JP2017103391A - 発光デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】より効率的に発光部を冷却することができる、発光デバイスを提供すること。
【解決手段】発光デバイスは、ｐ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｐ型添加部分と、ｎ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｎ型添加部分と、ｐ型添加部分とｎ型添加部分との境界部分に形成されるｐｎ活性部分と、を有し、電流が印加されることにより電子が添加され、電子が付与されることによって、ｐ型添加部分、ｐｎ活性部分およびｎ型添加部分の一部またはすべてからなる発光領域が発光する発光部と、発光部の厚み方向に対して直交する、発光部の少なくともひとつの側面に設けられた第１放熱部と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、間接遷移型の半導体レーザ装置等に適用される発光デバイスに関する。

電流注入によってレーザ発信を得る間接遷移型半導体レーザの素子として、特許文献１に記載のものがある。この素子は、シリコン等の間接遷移型半導体にｐ型不純物が添加されたｐ型添加部分と、前記間接遷移型の半導体にｎ型不純物が添加されたｎ型添加部分と、ｐ型添加部分とｎ型添加部分との境界部分に形成されるｐｎ活性部分とを備えている。

ｐ型添加部分およびｎ型添加部分は、その一部の領域、また、ｐｎ活性部分は、そのすべてが、電流が印加されて電子が付与されることにより発光する発光領域となっている。また、ｎ型添加部分およびｐ型添加部分には電源装置が接続され、レーザの発信時には、ｎ型添加部分側が正電圧、ｐ型添加部分側が負電圧となるように順方向にバイアス電圧が印加される。これにより、ｎ型添加部分、ｐｎ活性部分およびｎ型添加部分に電流が注入され、ｎ型添加部分、ｐｎ活性部分およびｎ型添加部分の発光領域に電子が付与されることにより、その一部またはすべてが発光する。

特開２０１２−２４３８２４号公報

ここで、電圧の印加時、素子のうちの発光領域を有する発光部は、発光領域が発光することによって加熱される。特に、大きな電圧を印加した際は、発光部が高温になる。そのため、動作時に発光部の冷却が不十分である場合、不具合が生じるおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、より効率的に発光部を冷却することができる、発光デバイスを提供することである。

第１の発明の発光デバイスは、ｐ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｐ型添加部分と、ｎ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｎ型添加部分と、前記ｐ型添加部分と前記ｎ型添加部分との境界部分に形成されるｐｎ活性部分と、を有し、電流が印加されることにより電子が添加され、電子が付与されることによって、前記ｐ型添加部分、前記ｐｎ活性部分および前記ｎ型添加部分の一部またはすべてからなる発光領域が発光する発光部と、前記発光部の厚み方向に対して直交する、前記発光部の少なくともひとつの側面に設けられた第１放熱部と、を備えている。

本発明では、第１放熱部は、発光部の厚み方向に対して直交する、発光部の少なくともひとつの側面に設けられている。従って、発光部の厚み方向の表面のみならず、厚み方向と直交する側面からも放熱することができる。これにより、発光部の厚み方向のみから放熱を行う場合と比較して、発光部をより効率的に冷却することができる。

第２の発明の発光デバイスは、前記第１の発明において、前記第１放熱部は、前記発光部の厚み方向に対して直交する２つの側面を狭持するように設けられている。

本発明では、第１放熱部材は、発光部の厚み方向に対して直交する発光部の２つの側面を狭持するように設けられている。これにより、２つの側面からより効率的に放熱することができる。

第３の発明の発光デバイスは、前記第１または２の発明において、前記第１放熱部は、前記ｐ型添加部分および前記ｎ型添加部分とを構成する間接遷移型半導体からなり、前記発光部と一体形成されている。

本発明では、第１放熱部は、ｐ型添加部分およびｎ型添加部分とを構成する間接遷移型半導体からなり、発光部と一体形成されている。従って、第１放熱部と発光部とがそれぞれ別部材からなり、それらを接合して発光デバイスを製造する場合と比較して、製造工程を少なくすることができる。これにより、製造作業を短縮することができるため、生産性を向上させることができる。

第４の発明の発光デバイスは、前記第１〜３のいずれかの発明において、前記発光部の前記ｐ型添加部分の表面に形成される第１電極と、前記発光部の前記ｎ型添加部分の表面に形成される第２電極と、前記第１電極の表面に設けられる第２放熱部と、をさらに有し、前記第１電極と前記第１放熱部とは、第１絶縁部材を介して間接的に接続されている。

本発明では、発光部のｐ型添加部分の表面に形成される第１電極と、発光部のｎ型添加部分の表面に形成される第２電極と、第１電極の表面に設けられる第２放熱部と、をさらに有し、第１電極と第１放熱部とは、第１絶縁部材を介して間接的に接続されている。従って、第１放熱部材からの放熱のみならず、第１絶縁部材と第１電極とを介して、発光部の側面から伝達される熱を第２放熱部材からも放熱することができる。これにより、発光部をより効率的に冷却することができる。

第５の発明の発光デバイスは、前記第１〜４のいずれかの発明において、前記第２電極の表面に設けられる第３放熱部をさらに有し、前記第２電極と前記第１放熱部とは、第２絶縁部材を介して間接的に接続されている。

本発明では、第２電極の表面に設けられる第３放熱部をさらに有し、第２電極と第１放熱部とは、第２絶縁部材を介して間接的に接続されている。従って、第１放熱部からの放熱のみならず、第２絶縁部材と第１電極とを介して、発光素子の側面から伝達される熱を第３放熱部からも放熱することができる。これにより、発光部をより効率的に冷却することができる。

第６の発明の発光デバイスは、前記第４または５の発明において、前記発光部は、前記第２放熱部または／および前記第３放熱部との接触面積が大きくなる面と直交する方向が最も熱伝導率の高い面方位となるように配置されている。

本発明では、発光部は、第２放熱部または／および第３放熱部との接触面積が大きくなる面と直交する方向が最も熱伝導率の高い面方位となるように配置されている。従って、第２放熱部または／および第３放熱部と発光部との接触面積の最も大きい面から、発光部に生じた熱を効率的に逃がすことができる。これにより、発光部をより効率的に冷却することができる。

本実施形態に係る発光デバイスの斜視図である。 図１の発光デバイスの前後方向から見た断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

本実施形態は、半導体レーザとして利用され、ｎ型添加部分２側が正電圧、ｐ型添加部分１側が負電圧となるように、順方向にバイアス電圧を印加することにより発光する発光デバイス１００に本発明を適用した一例である。なお、以下では、図１、図２に示す上下、左右、前後の各方向を、上下方向、左右方向および前後方向と定義し、これらの方向語を適宜使用して説明する。

図１に示すように、発光デバイス１００は、所定厚みを有し、上下方向から見て矩形状をなす直方体形状である。発光デバイス１００は、素子１０と第１絶縁部材４および第２絶縁部材５とｐ型電極６およびｎ型電極７とからなる。

素子１０は、所定厚みを有し、上下方向から見て矩形状をなす直方体形状である。図２に示すように、素子１０は、厚み方向が最も熱伝導率の高い面方位である＜１００＞となるように配置されている。素子１０は、前後方向に延在するように左右方向中央部に形成された発光部１０ａと、発光部１０ａの左右両側に発光部１０ａに対して一体形成された非発光部１０ｂとからなる。

発光部１０ａは、シリコン等の間接遷移型の半導体にｐ型不純物が添加されたｐ型添加部分１と、同間接遷移型の半導体にｎ型不純物が添加されたｎ型添加部分２と、ｐ型添加部分１とｎ型添加部分２との境界部分に形成されたｐｎ活性部分３とからなる。また、ｐ型添加部分１およびｎ型添加部分２は、その一部が電流が印加されて電子が付与されることによって発光する発光領域となっている。また、ｐｎ活性部分３は、そのすべてが電流が印加されて電子が付与されることによって発光する発光領域となっている。

非発光部１０ｂは、発光部１０ａを構成する間接遷移型の半導体からなる。なお、非発光部１０ｂは、発光部１０ａを構成する間接遷移型の半導体にｐ型不純物が添加されたもの、すなわち、ｐ型添加部分１と同じ構成であっても構わない。また、非発光部１０ｂは、発光部１０ａを構成する間接遷移型の半導体にｎ型不純物が添加されたもの、すなわち、ｎ型添加部分１と同じ構成であっても構わない。

第１絶縁部材４は、非発光部１０ｂの上側表面に設けられている。第１絶縁部材４は、薄い板状である。第１絶縁部材４は、絶縁可能且つ熱伝導率の高いものからなる。第２絶縁部材５は、非発光部１０ｂの下側表面に設けられている。第２絶縁部材５は、薄い板状である。第２絶縁部材５は、絶縁可能且つ熱伝導率の高いものからなる。

ｐ型電極６は、発光部１０ａの上側表面および第１絶縁部材４の表面全域を覆うように形成されている。ｐ型電極６は、発光部１０ａの下側表面および第２絶縁部材５の表面全域を覆うように形成されている。ｐ型電極６およびｎ型電極７の表面には、配線部材（不図示）が接合され、この配線部材（不図示）に接続された電源装置（不図示）から電流が供給される。

ここで、発光部１０ａに電流が印加されると、発光部１０ａ内の発光領域は、発光するとともに発熱する。特に、大きな電流を印加した際、発光部１０ａは高温になるため、動作時に発光部１０ａの冷却が不十分である場合、発光デバイス１００に不具合が生じるおそれがある。

本実施形態では、発光部１０ａの左右の両側面には、非発光部１０ｂが設けられている。従って、図２の矢印で示すように、発光部１０ａは、その上側表面および下側表面から熱を逃がして空冷されるのみならず、左側表面および右側表面から非発光部１０ｂに熱を逃がすことができる。これにより、発光部１０ａの上側表面および下側表面のみから放熱する場合と比較して、発光部１０ａをより効率的に冷却することができる。

また、非発光部１０ｂは、ｐ型添加部分１およびｎ型添加部分２を構成する間接遷移型の半導体からなり、発光部１０ａと一体形成されている。すなわち、発光部１０ａと非発光部１０ｂとからなる素子１０は、ひとつの部材からなる。より具体的には、素子１０は、間接遷移型の半導体の左右方向中央部の上側にｐ型不純物を添加し、下側にｎ型不純物を添加されることにより形成されている。もしくは、間接遷移型の半導体にｎ型不純物（もしくはｐ型不純物）を添加し、その左右方向中央部の上側にｐ型不純物（もしくはｎ型不純物）を添加することによって形成されている。従って、発光部１０ａと非発光部１０ｂとがそれぞれ別部材からなり、それらを接合して発光デバイス１００を製造する場合と比較して、製造工程を少なくすることができる。これにより、製造作業を短縮することができるため、生産性を向上させることができる。

また、ｐ型電極６と非発光部１０ｂとの間には第１絶縁部材４が配置され、ｎ型電極７と非発光部１０ｂとの間には第２絶縁部材５が配置されている。従って、非発光部１０ｂへの放熱のみならず、図２の矢印で示すように、第１絶縁部材４とｐ型電極６、第２絶縁部材５とｎ型電極７とを介して、発光部１０ａの左右の側面から伝達される熱を、上下方向に逃がして空冷することができる。これにより、発光部１０ａをより効率的に冷却することができる。

また、図２に示すように、素子１０は、その厚み方向が最も熱伝導率の高い面方位である＜１００＞となるように配置されている。従って、熱伝導率の高い面方位＜１００＞を、例えば、左右の側面等、ｐ型電極６およびｎ型電極７との接触面積の小さい面と直交するように配置する場合と比較して、ｐ型電極６およびｎ型電極７との接触面積の最も大きい面１０ａ１，１０ａ２から、発光部１０ａに生じた熱を効率的に逃がすことができる。これにより、発光部１０ａをより効率的に冷却することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態や実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

本実施形態では、非発光部１０ｂは、発光部１０ａの左右の両側面にそれぞれ設けられていると記載したが、非発光部１０ｂは、左右の側面のうちのどちらか一方のみに設けられていても構わない。また、前後の側面にも設けられていても構わない。

また、本実施形態では、非発光部１０ｂは、ｐ型添加部分１およびｎ型添加部分２とを構成する間接遷移型の半導体からなり、発光部１０ａと一体形成されていると記載したが、例えば、第１放熱部と発光部１０ａとは、それぞれ別部材且つ別素材からなるもので構成しても構わない。

また、本実施形態では、ｐ型電極６と非発光部１０ｂとの間には第１絶縁部材４が配置され、ｎ型電極７と非発光部１０ｂとの間には第２絶縁部材５が配置されていると記載したが、例えば、第１絶縁部材４および第２絶縁部材５を設けることなく、ｐ型電極４を発光部の上側表面のみ、ｎ型電極５を発光部１０ａの下側表面のみに設けても構わない。この構成によっても、発光部１０ａの左右の側面から伝達される熱を、非発光部１０ｂから逃がして空冷することができる。

また、本実施形態では、おもに上下方向から空冷によって放熱する場合について記載したが、例えば、ｐ型電極６の上側表面または／およびｎ型電極７の下側表面にヒートシンクを設置しても構わない。これにより、空冷により放熱する場合と比較して、上下方向における放熱能力をより高めることができる。従って、発光部１０aをより効率的に冷却することができる。

また、本実施形態では、素子１０の上側表面にｐ型電極６、下側表面にｎ型電極７を設け、レーザ発信装置として発光デバイス１００を適用する場合について記載したが、ｐ型電極６およびｎ型電極７素子１０に形成することなく、ＬＥＤ光源として適用しても構わない。

１ ｐ型添加部分
２ ｎ型添加部分
３ ｐｎ活性部分
４ 第１絶縁部材
５ 第２絶縁部材
６ ｐ型電極
７ ｎ型電極
１０ 素子
１０ａ 発光部
１０ｂ 非発光部
１００ 発光デバイス

Claims (6)

1. ｐ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｐ型添加部分と、ｎ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｎ型添加部分と、前記ｐ型添加部分と前記ｎ型添加部分との境界部分に形成されるｐｎ活性部分と、を有し、
   電流が印加されることにより電子が添加され、電子が付与されることによって、前記ｐ型添加部分、前記ｐｎ活性部分および前記ｎ型添加部分の一部またはすべてからなる発光領域が発光する発光部と、
   前記発光部の厚み方向に対して直交する、前記発光部の少なくともひとつの側面に設けられた第１放熱部と、
   を備えていることを特徴とする発光デバイス。
2. 前記第１放熱部は、前記発光部の厚み方向に対して直交する２つの側面を狭持するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
3. 前記第１放熱部は、前記ｐ型添加部分および前記ｎ型添加部分とを構成する間接遷移型半導体からなり、
   前記ｐ型添加部分、前記ｎ型添加部分および前記ｐｎ活性部分と一体形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光デバイス。
4. 前記発光部の前記ｐ型添加部分の表面に形成される第１電極と、
   前記発光部の前記ｎ型添加部分の表面に形成される第２電極と、
   前記第１電極の表面に設けられる第２放熱部と、
   をさらに有し、
   前記第１電極と前記第１放熱部とは、第１絶縁部材を介して間接的に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光デバイス。
5. 前記第２電極の表面に設けられる第３放熱部をさらに有し、
   前記第２電極と前記第１放熱部とは、第２絶縁部材を介して間接的に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発光素子。
6. 前記発光部は、前記第２放熱部または／および前記第３放熱部との接触面積が大きくなる面と直交する方向が最も熱伝導率の高い面方位となるように配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載の発光デバイス。

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