＶＩＩＩａ）、および（ＩＸａ）からなる群Ｃａ、以下の３つの数式（ＶＩＩｂ）、（ＶＩＩＩｂ）、および（ＩＸｂ）からなる群Ｃｂ、以下の３つの数式（ＶＩＩｃ）、（ＶＩＩＩｃ）、および（ＩＸｃ）からなる群Ｃｃ、および以下の３つの数式（ＶＩＩｄ）、（ＶＩＩＩｄ）、および（ＩＸｄ）からなる群Ｃｄのいずれか１つが充足される。
群Ｃａ：
２０度≦角度α≦３０度 （ＶＩＩａ）、
７５度≦角度γ≦９０度 （ＶＩＩＩａ）、かつ
−３０度≦角度θ≦３０度 （ＩＸａ）
群Ｃｂ：
３０度≦角度α≦３５度 （ＶＩＩｂ）、
７２．５度≦角度γ≦７５度 （ＶＩＩＩｂ）、かつ
−２０度≦角度θ≦２０度 （ＩＸｂ）
群Ｃｃ：
３０度≦角度α≦３５度 （ＶＩＩｃ）、
７５度＜角度γ≦８５度 （ＶＩＩＩｃ）、かつ
−１０度≦角度θ≦１０度 （ＩＸｃ）
群Ｃｄ
３０度≦角度α≦３５度 （ＶＩＩｄ）、
８５度＜角度γ≦９０度 （ＶＩＩＩｄ）、かつ
−１０度≦角度θ≦２０度 （ＩＸｄ）
非極性または半極性のｐ型窒化物半導体層、
非極性または半極性の活性層、
非極性または半極性のｎ型窒化物半導体層、
ｐ側電極、および
ｎ側電極を具備し、
前記活性層は、前記ｐ型窒化物半導体層および前記ｎ型窒化物半導体層の間に挟まれており、
前記ｐ型窒化物半導体層および前記ｎ型窒化物半導体層は、それぞれ、前記ｐ側電極および前記ｎ側電極に電気的に接続されており、
前記窒化物半導体発光ダイオードの平面視において、前記窒化物半導体発光ダイオードは、それぞれ長さＬａ、長さＬｂ、および長さＬｃの長さを有する辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢからなる三角形の形状を有しており、
前記三角形において、辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢにそれぞれ向かい合う角が、角度α、角度β、および角度γを有しており、
前記平面視において、ｃ軸および辺ＢＣの長さ方向の間に角度θが形成されており、
長さＬｂは長さＬｃに等しく、
以下の２つの数式（Ｉａ）および（ＩＩａ）からなる群Ａａおよび以下の２つの数式（Ｉｂ）および（ＩＩｂ）からなる群Ａｂのどちらか一方が充足される。
群Ａａ：２０度≦角度α≦４０度（Ｉａ）かつ０度≦角度θ≦４０度（ＩＩａ）
群Ａｂ：９０度≦角度α≦１３０度（Ｉｂ）かつ５０度≦角度θ≦９０度（ＩＩｂ）
本発明による他の窒化物半導体発光ダイオードは、
非極性または半極性のｐ型窒化物半導体層、
非極性または半極性の活性層、
非極性または半極性のｎ型窒化物半導体層、
ｐ側電極、および
ｎ側電極を具備し、
前記活性層は、前記ｐ型窒化物半導体層および前記ｎ型窒化物半導体層の間に挟まれており、
前記ｐ型窒化物半導体層および前記ｎ型窒化物半導体層は、それぞれ、前記ｐ側電極および前記ｎ側電極に電気的に接続されており、
前記窒化物半導体発光ダイオードの平面視において、前記窒化物半導体発光ダイオードは、それぞれ長さＬａ、長さＬｂ、および長さＬｃの長さを有する辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢからなる三角形の形状を有しており、
前記三角形において、辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢにそれぞれ向かい合う角が、角度α、角度β、および角度γを有しており、
前記平面視において、ｃ軸および辺ＢＣの長さ方向の間に角度θが形成されており、
角度γは９０度に等しく、
以下の２つの数式（ＩＩＩａ）および（ＩＶａ）からなる群Ｂａ、以下の２つの数式（ＩＩＩｂ）および（ＩＶｂ）からなる群Ｂｂ、および以下の２つの数式（ＩＩＩｃ）および（ＩＶｃ）からなる群Ｂｃのいずれか１つが充足される。
群Ｂａ：１０度≦角度α≦３０度（ＩＩＩａ）かつ−３０度≦角度θ≦４５度（ＩＶａ）
群Ｂｂ：３０度＜角度α≦３５度（ＩＩＩｂ）かつ−２５度≦角度θ≦４５度（ＩＶｂ）
群Ｂｃ：３５度＜角度α≦４０度（ＩＩＩｃ）かつ１０度≦角度θ≦４５度（ＩＶｃ）
本発明によるさらに他の窒化物半導体発光ダイオードは、
非極性または半極性のｐ型窒化物半導体層、
非極性または半極性の活性層、
非極性または半極性のｎ型窒化物半導体層、
ｐ側電極、および
ｎ側電極を具備し、
前記活性層は、前記ｐ型窒化物半導体層および前記ｎ型窒化物半導体層の間に挟まれており、
前記ｐ型窒化物半導体層および前記ｎ型窒化物半導体層は、それぞれ、前記ｐ側電極および前記ｎ側電極に電気的に接続されており、
前記窒化物半導体発光ダイオードの平面視において、前記窒化物半導体発光ダイオードは、それぞれ長さＬａ、長さＬｂ、および長さＬｃの長さを有する辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢからなる三角形の形状を有しており、
前記三角形において、辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢにそれぞれ向かい合う角が、角度α、角度β、および角度γを有しており、
前記平面視において、ｃ軸および辺ＢＣの長さ方向の間に角度θが形成されており、
以下の２つの数式（Ｖ）および（ＶＩ）の両者が充足され、
長さＬａ＜長さＬｂ＜長さＬｃ （Ｖ）
角度α＜角度β＜角度γ （ＶＩ）
以下の３つの数式（ＶＩＩａ）、（ＶＩＩＩａ）、および（ＩＸａ）からなる群Ｃａ、以下の３つの数式（ＶＩＩｂ）、（ＶＩＩＩｂ）、および（ＩＸｂ）からなる群Ｃｂ、以下の３つの数式（ＶＩＩｃ）、（ＶＩＩＩｃ）、および（ＩＸｃ）からなる群Ｃｃ、および以下の３つの数式（ＶＩＩｄ）、（ＶＩＩＩｄ）、および（ＩＸｄ）からなる群Ｃｄのいずれか１つが充足される。
群Ｃａ：
２０度≦角度α≦３０度 （ＶＩＩａ）、
７５度≦角度γ≦９０度 （ＶＩＩＩａ）、かつ
−３０度≦角度θ≦３０度 （ＩＸａ）
群Ｃｂ：
３０度≦角度α≦３５度 （ＶＩＩｂ）、
７２．５度≦角度γ≦７５度 （ＶＩＩＩｂ）、かつ
−２０度≦角度θ≦２０度 （ＩＸｂ）
群Ｃｃ：
３０度≦角度α≦３５度 （ＶＩＩｃ）、
７５度＜角度γ≦８５度 （ＶＩＩＩｃ）、かつ
−１０度≦角度θ≦１０度 （ＩＸｃ）
群Ｃｄ
３０度≦角度α≦３５度 （ＶＩＩｄ）、
８５度＜角度γ≦９０度 （ＶＩＩＩｄ）、かつ
−１０度≦角度θ≦２０度 （ＩＸｄ）
本発明は、高い光取り出し効率を有する窒化物半導体発光ダイオードの具体的な形状を提供する。
以下、本発明が図面を参照しながら詳細に説明される。
（用語の定義）
本明細書において、用語「不等辺三角形」とは、互いに異なる長さを有する３つの辺および互いに異なる角度を有する３つの角を有する三角形を意味する。
用語「異方性配向分布」とは、非極性または半極性の活性層から発光された光の分布を意味する。代表的には、ｍ面の主面を有する活性層から発光される光の分布を意味する。ｍ面の主面を有する活性層から発光された光は、ｃ軸方向に沿って高い光強度を有するが、ａ軸方向に沿って低い光強度を有する。
用語「等方性配向分布」とは、極性の活性層、すなわち、ｃ面の主面を有する活性層から発光された光の分布を意味する。ｃ面の主面を有する活性層から発光された光のａ軸の強度は、当該光のｍ軸の強度と実質的に同じである。
角度θのプラスおよびマイナスは、後述される実施例２において定義される。
本明細書において、用語「不等辺三角形」とは、互いに異なる長さを有する３つの辺および互いに異なる角度を有する３つの角を有する三角形を意味する。
用語「異方性配向分布」とは、非極性または半極性の活性層から発光された光の分布を意味する。代表的には、ｍ面の主面を有する活性層から発光される光の分布を意味する。ｍ面の主面を有する活性層から発光された光は、ｃ軸方向に沿って高い光強度を有するが、ａ軸方向に沿って低い光強度を有する。
用語「等方性配向分布」とは、極性の活性層、すなわち、ｃ面の主面を有する活性層から発光された光の分布を意味する。ｃ面の主面を有する活性層から発光された光のａ軸の強度は、当該光のｍ軸の強度と実質的に同じである。
角度θのプラスおよびマイナスは、後述される実施例２において定義される。
（実施例１）
以下のようなシミュレーションが行われた。図１は、実施例１によるシミュレーションにおいて想定された窒化物半導体発光ダイオード１００の断面図を示す。従来の窒化物半導体発光ダイオードと同様、図１に示されるように、窒化物半導体発光ダイオード１００は、非極性または半極性のｐ型窒化物半導体層１０２、非極性または半極性の活性層１０４、非極性または半極性のｎ型窒化物半導体層１０６、ｐ側電極１０８、およびｎ側電極１１０を具備していた。活性層１０４は、ｐ型窒化物半導体層１０２およびｎ型窒化物半導体層１０６の間に挟まれていた。実施例１によるシミュレーションでは、非極性の面として、ｍ面、すなわち、（１−１００）面が選択された。
以下のようなシミュレーションが行われた。図１は、実施例１によるシミュレーションにおいて想定された窒化物半導体発光ダイオード１００の断面図を示す。従来の窒化物半導体発光ダイオードと同様、図１に示されるように、窒化物半導体発光ダイオード１００は、非極性または半極性のｐ型窒化物半導体層１０２、非極性または半極性の活性層１０４、非極性または半極性のｎ型窒化物半導体層１０６、ｐ側電極１０８、およびｎ側電極１１０を具備していた。活性層１０４は、ｐ型窒化物半導体層１０２およびｎ型窒化物半導体層１０６の間に挟まれていた。実施例１によるシミュレーションでは、非極性の面として、ｍ面、すなわち、（１−１００）面が選択された。
ｎ型窒化物半導体層１０６は、窒化物半導体発光ダイオード１００の基板としても機能していた。ｎ型窒化物半導体層１０６の下に活性層１０４およびｐ型窒化物半導体層１０２が設けられていた。ｎ型窒化物半導体層１０６の上面に、凹凸構造１２０が設けられていた。ｐ型窒化物半導体層１０２およびｎ型窒化物半導体層１０６は、それぞれ、ｐ側電極１０８およびｎ側電極１１０に電気的に接続されていた。シミュレーション中で、ｐ側電極１０８およびｎ側電極１１０の間に電圧が印加され、活性層１０４から光が放出された。
窒化物半導体発光ダイオード１００は、実装基板１５０上に配置された。実装基板１５０は、表面に第１電極１５２ｐおよび第２電極１５２ｎを具備していた。第１電極１５２ｐおよび第２電極１５２ｎは、それぞれ、ｐ側電極１０８およびｎ側電極１１０に電気的に接続されていた。
窒化物半導体発光ダイオード１００は、平面視において一辺が６００マイクロメートルの長さを有する正方形の形状を有していた。窒化物半導体発光ダイオード１００は、１００マイクロメートルの厚みを有していた。図示されていないが、窒化物半導体発光ダイオード１００は樹脂により被覆され得る。このようにして、窒化物半導体発光ダイオードチップ（以下、単に「チップ」という）が得られる。言い換えれば、チップは、窒化物半導体発光ダイオード１００およびそれを被覆する樹脂を具備する。
このようなチップから発光された光が、光線追跡法を利用するシミュレーターを用いてシミュレートされた。光線追跡法において用いられた光線の数は、１０万本であった。この数は、光取り出し効率を計算するためには十分であった。
図２は、実施例１によるシミュレーションにおいて想定された窒化物半導体発光ダイオード１００の平面図を示す。言うまでもないが、この平面図は、活性層１０４の法線方向から見た図である。図２に示されるように、実施例１による窒化物半導体発光ダイオード１００は、平面視において３つの頂点ＡＢＣを有する二等辺三角形の形状を有していた。
図２に示されるように、平面視において、窒化物半導体発光ダイオード１００は、それぞれ長さＬａ、長さＬｂ、および長さＬｃの長さを有する辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢからなる三角形の形状を有していた。この三角形において、辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢにそれぞれ向かい合う角が、角度α、角度β、および角度γを有していた。平面視において、ｃ軸および辺ＢＣの長さ方向の間に角度θが形成されていた。言うまでもないが、角度βは角度γに等しく、かつ（１８０−角度α）／２の値に等しかった。長さＬｂは、長さＬｃに等しかった。
図３は、実施例１における異方性光取り出し効率のシミュレーションの結果を示す。図３においては、角度αが２０度に等しくなるように固定された。さらに、光源の角度θが０度から９０度まで変化されながら、光取り出し効率がシミュレートされた。図３において、横軸は光源の角度θを表し、かつ縦軸は規格化された光取り出し効率を表す。規格化された光取り出し効率は、角度θにおいてシミュレートされた光取り出し効率の値を、最も小さい光取り出し効率の値で除算することによって得られた。最も小さい光取り出し効率の値とは、光源の角度θを０度から９０度まで変化させる間に得られた光取り出し効率の様々な値の中における最も小さい値を意味する。
図４は、ｍ面に代えてｃ面、すなわち、（０００１）面の主面が採用されたこと以外は、図３の場合と同様にシミュレーションされた等方性光取り出し効率の結果を示す。
図３を図４と比較すれば明らかなように、ｃ面の場合には、光源の角度θに拘わらず、光取り出し効率はほぼ一定であった。一方、ｍ面の場合には、光取り出し効率は、光源の角度θに依存して変化した。図３から明らかなように、光源の角度θの減少に伴い、光取り出し効率が向上する。
図５は、実施例１における光取り出し効率のシミュレーションの結果を示すグラフである。図５においては、角度αは、独立して、２０度および１３０度の間の範囲で変化された。光源の角度θは、独立して、０度および９０度の範囲で変化された。図５において、横軸は角度αを表し、かつ縦軸は光源の角度θを表す。図５に示されるグラフに含まれる数値は、異方性配光分布の光取り出し効率（図３を参照せよ）を等方性配光分布の光取り出し効率（図４を参照せよ）によって除算して得られた値である。以下、この値は、「光取り出し比率」と言われる。
光取り出し比率が１以上である場合には、角度αおよび角度θを有する非極性または半極性窒化物発光ダイオードは、同一の角度αおよび角度θを有する極性窒化物発光ダイオードと等しいかまたはより高い光取り出し効率を有する。逆に、光取り出し比率が１未満である場合には、角度αおよび角度θを有する非極性または半極性窒化物発光ダイオードは、同一の角度αおよび角度θを有する極性窒化物発光ダイオードよりも低い光取り出し効率を有する。
図５から明らかなように、以下の２つの数式（Ｉａ）および（ＩＩａ）からなる群Ａａおよび以下の２つの数式（Ｉｂ）および（ＩＩｂ）からなる群Ａｂのどちらか一方が充足される場合には、光取り出し比率が１以上である。言い換えれば、光取り出し比率が１以上となる範囲は、群Ａａおよび群Ａｂによって規定される。
群Ａａ：２０度≦角度α≦４０度（Ｉａ）かつ０度≦角度θ≦４０度（ＩＩａ）
群Ａｂ：９０度≦角度α≦１３０度（Ｉｂ）かつ５０度≦角度θ≦９０度（ＩＩｂ）
群Ａａ：２０度≦角度α≦４０度（Ｉａ）かつ０度≦角度θ≦４０度（ＩＩａ）
群Ａｂ：９０度≦角度α≦１３０度（Ｉｂ）かつ５０度≦角度θ≦９０度（ＩＩｂ）
群Ａａについては、図５の左下を参照せよ。群Ａｂについては、図５の右上を参照せよ。このように、実施例１は、高い光取り出し効率を有する窒化物半導体発光ダイオードの具体的な形状を提供する。
（実施例２）
図６は、実施例２によるシミュレーションにおいて想定された窒化物半導体発光ダイオード１００の平面図を示す。言うまでもないが、この平面図は、活性層１０４の法線方向から見た図である。図６に示されるように、実施例２による窒化物半導体発光ダイオード１００は、平面視において３つの頂点ＡＢＣを有する直角三角形であった。
図６は、実施例２によるシミュレーションにおいて想定された窒化物半導体発光ダイオード１００の平面図を示す。言うまでもないが、この平面図は、活性層１０４の法線方向から見た図である。図６に示されるように、実施例２による窒化物半導体発光ダイオード１００は、平面視において３つの頂点ＡＢＣを有する直角三角形であった。
図６に示されるように、平面視において、窒化物半導体発光ダイオード１００は、それぞれ長さＬａ、長さＬｂ、および長さＬｃの長さを有する辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢからなる三角形の形状を有していた。この三角形において、辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢにそれぞれ向かい合う角が、角度α、角度β、および角度γを有していた。平面視において、ｃ軸および辺ＢＣの長さ方向の間に光源の角度θが形成されていた。角度γは９０度に等しくなるように固定された。言うまでもないが、角度αは（９０−角度β）の値に等しかった。
実施例２では、光源の角度θのプラスおよびマイナスが以下のように定義される。図６に示されるように、角度γを有する頂点Ｃから角度βを有する頂点Ｂに向かう方向に平行な矢印ｙが、角度αを有する頂点Ａに近づくように、矢印ｙが光源を中心として回転される場合に、プラスが対応する。一方、矢印ｙが、角度αを有する頂点Ａから遠ざかるように、矢印ｙが光源を中心として回転される場合に、マイナスが対応する。この光源の角度θのプラスおよびマイナスの定義は、実施例３にも適用される。
図７は、実施例２における異方性光取り出し効率のシミュレーションの結果を示す。図７においては、角度αが２０度に等しくなるように固定された。さらに、光源の角度θが−９０度から＋９０度まで変化されながら、光取り出し効率がシミュレートされた。図７において、横軸は光源の角度θを表し、かつ縦軸は規格化された光取り出し効率を表す。規格化された光取り出し効率は、実施例１の場合と同様に得られた。図示しないが、実施例１と同様、ｃ面の場合には、光源の角度θに拘わらず、光取り出し効率はほぼ一定であった。一方、ｍ面の場合には、光取り出し効率は、光源の角度θに依存して変化した。
図８は、実施例２における光取り出し効率のシミュレーションの結果を示すグラフである。図８においては、角度αは、独立して、１０度および４５度の間の範囲で変化された。光源の角度θは、独立して、−９０度および９０度の範囲で変化された。図８において、横軸は角度αを表し、かつ縦軸は光源の角度θを表す。図５の場合と同様、図８に示されるグラフに含まれる数値は、光取り出し比率の値である。
図８から明らかなように、以下の２つの数式（ＩＩＩａ）および（ＩＶａ）からなる群Ｂａ、以下の２つの数式（ＩＩＩｂ）および（ＩＶｂ）からなる群Ｂｂ、または以下の２つの数式（ＩＩＩｃ）および（ＩＶｃ）からなる群Ｂｃのいずれか１つが充足される場合、光取り出し効率が１以上である。言い換えれば、光取り出し効率が１以上となる範囲は、群Ｂａ、群Ｂｂ、および群Ｂｃによって規定される。
群Ｂａ：１０度≦角度α≦３０度（ＩＩＩａ）かつ−３０度≦角度θ≦４５度（ＩＶａ）
群Ｂｂ：３０度＜角度α≦３５度（ＩＩＩｂ）かつ−２５度≦角度θ≦４５度（ＩＶｂ）
群Ｂｃ：３５度＜角度α≦４０度（ＩＩＩｃ）かつ１０度≦角度θ≦４５度（ＩＶｃ）
群Ｂａ：１０度≦角度α≦３０度（ＩＩＩａ）かつ−３０度≦角度θ≦４５度（ＩＶａ）
群Ｂｂ：３０度＜角度α≦３５度（ＩＩＩｂ）かつ−２５度≦角度θ≦４５度（ＩＶｂ）
群Ｂｃ：３５度＜角度α≦４０度（ＩＩＩｃ）かつ１０度≦角度θ≦４５度（ＩＶｃ）
このように、実施例２は、高い光取り出し効率を有する窒化物半導体発光ダイオードの具体的な形状を提供する。
（実施例３）
図９は、実施例３によるシミュレーションにおいて想定された窒化物半導体発光ダイオード１００の平面図を示す。言うまでもないが、この平面図は、活性層１０４の法線方向から見た図である。図９に示されるように、実施例３による窒化物半導体発光ダイオード１００は、平面視において３つの頂点ＡＢＣを有する不等辺三角形であった。
図９は、実施例３によるシミュレーションにおいて想定された窒化物半導体発光ダイオード１００の平面図を示す。言うまでもないが、この平面図は、活性層１０４の法線方向から見た図である。図９に示されるように、実施例３による窒化物半導体発光ダイオード１００は、平面視において３つの頂点ＡＢＣを有する不等辺三角形であった。
図９に示されるように、平面視において、窒化物半導体発光ダイオード１００は、それぞれ長さＬａ、長さＬｂ、および長さＬｃの長さを有する辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢからなる三角形の形状を有していた。この三角形において、辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢにそれぞれ向かい合う角が、角度α、角度β、および角度γを有していた。平面視において、ｃ軸および辺ＢＣの長さ方向の間に光源の角度θが形成されていた。図９では、数式：長さＬｂ＜長さＬａ＜長さＬｃおよび角度β＜角度α＝６０度＜角度γが成立している。しかし、角度αが４５度未満のときは、以下の２つの数式（Ｖ）および（ＶＩ）の両者が充足される。
長さＬａ＜長さＬｂ＜長さＬｃ （Ｖ）
角度α＜角度β＜角度γ （ＶＩ）
長さＬａ＜長さＬｂ＜長さＬｃ （Ｖ）
角度α＜角度β＜角度γ （ＶＩ）
図１０は、実施例３における異方性光取り出し効率のシミュレーションの結果を示す。図１０においては、角度αが２０度に等しくなるように固定された。さらに、光源の角度θが−９０度から＋９０度まで変化され、かつ角度γが８０度から９０度まで変化されながら、光取り出し比率がシミュレートされた。
図１１は、実施例３における異方性光取り出し効率のシミュレーションの結果を示す。図１１においては、角度αが３０度に等しくなるように固定された。さらに、光源の角度θが−９０度から＋９０度まで変化され、かつ角度γが７５度から９０度まで変化されながら、光取り出し比率がシミュレートされた。
図１２は、実施例３における異方性光取り出し効率のシミュレーションの結果を示す。図１２においては、角度αが３５度に等しくなるように固定された。さらに、光源の角度θが−９０度から＋９０度まで変化され、かつ角度γが７２．５度から９０度まで変化されながら、光取り出し比率がシミュレートされた。図１０、図１１、および図１２において、横軸は角度γを表し、かつ縦軸は光源の角度θを表す。図１０、図１１、および図１２に示されるグラフに含まれる数値は、光取り出し比率の値である。
図１０および図１１から明らかなように、以下の３つの数式（ＶＩＩａ）、（ＶＩＩＩａ）、および（ＩＸａ）からなる群Ｃａが充足される場合、光取り出し効率は１以上である。言い換えれば、光取り出し効率が１以上となる範囲は、群Ｃａによって規定される。
群Ｃａ：
２０度≦角度α≦３０度（ＶＩＩａ）、
７５度≦角度γ≦９０度 （ＶＩＩＩａ）、かつ
−３０度≦角度θ≦３０度 （ＩＸａ）
群Ｃａ：
２０度≦角度α≦３０度（ＶＩＩａ）、
７５度≦角度γ≦９０度 （ＶＩＩＩａ）、かつ
−３０度≦角度θ≦３０度 （ＩＸａ）
図１１および図１２から明らかなように、以下の３つの数式（ＶＩＩｂ）、（ＶＩＩＩｂ）、および（ＩＸｂ）からなる群Ｃｂ、以下の３つの数式（ＶＩＩｃ）、（ＶＩＩＩｃ）、および（ＩＸｃ）からなる群Ｃｃ、および以下の３つの数式（ＶＩＩｄ）、（ＶＩＩＩｄ）、および（ＩＸｄ）からなる群Ｃｄのいずれか１つが充足される場合、光取り出し効率は１以上である。言い換えれば、光取り出し効率が１以上となる範囲は、群Ｃｂ、群Ｃｃ、および群Ｃｄによって規定される。
群Ｃｂ：
３０度≦角度α≦３５度 （ＶＩＩｂ）、
７２．５度≦角度γ≦７５度 （ＶＩＩＩｂ）、かつ
−２０度≦角度θ≦２０度 （ＩＸｂ）
群Ｃｃ：
３０度≦角度α≦３５度 （ＶＩＩｃ）、
７５度＜角度γ≦８５度 （ＶＩＩＩｃ）、かつ
−１０度≦角度θ≦１０度 （ＩＸｃ）
群Ｃｄ
３０度≦角度α≦３５度 （ＶＩＩｄ）、
８５度＜角度γ≦９０度 （ＶＩＩＩｄ）、かつ
−１０度≦角度θ≦２０度 （ＩＸｄ）
群Ｃｂ：
３０度≦角度α≦３５度 （ＶＩＩｂ）、
７２．５度≦角度γ≦７５度 （ＶＩＩＩｂ）、かつ
−２０度≦角度θ≦２０度 （ＩＸｂ）
群Ｃｃ：
３０度≦角度α≦３５度 （ＶＩＩｃ）、
７５度＜角度γ≦８５度 （ＶＩＩＩｃ）、かつ
−１０度≦角度θ≦１０度 （ＩＸｃ）
群Ｃｄ
３０度≦角度α≦３５度 （ＶＩＩｄ）、
８５度＜角度γ≦９０度 （ＶＩＩＩｄ）、かつ
−１０度≦角度θ≦２０度 （ＩＸｄ）
本発明による窒化物半導体発光ダイオードは、天井灯または自動車用ヘッドランプのために用いられ得る。
１００ 窒化物半導体発光ダイオード
１０２ ｐ型窒化物半導体層
１０４ 活性層
１０６ ｎ型窒化物半導体層
１０８ ｐ側電極
１１０ ｎ側電極
１２０ 凹凸構造
１５０ 実装基板
１５２ｐ 第１電極
１５２ｎ 第２電極
１０２ ｐ型窒化物半導体層
１０４ 活性層
１０６ ｎ型窒化物半導体層
１０８ ｐ側電極
１１０ ｎ側電極
１２０ 凹凸構造
１５０ 実装基板
１５２ｐ 第１電極
１５２ｎ 第２電極
窒化物半導体発光ダイオード１００は、１００マイクロメートルの厚みを有していた。図示されていないが、窒化物半導体発光ダイオード１００は樹脂により被覆され得る。このようにして、窒化物半導体発光ダイオードチップ（以下、単に「チップ」という）が得られる。言い換えれば、チップは、窒化物半導体発光ダイオード１００およびそれを被覆する樹脂を具備する。
Claims (6)
- 非極性または半極性のｐ型窒化物半導体層、
非極性または半極性の活性層、
非極性または半極性のｎ型窒化物半導体層、
ｐ側電極、および
ｎ側電極を具備する窒化物半導体発光ダイオードであって、ここで
前記活性層は、前記ｐ型窒化物半導体層および前記ｎ型窒化物半導体層の間に挟まれており、
前記ｐ型窒化物半導体層および前記ｎ型窒化物半導体層は、それぞれ、前記ｐ側電極および前記ｎ側電極に電気的に接続されており、
前記窒化物半導体発光ダイオードの平面視において、前記窒化物半導体発光ダイオードは、それぞれ長さＬａ、長さＬｂ、および長さＬｃの長さを有する辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢからなる三角形の形状を有しており、
前記三角形において、辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢにそれぞれ向かい合う角が、角度α、角度β、および角度γを有しており、
前記平面視において、ｃ軸および辺ＢＣの長さ方向の間に角度θが形成されており、
長さＬｂは長さＬｃに等しく、
以下の２つの数式（Ｉａ）および（ＩＩａ）からなる群Ａａおよび以下の２つの数式（Ｉｂ）および（ＩＩｂ）からなる群Ａｂのどちらか一方が充足される。
群Ａａ：２０度≦角度α≦４０度（Ｉａ）かつ０度≦角度θ≦４０度（ＩＩａ）
群Ａｂ：９０度≦角度α≦１３０度（Ｉｂ）かつ５０度≦角度θ≦９０度（ＩＩｂ） - 請求項１に記載の窒化物半導体発光ダイオードであって、
前記ｐ型窒化物半導体層、前記活性層、および前記ｎ型窒化物半導体層は、ｍ面の主面を有する。 - 非極性または半極性のｐ型窒化物半導体層、
非極性または半極性の活性層、
非極性または半極性のｎ型窒化物半導体層、
ｐ側電極、および
ｎ側電極を具備する窒化物半導体発光ダイオードであって、ここで、
前記活性層は、前記ｐ型窒化物半導体層および前記ｎ型窒化物半導体層の間に挟まれており、
前記ｐ型窒化物半導体層および前記ｎ型窒化物半導体層は、それぞれ、前記ｐ側電極および前記ｎ側電極に電気的に接続されており、
前記窒化物半導体発光ダイオードの平面視において、前記窒化物半導体発光ダイオードは、それぞれ長さＬａ、長さＬｂ、および長さＬｃの長さを有する辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢからなる三角形の形状を有しており、
前記三角形において、辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢにそれぞれ向かい合う角が、角度α、角度β、および角度γを有しており、
前記平面視において、ｃ軸および辺ＢＣの長さ方向の間に角度θが形成されており、
角度γは９０度に等しく、
以下の２つの数式（ＩＩＩａ）および（ＩＶａ）からなる群Ｂａ、以下の２つの数式（ＩＩＩｂ）および（ＩＶｂ）からなる群Ｂｂ、および以下の２つの数式（ＩＩＩｃ）および（ＩＶｃ）からなる群Ｂｃのいずれか１つが充足される。
群Ｂａ：１０度≦角度α≦３０度（ＩＩＩａ）かつ−３０度≦角度θ≦４５度（ＩＶａ）
群Ｂｂ：３０度＜角度α≦３５度（ＩＩＩｂ）かつ−２５度≦角度θ≦４５度（ＩＶｂ）
群Ｂｃ：３５度＜角度α≦４０度（ＩＩＩｃ）かつ１０度≦角度θ≦４５度（ＩＶｃ） - 請求項３に記載の窒化物半導体発光ダイオードであって、
前記ｐ型窒化物半導体層、前記活性層、および前記ｎ型窒化物半導体層は、ｍ面の主面を有する。 - 非極性または半極性のｐ型窒化物半導体層、
非極性または半極性の活性層、
非極性または半極性のｎ型窒化物半導体層、
ｐ側電極、および
ｎ側電極を具備する窒化物半導体発光ダイオードであって、ここで、
前記活性層は、前記ｐ型窒化物半導体層および前記ｎ型窒化物半導体層の間に挟まれており、
前記ｐ型窒化物半導体層および前記ｎ型窒化物半導体層は、それぞれ、前記ｐ側電極および前記ｎ側電極に電気的に接続されており、
前記窒化物半導体発光ダイオードの平面視において、前記窒化物半導体発光ダイオードは、それぞれ長さＬａ、長さＬｂ、および長さＬｃの長さを有する辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢからなる三角形の形状を有しており、
前記三角形において、辺ＢＣ、辺ＣＡ、および辺ＡＢにそれぞれ向かい合う角が、角度α、角度β、および角度γを有しており、
前記平面視において、ｃ軸および辺ＢＣの長さ方向の間に角度θが形成されており、
以下の２つの数式（Ｖ）および（ＶＩ）の両者が充足され、
長さＬａ＜長さＬｂ＜長さＬｃ （Ｖ）
角度α＜角度β＜角度γ （ＶＩ）
以下の３つの数式（ＶＩＩａ）、（ＶＩＩＩａ）、および（ＩＸａ）からなる群Ｃａ、以下の３つの数式（ＶＩＩｂ）、（ＶＩＩＩｂ）、および（ＩＸｂ）からなる群Ｃｂ、以下の３つの数式（ＶＩＩｃ）、（ＶＩＩＩｃ）、および（ＩＸｃ）からなる群Ｃｃ、および以下の３つの数式（ＶＩＩｄ）、（ＶＩＩＩｄ）、および（ＩＸｄ）からなる群Ｃｄのいずれか１つが充足される。
群Ｃａ：
２０度≦角度α≦３０度 （ＶＩＩａ）、
７５度≦角度γ≦９０度 （ＶＩＩＩａ）、かつ
−３０度≦角度θ≦３０度 （ＩＸａ）
群Ｃｂ：
３０度≦角度α≦３５度 （ＶＩＩｂ）、
７２．５度≦角度γ≦７５度 （ＶＩＩＩｂ）、かつ
−２０度≦角度θ≦２０度 （ＩＸｂ）
群Ｃｃ：
３０度≦角度α≦３５度 （ＶＩＩｃ）、
７５度＜角度γ≦８５度 （ＶＩＩＩｃ）、かつ
−１０度≦角度θ≦１０度 （ＩＸｃ）
群Ｃｄ
３０度≦角度α≦３５度 （ＶＩＩｄ）、
８５度＜角度γ≦９０度 （ＶＩＩＩｄ）、かつ
−１０度≦角度θ≦２０度 （ＩＸｄ）
- 請求項５に記載の窒化物半導体発光ダイオードであって、
前記ｐ型窒化物半導体層、前記活性層、および前記ｎ型窒化物半導体層は、ｍ面の主面を有する。
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