JP3639608B2 - 発光ダイオード - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は発光ダイオードに関する。
【０００２】
【発明の従来技術と問題点】
吸光基板上に配置された半導体光発生領域を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）は光源として広く用いられ、白熱ランプに替わるものとなってきている。光出力に対する要求を満たすためにはＬＥＤの全光出力効率を最大限にすることが重要である。
【０００３】
従来技術においてなされた改良の一つが米国特許５、００８、７１８号に開示されているが、この特許では光発生領域と上部金属接点の間に薄い導電性の透明な窓層を設けて電流の密集が最小限となるようにすることによってＬＥＤの電気的効率を高めている。この薄い窓層の問題点は光発生領域によって発生する光のうちのかなりの部分が依然として窓層内で内反射され、ＬＥＤの外に発せられずに基板に吸収されることである。
【０００４】
【発明の目的】
従って本発明の目的は、新規な構造によりＬＥＤの全光出力効率を増大することである。
【０００５】
【発明の概要】
この発明の一実施例によれば、ＬＥＤは肉厚の透明層を有し、この層はＬＥＤの側面から発せられる光の量を増大させ、基板によって吸収される光を最小限にする。この透明層の厚みは透明層の幅と光がこの肉厚透明層内で内部反射される臨界角の関数として決定される。
【０００６】
この発明の第１実施例にしたがって構成されたＬＥＤにおいては、この肉厚透明層が光発生領域を覆い、この光発生領域が吸光基板を覆う。この第１実施例にしたがって、薄い導電性の透明窓層を有する従来のＬＥＤにおいて典型的な約２０ルーメン／アンペアに対して４０ルーメン／アンペアの光出力効率を有するＬＥＤを製作した。
【０００７】
この発明の第２実施例にしたがって構成されたＬＥＤでは、この肉厚透明層は光発生領域と吸光基板の間に配置されている。
【０００８】
この発明の第３実施例にしたがって構成されたＬＥＤでは、上部肉厚透明層が光発生領域の上に配置され、下部肉厚透明層が光発生領域と吸光基板の間に配置されている。
【０００９】
この肉厚透明層は光発生領域によって発生した光を吸収しないように光発生領域より大きなバンドギャップを有する材料で作成しなければならない。この肉厚透明層の製作方法は、光発生領域の製作方法と異なっていてもよい。これは肉厚のエピタキシャル層の形成により適した方法があるためである。
【００１０】
【発明の実施例の詳細な説明】
図１は反射カップ中の代表的な従来のＬＥＤチップを示し、このチップの上部と側面から光が放射されている。反射カップはＬＥＤチップの側面から放射される光を集め、この光を有用な方向に向ける。
【００１１】
図２は屈折率がη _２ である光学的に透明な材料とそれを取り囲む屈折率がη _１ である媒体の間の境界に入射角θ _ｉｔ で入射する光線を示す。この境界には臨界角θ _ｃ があり、この臨界角θ _ｃ ＿はθ _ｃ ＝Ｓｉｎ ^−１ （η _１ ＿／η _２ ）と定義される。θ _ｉｔ ≦θ _ｃ であるとき、この光線は屈折し、光学的に透明な材料の外に放射される。入射角θｉｔが臨界角θ _ｃ に等しいとき、この光線は図２に示すようにこの材料の表面と平行な方向に放射される。θ _ｉｔ ＞θ _ｃ であるとき、この光線は完全に内部へ反射する。これを内部反射と称する。
【００１２】
図３Ａ、図３Ｂはそれを取り囲む媒体の屈折率より大きい屈折率を有する光学的に透明な材料の矩形のブロック中の光線の全内部反射を示す。図３Ａにおいて、このブロックの左下隅から発する光線はブロックの底面に対して角度θ _ｅｂ をなし、ブロックの側面に対しては角度θ _ｅｓ をなす。このブロックは矩形であるからこの光線はブロックの上面に入射角θ _ｉｔ で当たり、この入射角θ _ｉｔ はθ _ｅｓ に等しい。図３Ａではθ _ｅｓ が臨界角θ _ｃ より大きく、したがってこの光線は角度θ _ｉｔ で全内反射し入射角θｉｓでブロックの右側面に当たる。再び、このブロックが矩形であり、二つの側面は平行であることから、θ _ｉｓ はθ _ｅｂ に等しい。θ _ｉｓ ＞θ _ｃ である場合、右側面に入射する光線はブロックの底面に全て内部反射される。
【００１３】
図３Ｂにおいて、ブロックの左上隅から放射される光線はブロックの上面に対して角度θ _ｅｆ をなし、入射角θ _ｉｓ でブロックの右側面に当たる。このブロックが矩形であるため、θ _ｉｓ はθ _ｅｆ に等しく、θ _ｉｓ が臨界角より大きい場合、この光線はブロックの底面に反射される。
【００１４】
図４Ａは上部金属接点と光発生領域の間に薄い導電性の窓層を用いて電流の密集を最小限にした従来のＬＥＤを示す。この特徴は米国特許５、００８、７１８号に説明されている。図４ＣはこのＬＥＤから放出された光の正規化された強さＩが薄い窓層の厚さＤの変動にともなってどのように変動するかを示す。この薄い窓層の一部を覆う上部金属接点の遮蔽効果によって、この光の強さもまたＬＥＤの横方向の全体にわたって一定ではない。図４Ｃは横方向の位置に対する光出力の正規化された強さＩの関係を示す。この結果は１９９０年のＪｏｕｒｎａｌｏｆ Ｅｌｅｃ−ｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．１２の１１２８ページに報告されており、これは米国特許５、００８、７１８号で説明するものと同じ従来のＬＥＤに基づくものである。
【００１５】
この従来のＬＥＤは横方向の寸法Ａが２５０μｍであり、その中央部に直径１００μｍの上部金属接点を有する。光の強さＩはＬＥＤの二つの端部０とＡ、および０．３Ａから０．７Ａすなわち７５から１７５μｍの上部金属接点によって覆われた領域においてゼロに落ちる。電流密集効果の減少のために、厚さＤが０．００８Ａから０．０６Ａに、すなわち２から１５μｍになるのにともなってＬＥＤから放出される光の強さは増大する。厚さＤがさらに大きくなっても電流密集効果はさほど低下せず、したがって米国特許５、００８、７１８号に開示する従来のＬＥＤでの好適な厚さは５から１５μｍである。
【００１６】
図４Ｂに示すように、かかる薄い窓層を用いる従来技術の悪い副次的効果としては、この薄い窓層内部での全内部反射のためにかなりの量の光が基板に吸収されるということがある。
【００１７】
図５はこの発明の第１実施例にしたがって構成されたＬＥＤ １００の断面を示す。ＬＥＤ １００は上部金属接点１０１、上部肉厚透明層１０２、光発生領域１０３、吸光基板１０５および下部金属接点１０６を有する。上部肉厚透明層１０２は横方向の寸法Ａと厚みＤを有する。以下の厚みＤの計算において、金属接点は除外され、光発生領域１０３は無視できるほど薄いものとされる。
【００１８】
図６Ａから図６Ｃはθ _ｃ ≦４５°のＬＥＤ １００の内部光線を示す。光発生領域１０３から発する光線はＬＥＤ １００の上面１１０あるいは側面１１１から放出される。図６Ａはθ _ｅｓ ≦θ _ｃ の光発生領域１０３の左隅からの光線はすべてθ _ｉｔ ＝θ _ｅｓ であり、これはθ _ｃ 以下であるためＬＥＤ １００の上面１１０から放出されることを示す。図６Ｂは光線が基板１０５に吸収されず上部肉厚透明層１０２の側面１１１から放出されるという上部肉厚透明層１０２の利点を示す。
【００１９】
図６ＣはＬＥＤ １００の側面１１１から放出される光線の量を最大限にするための上部肉厚透明層１０２のアスペクト比Ｄ／Ａを決定するための制御光線の光路を示す。θ _ｃ 以下の入射角θｉｓでＬＥＤ １００の側面１１１に当たる光線はすべてＬＥＤ １００から放出される。θ _ｅｂ ＝θ _ｉｓ であるから、これはθ _ｅｂ が０°からθ _ｃ である光線はすべてＬＥＤ １００から放出されることを意味する。制御光線は放射角θ _ｅｂ ＝θ _ｃ の光線である。θ _ｃ ≦４５°であるとき、この制御光線は入射角θ _ｉｔ ＞θ _ｃ で上部肉厚透明層１０２の上面１１０に当たる。これはθ _ｉｔ ＝９０°−θ _ｃ であるためである。この入射角は反射角に等しいため、上面１１０に当たる光線は角度θ _ｉｔ で全て内部反射する。この光線が吸光基板１０５によって吸収されずにＬＥＤ １００から放出されるための最小アスペクト比Ｄ／Ａはこの光線が上部肉厚透明層１０２の右下隅に当たるときに得られる。上部肉厚透明層１０２は矩形であり、したがって各側面１１１の高さは同じである。θ _ｅｂ ＝θ _ｉｓ であるとき、上部肉厚透明層１０２の上面１１０に当たる光線の入射点は上部肉厚透明層１０２の横方向の寸法Ａの中間点である。これはＤが（Ａ／２）×ｔａｎθ _ｃ に等しいことを意味する。
【００２０】
Ｄが（Ａ／２）×ｔａｎθ _ｃ 以下である場合、ＬＥＤから放出可能であるはずの光線のいくらかが吸光基板１０５によって吸収される。したがって、光出力効率はＤがＤ＝（Ａ／２）×ｔａｎθ _ｃ まで増大するにともなって増大し、その後ほぼ一定の状態を保つ。上部肉厚透明層１０２はＬＥＤの支持機構のように非常に厚くすることもできるが、非常に厚い層を作るには長時間を要する。さらに、光出力はＤがＤ＝（Ａ／２）×ｔａｎθ _ｃ より相当大きい場合に低下する。これはこの上部肉厚透明層１０２内の全直列電気抵抗と光の吸収がかなり増大する可能性があるためである。したがって上部肉厚透明層１０２の厚さＤを（Ａ／２）×ｔａｎθ _ｃ の４倍よりあまり大きくならないようにすることが適当である。
【００２１】
図７Ａから図７Ｃはθ _ｃ ＞４５°での図５に示すＬＥＤ １００の内部光線を示す。図７Ａはθ _ｉｔ ＝θ _ｅｓ ≦θ _ｃ であるためθ _ｅｓ ≦θ _ｃ で光発生領域１０３の左隅から発する光線はすべてＬＥＤ１００の上面１１０から放出されることを示す。
【００２２】
図７Ｂは光線が吸光基板１０５に吸収されず上部肉厚透明層１０２の側面１１１から放出されるという上部肉厚透明層１０２の利点を示す。
【００２３】
図７ＣはＬＥＤ １００の側面１１１から放出される光線の量を最大限にするための上部肉厚透明層１０２のアスペクト比Ｄ／Ａを決定するための制御光線の光路を示す。θ _ｅｓ がθ _ｃ より少し大きいとき、放出された光はθ _ｉｔ ＝θ _ｅｓ ＞θ _ｃ であるため上部肉厚透明層１０２の上面１１０によって全て内部反射される。この光線が吸光基板１０５によって吸収されずにＬＥＤ １００から放出されるための最小アスペクト比Ｄ／Ａはこの光線が上部肉厚透明層１０２の右下隅に当たるときに得られる。上部肉厚透明層１０２は矩形であり、したがって各側面１１１の高さは同じである。θ _ｅｂ ＝θ _ｉｓ であるとき、上部肉厚透明層１０２の上面１１０に当たる光線の入射点は上部肉厚透明層１０２の横方向の寸法Ａの中間点である。これはＤが（Ａ／２）×（ｔａｎ（９０°−θ _ｃ ））に等しいことを意味する。光出力効率はＤがＤ＝Ａ×（ｔａｎ（９０°−θ _ｃ ））／２まで増大するにともなって増大し、その後ほぼ一定の状態を保つ。上部肉厚透明層１０２はＬＥＤの支持機構のように非常に厚くすることもできるが、非常に厚い層を作るには長時間を要する。さらに、光出力はＤがＤ＝Ａ×（ｔａｎ（９０°−θ _ｃ ））／２より相当大きい場合に低下する。これはこの上部肉厚透明層１０２内の全直列電気抵抗と光の吸収がかなり増大する可能性があるためである。したがって上部肉厚透明層１０２の厚さＤを（Ａ×（ｔａｎ（９０°−θ _ｃ ））／２）の４倍よりあまり大きくならないようにすることが適当である。
【００２４】
発明者は図５から図７Ｃに示す吸光基板１０５が１５０−２００μｍの厚みと２５０μｍ×２５０μｍの上部断面を有するＧａＡｓ基板としてＬＥＤ １００を製作した。有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって製作された光発生領域１０３は吸光基板１０５の上のＡｌＧａＩｎＰのｎ型下部閉じ込め層、この下部閉じ込め層の上のｎ型ＡｌＧａＩｎＰの活性層および活性層の上のＡｌＧａＩｎＰの上部ｐ型閉じ込め層からなる従来の二重ヘテロ構造である。
【００２５】
上部閉じ込め層および下部閉じ込め層の厚さは約８００ナノメータ、活性層の厚さは約５００ナノメータである。ｐ型ドーパントとしては亜鉛、炭素あるいはマグネシウムが適しており、ｎ型ドーパントとしてはテルル、セレン、硫黄あるいは珪素が適している。光発生領域１０３をヘテロ接合ＬＥＤではなくホモ接合構造として製作することもできる。上部閉じ込め層を覆っているのは気相エピタキシャル処理（ＶＰＥ）によって製作されたＧａＰの上部肉厚透明層１０２である。横方向の寸法が２５０μｍである上部肉厚透明層１０２は電流密集効果を最小限にするために少なくとも１５μｍの厚さがなければならない。このＧａＰの上部肉厚透明層１０２は約０．０５オーム−センチメートルの抵抗率を有し、上部閉じ込め層は約０．５オーム−センチメートルの抵抗率を有する。光発生領域１０３のバンドギャップより大きいバンドギャップを有するＡｌＧａＡｓやＧａＡｓＰなどの他の材料をこの上部肉厚透明層１０２に用いることができる。
【００２６】
ＬＥＤ １００は全体が屈折率１．５のエポキシに埋め込まれている。ＧａＰの屈折率が３．３であるとき、臨界角θ _ｃ は２７°である。Ａが２５０μｍであるとき上部肉厚透明層１０２の好適な厚みＤは６４μｍと計算される。これはＤがＡ×（ｔａｎθ _ｃ ）／２と決定されたばあいである。発明者によって作成された実際のＬＥＤ １００は厚さＤが４５μｍである上部肉厚透明層１０２を有し、発明者によれば光出力効率は４０ルーメン／アンペアと測定された。６４μｍの透明層を用いた場合の概算光出力効率は約４５ルーメン／アンペアである。
【００２７】
図８はこの発明の第２実施例にしたがって構成されたＬＥＤ ２００の断面を示す。ＬＥＤ ２００は上部金属接点２０１、光発生領域２０３、下部肉厚透明層２０４、吸光基板２０５および下部金属接点２０６を有する。ＬＥＤ ２００は図５に示すＬＥＤ １００と同じ材料および加工を用いて構成することができる。下部肉厚透明層２０４は横方向の寸法Ａと厚みＤを有する。以下の厚みＤの計算において、金属接点は除外され、光発生領域２０３は無視できるほど薄いものとされる。
【００２８】
図９はＬＥＤ ２００の下部肉厚透明層２０４のアスペクト比Ｄ／Ａを決定するための制御光線の光路を示す。θ _ｃ 以下の入射角θ _ｉｓ で側面２１１に当たる光線はすべてＬＥＤ ２００から放出される。θ _ｉｓ ＝θ _ｅｆ のとき、下部肉厚透明層２０４の最適なアスペクト比Ｄ／Ａはｔａｎθ _ｃ である。この下部肉厚透明層２０４はＬＥＤの支持機構のように非常に厚くすることもできるが、非常に厚い層を作るには長時間を要する。さらに、光出力はＤがＤ＝Ａ×ｔａｎθ _ｃ より相当大きい場合に低下する。これはこの下部肉厚透明層１０４内の全直列電気抵抗と光の吸収がかなり増大する可能性があるためである。したがって下部肉厚透明層１０４の厚さＤを（Ａ×ｔａｎθ _ｃ ）の４倍よりあまり大きくならないようにすることが適当である。
【００２９】
図１０は図８に示すＬＥＤ ２００を変形して構成したＬＥＤの部分断面図である。この変形ＬＥＤ２００’は非平行の漏斗状の下部肉厚透明層２０４’の一例を示す。図１０に示すように、放射角がθ _ｅｆ ＞θ _ｃ である場合でさえ、光線は入射角θ _ｉｓ ＜θ _ｃ で側面２１１’に当たり、ＬＥＤ ２００’から放出される。下部肉厚透明層２０４’の側面２１１’が互いに平行でなければより多量の光が下部透明層２０４’の側面２１１’から放出されうる。これは臨界角以下の角度で側面２１１’に当たる光線が増えるためである。
【００３０】
図１１はこの発明の第３実施例にしたがって構成されたＬＥＤ ３００の断面を示す。ＬＥＤ ３００は上部金属接点３０１、上部肉厚透明層３０２、光発生領域３０３、下部肉厚透明層３０４、吸光基板３０５および下部金属接点３０６を有する。ＬＥＤ ３００は図５に示すＬＥＤ １００と同じ材料および加工を用いて構成することができる。一般に、上部肉厚透明層３０２（厚さＤ _Ｔ ）は下部肉厚透明層３０４（厚さＤ _Ｂ ）と同じ材料で構成する必要はなく、アスペクト比Ｄ _Ｔ ＤＴ／Ａは図５から図７Ｃに関して上述したように決定しなければならない。アスペクト比Ｄ _Ｂ ／Ａは図８から図９に関して上述したように決定しなければならない。
【００３１】
しかし、上部肉厚透明層３０２が下部肉厚透明層３０４と同じ材料で構成されている、あるいは下部肉厚透明層３０４の臨界角より臨界角の小さい材料で構成されている場合、アスペクト比Ｄ _Ｔ ／Ａは図５から図７Ｃに関して上述したようものより小さくすることができる。
【００３２】
図１２は同じ臨界角θ _ｃ を有する上部肉厚透明層３０２と下部肉厚透明層３０４を示す。この構造は矩形であるため、放射角θ _ｅｂ ≦θ _ｃ の光線はすべてＬＥＤ３００の外へ出る。これは光線が上面３１０によって全て内部反射される場合、この光線は吸光基板３０５に達する前に入射角θ _ｉｓ ＝θ _ｅｂ ≦θ _ｃ で側面３１１に当たる。したがって、上部肉厚透明層３０２は電流の密集の効果を最小限にするために十分な厚さでなければならないが、その端部から光線を取り出せるほど厚くする必要はない。これはこの光線を下部肉厚透明層３０４の側面３１１から放出しうるためである。しかし、これらの上部肉厚透明層３０２および下部部肉厚透明層３０４はＬＥＤの支持機構等のように非常に厚くすることができるが、非常に厚い層を作るには長時間を要する。さらにＤ _Ｂ がＤ _Ｂ ＝Ａ×ｔａｎθ _ｃ よりかなり大きい場合、あるいはＤ _Ｔ が非常に大きい場合光出力が小さくなることがある。これは上部肉厚透明層３０２および下部肉厚透明層３０４内の全直列電気抵抗および光の吸収がかなり増大するためである。したがって、上部肉厚透明層３０２と下部肉厚透明層３０４の厚さＤ _Ｂ とＤ _Ｔ をＡ×ｔａｎθ _ｃ の４倍よりあまり大きくならないようにすることが適当である。
【００３３】
図１３Ａから図１３Ｄは図５から図７Ｃに示すＬＥＤ １００を製作する好適な方法を示す。図１３Ａは成長室中でＭＯＣＶＤ法あるいは分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法を用いて活性層１０３”と閉じ込め層１０３’および１０３’’’がはじめにＧａＡｓ基板１０５の上にエピタキシャル成長することを示す。次に、図１３Ｂに示すように、部分的に製作されたＬＥＤ １００を成長室から取り出すことなく上部閉じ込め層１０３’の成長の直後に上部閉じ込め層１０３’の上に薄い層１０２’が成長する。この薄い層１０２’は最終の上部肉厚透明層１０２と同じ材料で製作する必要はない。この薄い層１０２’は保護および遷移層としてはたらき、厚さは約２μｍである。
【００３４】
上部閉じ込め層１０３’はその内部にアルミニウムを有するため、この薄い層１０２’が保護層として用いられていないと、上部閉じ込め層１０３’は酸化することがあり、これによってエピタキシャル成長に悪影響がでる。さらに、この薄い層１０２’は遷移層として上部閉じ込め層１０３’と上部肉厚透明層１０２の間の格子の不整合による転位を局限するはたらきをする。この局限によってこの上部肉厚透明層１０２のエピタキシャル成長を改善する。薄い層１０２’はＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｓあるいはＡｌＧａＡｓとすることができる。
【００３５】
ＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法で厚い層を成長させることは費用がかかりまた困難である。図１３Ｃに示すように、かわりにこの薄い層１０２’まで部分的に製作されたＬＥＤ １００は別の処理を用いて上部肉厚透明層１０２を成長させるために搬送される。液相エピタキシャル（ＬＰＥ）法または気相エピタキシャル（ＶＰＥ）法を用いて上部肉厚透明層１０２は数１０ミクロンの厚さに成長する。上部肉厚透明層１０２はＧａＰ、ＧａＡｓＰあるいはＡｌＧａＡｓとすることができる。上部肉厚透明層１０２がＡｌＧａＡｓである場合、薄い層１０２’の好適な材料はＧａＡｓあるいはＡｌＧａＡｓである。
【００３６】
薄い層１０２’がＧａＡｓあるいはＡｌＧａＡｓで構成される場合、この薄い層１０２’は上部肉厚透明層１０２を成長させる前に除去しなければならない。ＬＰＥで上部肉厚透明層１０２を成長させる場合、薄い層１０２’を融液に浸せきして除去することによって上部肉厚透明層１０２の成長が行われる。この融液の温度はまず薄い層１０２’をこの融液に融解させるために２、３度上げられる。次に上部肉厚透明層１０２を成長させるために融液の温度が下げられる。エピタキシャル層の成長のための保護層の使用と除去の方法が出願番号４６４、２７５号で１９９０年１月１２日に出願された米国特許出願の明細書に開示されている。ＶＰＥ法では、この薄い層１０２’は上部肉厚透明層１０２を成長させる前に気化したエッチャントでエッチングすることができる。図１３Ｄは上部肉厚透明層１０２が成長した後、上部金属接点１０１と下部金属接点１０６が蒸着されることを示している。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明においては、光発生領域の上、下あるいは双方に肉厚透明層を形成したので、ＬＥＤの外部へ出力される光の割合が増加するから、それらを集光することにより明るいＬＥＤ装置が得られるので、実用に供して有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】反射カップ内に置かれた従来技術のＬＥＤを示す図である。
【図２】臨界角θ _ｃ での光の屈折を示す図である。
【図３Ａ】矩形透明層内での光線の全内部反射を示す図である。
【図３Ｂ】矩形透明層内での光線の全内部反射を示す図である。
【図４Ａ】薄い導電性の透明な窓層を有する従来技術によるＬＥＤの電流の通路を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ａの従来技術によるＬＥＤの発生させた光の径路を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ａの従来技術によるＬＥＤの校出光のされた光の強度ＩをＬＥＤの横方向位置に対して表わしたグラフである（パラメータは薄い導電性の透明な窓層の厚さＤ）。
【図５】本発明の第１実施例に基づくＬＥＤの構造を示す断面図である。
【図６Ａ】図５のＬＥＤのθ _ｃ ≦４５°における内部光線を示す図である。
【図６Ｂ】図５のＬＥＤのθ _ｃ ≦４５°における内部光線が基板に吸収されずに側面から放出されることを示す図である。
【図６Ｃ】図５のＬＥＤのθ _ｃ ≦４５°における内部光線の外部への放出を最大にするためのアスペクト比Ｄ／Ａを決定するための制御光線の光路を示す図である。
【図７Ａ】θ _ｃ ＞４５°における図６Ａに対応する図である。
【図７Ｂ】θ _ｃ ＞４５°における図６Ｂに対応する図である。
【図７Ｃ】θ _ｃ ＞４５°における図６Ｃに対応する図である。
【図８】本発明の第２実施例に基づくＬＥＤの構造を示す断面図である。
【図９】図８のＬＥＤの内部光線を説明するための図である。
【図１０】本発明の第２実施例に基づくＬＥＤの変形して得たＬＥＤの構造を示す部分断面図である。
【図１１】本発明の第３実施例に基づくＬＥＤの構造を示す断面図である。
【図１２】図１１のＬＥＤの内部光線を示すための図である。
【図１３Ａ】本発明の第１実施例のＬＥＤの製作工程の第１処理ステップを説明するための図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａの第１処理ステップに引きつづき薄い層１０２’を形成する第２処理ステップを説明するための図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｂの第２処理ステップにつづく上部肉厚透明層を形成する第３処理ステップを説明するための図である。
【図１３Ｄ】図１３Ｃの第３処理ステップにつづく上部金属接点を下部金属接点の蒸着処理を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１，２０１，３０１：上部金属接点
１０２，３０２：上部肉厚透明層
１０３，２０３，２０３’，３０３：光発生領域
２０４，２０４’，３０４：下部肉厚透明層
１０５，２０５，２０５’，３０５：吸光基板
１０６，２０６，３０６，：下部金属接点

Claims (14)

1. 屈折率η₁の媒体内に位置し、横方向の寸法がＡである発光ダイオードであって、
   （イ）吸光基板、
   （ロ）前記吸光基板上に形成された光発生領域、および、
   （ハ）前記光発生領域上に形成され、屈折率がη ₂ で、臨界角θ _C ＝Ｓｉｎ ^-1 （η ₁ ／η ₂ ）が４５°以下で、厚さＤが０．０６Ａより大きく（Ａ×ｔａｎθ_C）／２の４倍より小さい、側面を有する上部肉厚透明層を備え、
   前記上部肉厚透明層が前記側面より発せられる光の量を増大させ、前記吸光基板によって吸収される光の量を減少させることにより前記発光ダイオードの光出力効率を高めるように前記Ｄ及びＡの寸法を設定したことを特徴とする発光ダイオード。
2. 前記厚さＤが実質的に（Ａ×ｔａｎθ_C）／２であることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
3. 屈折率η ₁ の媒体内に位置し、横方向の寸法がＡである発光ダイオードであって、
   （イ）吸光基板、
   （ロ）前記吸光基板上に形成された光発生領域、および、
   （ハ）前記光発生領域上に形成され、屈折率がη ₂ で、臨界角θ _C ＝Ｓｉｎ ^-1 （η ₁ ／η ₂ ）が４５°以上で、厚さＤが０．０６Ａより大きくＡ×（ｔａｎ（９０°−θ _C ））／２の４倍より小さい、側面を有する上部肉厚透明層を備え、
   前記上部肉厚透明層が前記側面より発せられる光の量を増大させ、前記吸光基板によって吸収される光の量を減少させることにより前記発光ダイオードの光出力効率を高めるように前記Ｄ及びＡの寸法を設定したことを特徴とする発光ダイオード。
4. 前記厚さＤがＡ×（ｔａｎ（９０°−θ_C））／２であることを特徴とする請求項３記載の発光ダイオード。
5. 屈折率η₁の媒体内に位置し、
   （イ）吸光基板、
   （ロ）前記吸光基板上に形成された下部肉厚透明層、および
   （ハ）前記下部肉厚透明層上に形成された下部閉じ込め層、および、該下部閉じ込め層上に形成された活性領域を含む光発生領域、
   を備え、
   前記発光ダイオードの横方向の寸法がＡで、前記下部肉厚透明層の屈折率がη ₂ で、臨界角θ _C ＝Ｓｉｎ ^-1 （η ₁ ／η ₂ ）であって、前記下部肉厚透明層の厚さＤが前記光発生領域より厚くＡ×ｔａｎθ _C の４倍より小さいことを特徴とする発光ダイオード。
6. 前記下部肉厚透明層の厚さＤが実質的にＡ×ｔａｎθ_Cに等しいことを特徴とする請求項５記載の発光ダイオード。
7. 前記下部肉厚透明層がＧａＰ，ＧａＡｓＰ及びＡｌＧａＡｓを含む群から選択されることを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオード。
8. 前記吸光基板と前記光発生領域の間に下部肉厚透明層を有する請求項１及び３のいずれかに記載の発光ダイオード。
9. 前記下部肉厚透明層の屈折率がη₂で、臨界角θ_C＝Ｓｉｎ^-1（η₁／η₂）により、前記下部肉厚透明層の厚さＤ_Bが実質的にＡ×ｔａｎθ_Cの４倍より薄いことを特徴とする請求項８記載の発光ダイオード。
10. 前記下部肉厚透明層の厚さＤ_Bが実質的にＡ×ｔａｎθ_Cに等しいことを特徴とする請求項９記載の発光ダイオード。
11. 前記上部肉厚透明層がＧａＰ，ＧａＡｓＰ及びＡｌＧａＡｓを含む群から選択されることを特徴とする請求項２、請求項４及び請求項１０のいずれかに記載の発光ダイオード。
12. 前記光発生領域が第１の処理方法により形成され、前記上部肉厚透明層が前記第１の処理とは異なる第２の処理方法により形成されることを特徴とする請求項１及び３のいずれか記載の発光ダイオード。
13. 前記光発生領域が第１の処理方法により形成され、前記下部肉厚透明層が前記第１の処理とは異なる第２の処理方法により形成されることを特徴とする請求項５記載の発光ダイオード。
14. 前記光発生領域が第１の処理方法により形成され、前記上部肉厚透明層が前記第１の処理とは異なる第２の処理方法により形成され、前記下部肉厚透明層が前記第１の処理とは異なる第２の処理方法より形成されることを特徴とする請求項８記載の発光ダイオード。

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