JP4571458B2 - 発光ダイオードチップを備えたチップ型発光素子 - Google Patents
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Description
図5は、従来の側面発光型のチップ型発光素子30の図解的な断面図である。このチップ型発光素子30は、ほぼ直方体の形状を有しており、絶縁性基板21と、この絶縁性基板21の一方表面に配された発光ダイオード(LED)チップ24およびリフレクタケース27とを備えている。絶縁性基板21の他方表面(リフレクタケース27側とは反対側の表面)は、チップ型発光素子30を実装基板に接合するための実装面となっている。
リフレクタケース27は、LEDチップ24の上面(p側電極24pが形成されている面)および側面の1つに対向する方向を覆っている。リフレクタケース27の内表面は、LEDチップ24からの光を反射する反射面をなしている。絶縁性基板21とリフレクタケース27との間の空間を埋めるように、透光性樹脂28が配されている。
半導体基板31は、GaAs化合物半導体からなる。下クラッド層32および上クラッド層34は、Aly1Ga(1-y1)As(たとえば、y1=0.2)の組成を有する化合物半導体からなり、活性層33は、Aly2Gay3In(1-y2-y3)P(たとえば、y2=0.1、y3=0.2)の組成を有する化合物半導体からなる。
下記特許文献1,2には、内部の特定の領域に電流が集中しないようにして、発光領域が広くされたLEDチップが開示されている。
そのため、LEDチップ24の発光量の割に、チップ型発光素子30の光量をさほど増大することができないという問題があった。換言すれば、チップ型発光素子30の光量を増大させるためには、LEDチップ24に大きな電流を流さなければならなかった。
電流遮断層は、たとえば、絶縁性を有した酸化物から構成されるものであってもよい。活性層は、発光ダイオード(LED)チップの側面に至る領域にまで(側面に露出するように)設けられていることが好ましい。
このため、LEDチップの側面のうち、非遮断領域が近接する領域が発光し、活性層に垂直な方向へ放出される光の量が少なくなる。したがって、チップ型発光素子において、絶縁性基板と活性層とがほぼ平行になるようにLEDチップが配されている場合、チップ型発光素子の主たる発光方向は、絶縁性基板に平行な方向、すなわち、素子側方方向となるようにできる。
LEDチップの側面のうち、非遮断領域が近接して配された面が、開放面に対向するようにすると、LEDチップの主たる発光方向とチップ型発光素子の主たる発光方向とが一致するようにできる。この場合、LEDチップから発せられた光の大部分は、リフレクタケースに反射されることなく、直接チップ型発光素子の外部へと取り出される。したがって、このようなチップ型発光素子は、LEDチップから発せられた光を効率的に取り出すことができる。すなわち、LEDチップに与えられる電気エネルギーに対するチップ型発光素子から発せられる光のエネルギーの割合を向上させることができる。
上記電流遮断層は、上記活性層に隣接して積層されていてもよい。
電流遮断層を活性層に隣接して設けることにより、活性層の非遮断領域の位置、すなわち、活性層が発光する領域を正確に定めることができる。
上記下クラッド層、活性層、および上クラッド層は、III族元素としてアルミニウムを含むIII-V族化合物半導体からなっていてもよく、この場合、上記下クラッド層および上クラッド層におけるアルミニウムの混晶比が、上記活性層におけるアルミニウムの混晶比の2倍より大きくされていてもよい。
請求項1記載の発明は、絶縁性基板(1)と、この絶縁性基板の一方表面に形成された内部電極(2A,2B)と、この絶縁性基板の他方表面に形成され、上記内部電極に電気接続された外部電極(3A,3B)と、上記内部電極に電気接続され、上記絶縁性基板と上記活性層とがほぼ平行になるように配された発光ダイオードチップとを備えたチップ型発光素子であって、上記発光ダイオードチップが、半導体基板上に形成された下クラッド層と、この下クラッド層の上に形成された活性層と、この活性層の上に形成された上クラッド層と、上記下クラッド層、活性層、および上クラッド層の積層方向に沿って見下ろす平面視において、上記活性層の周縁部に設定した非遮断領域以外の領域において当該活性層に重なるように設けられ、上記活性層への電流の供給を制限する電流遮断層とを含み、上記発光ダイオードチップは、上記平面視において矩形であり、上記平面視において、上記電流遮断層は、上記発光ダイオードチップの一辺の少なくとも一部に至るように延びており、上記一辺に対向する辺にわたって、当該対向する辺の近傍には、上記電流遮断層および上記非遮断領域のうち、上記非遮断領域のみが存在し、上記発光ダイオードチップからの光を反射する反射面を有するリフレクタケース(7)であって、上記平面視において、当該チップ型発光素子の少なくとも上記一辺に対向する辺の側が開放されて、上記一辺側と、上記一辺に対向する辺の側とで、形状が異なるようにされているリフレクタケースをさらに含むことを特徴とするチップ型発光素子(10)である。
このような構成のチップ型発光素子により、上記LEDチップと同様の効果を奏することができる。
請求項2記載の発明は、上記電流遮断層が、上記活性層に隣接して積層されていることを特徴とする請求項1記載のチップ型発光素子である。
請求項3記載の発明は、上記下クラッド層、活性層、および上クラッド層が、III族元素としてアルミニウムを含むIII-V族化合物半導体からなり、上記下クラッド層および上クラッド層におけるアルミニウムの混晶比が、上記活性層におけるアルミニウムの混晶比の2倍より大きいことを特徴とする請求項1または2記載のチップ型発光素子である。
図1は、本発明の一実施形態に係る側面発光型のチップ型発光素子10の構造を示す図解的な斜視図である。このチップ型発光素子10は、平面視においてほぼ矩形の絶縁性基板1と、この絶縁性基板1の一方表面を覆うように配置されたリフレクタケース7とを備えており、全体が偏平な直方体形状に構成されている。絶縁性基板1のリフレクタケース7側とは反対側の表面は、チップ型発光素子10を実装基板に接合するための実装面となっている。この実装面には、絶縁性基板1の一対の対向する端面付近に一対の外部電極3A,3Bが形成されている。
内部電極2A,2Bと外部電極3A,3Bとは、絶縁性基板1の一対の端面に形成された2分の1スルーホール6A,6Bの内壁面に被着された導体膜を介して、それぞれ電気接続されている。以上のような構成により、外部電極3Aと外部電極3Bとの間に通電することにより、LEDチップ4が発光する。
リフレクタケース7の内表面は、LEDチップ4からの光を反射する反射面をなしている。リフレクタケース7と絶縁性基板1との間の空間を埋めるように、透光性樹脂が配されている(透光性樹脂によるチップ型発光素子10の稜を図1に二点鎖線で示す。)。透光性樹脂は、たとえば、エポキシ樹脂からなる。
LEDチップ4は、半導体基板11の一方表面に下クラッド層(nクラッド層)12、活性層13、電流遮断層15、および上クラッド層(pクラッド層)14が順に積層されてなる。半導体基板11は、絶縁性基板1(図1参照)にほぼ平行に配されている。したがって、活性層13は、絶縁性基板1にほぼ平行に配されている。
半導体基板11は、GaAsからなる。下クラッド層12および上クラッド層14の組成は、Alx1Ga(1-x1)Asであり、Al混晶比x1は、たとえば、0.28程度である。下クラッド層12は、不純物の導入によりn型半導体にされており、上クラッド層14は、不純物の導入によりp型半導体にされている。
電流遮断層15は、絶縁性を有する酸化物からなる。下クラッド層12、活性層13、および上クラッド層14の積層方向に沿って見下ろす平面視において、電流遮断層15は、活性層13の周縁部に設定した非遮断領域16を回避した全て領域において、活性層13と重なるように設けられている。
Al混晶比x1,x2を上記のような値とすることにより、下クラッド層12および上クラッド層14は、バンドギャップエネルギーに関して、ワイドギャップ化される。活性層13のバンドギャップエネルギーは、下クラッド層12および上クラッド層14のバンドギャップエネルギーより小さく、これにより、キャリアは活性層13内に閉じ込められるようになっている。
図3は、LEDチップ4における電流遮断層15の配置を示す図解的な斜視図である。図3では、上クラッド層14およびp側電極4pを取り除いて示している。
電流遮断層15は、LEDチップ4の中央部からリフレクタケース7に対向する側面に至る領域に形成されており、この側面から露出するように設けられている。電流遮断層15は、LEDチップ4の側面のうち、チップ型発光素子10の開放面10A,10B,10C(図3に、開放面10A,10B,10Cが配されている方向を、それぞれ矢印A,B,Cで示す。)に対向する側面の近傍を回避した領域に形成されている。
また、上述のように、活性層13で発生した光は主として活性層13に沿う面内の方向に進むので、光は、チップ型発光素子10の開放面10A,10B,10Cを指向して進む。このため、チップ型発光素子10において、LEDチップ4から発せられた光は、大部分リフレクタケース7で反射されることなく、直接チップ型発光素子10の外部に取り出される。
活性層13におけるAl混晶比x2に対する下クラッド層12および上クラッド層14におけるAl混晶比x1の比は、2.0より大きいと上述のような光を閉じ込める効果を奏することができる。この場合、下クラッド層12および上クラッド層14におけるAl混晶比x1は、0.2より大きく、かつ0.3以下とすることができ、活性層13のAl混晶比x2は、0.1より大きく、かつ0.2以下とすることができる。活性層13におけるAl混晶比x2に対する下クラッド層12および上クラッド層14におけるAl混晶比x1の比は、2.3以上であることが好ましい。
このLEDチップ18は、半導体基板11の上に下クラッド層12、活性層13、電流遮断層17が順に積層されてなる。電流遮断層17の上には、さらに、上クラッド層、ボンディングワイヤを接続するためのp側電極が形成されている(図4では、図示せず)。
この場合でも、LEDチップ18の発光領域は、LEDチップ18の側面近傍に集中しているので、光を効率よく外部に取り出すことができる。
活性層13の組成は、Alx4Ga(1-x4)Asであってもよく、この場合、Al混晶比x4は、たとえば、0.1より大きく、かつ0.3以下とすることができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
2A,2B 内部電極
3A,3B 外部電極
4,18 発光ダイオード(LED)チップ
10 チップ型発光素子
7 リフレクタケース
11 半導体基板
12 下クラッド層
13 活性層
14 上クラッド層
15,17 電流遮断層
16,19 非遮断領域
Claims (3)
- 絶縁性基板と、
この絶縁性基板の一方表面に形成された内部電極と、
この絶縁性基板の他方表面に形成され、上記内部電極に電気接続された外部電極と、
上記内部電極に電気接続され、上記絶縁性基板と上記活性層とがほぼ平行になるように配された発光ダイオードチップとを備えたチップ型発光素子であって、
上記発光ダイオードチップが、
半導体基板上に形成された下クラッド層と、
この下クラッド層の上に形成された活性層と、
この活性層の上に形成された上クラッド層と、
上記下クラッド層、活性層、および上クラッド層の積層方向に沿って見下ろす平面視において、上記活性層の周縁部に設定した非遮断領域以外の領域において当該活性層に重なるように設けられ、上記活性層への電流の供給を制限する電流遮断層とを含み、
上記発光ダイオードチップは、上記平面視において矩形であり、
上記平面視において、上記電流遮断層は、上記発光ダイオードチップの一辺の少なくとも一部に至るように延びており、上記一辺に対向する辺にわたって、当該対向する辺の近傍には、上記電流遮断層および上記非遮断領域のうち、上記非遮断領域のみが存在し、
上記発光ダイオードチップからの光を反射する反射面を有するリフレクタケースであって、上記平面視において、当該チップ型発光素子の少なくとも上記一辺に対向する辺の側が開放されて、上記一辺側と、上記一辺に対向する辺の側とで、形状が異なるようにされているリフレクタケースをさらに含むことを特徴とするチップ型発光素子。 - 上記電流遮断層が、上記活性層に隣接して積層されていることを特徴とする請求項1記載のチップ型発光素子。
- 上記下クラッド層、活性層、および上クラッド層が、III族元素としてアルミニウムを含むIII-V族化合物半導体からなり、
上記下クラッド層および上クラッド層におけるアルミニウムの混晶比が、上記活性層におけるアルミニウムの混晶比の2倍より大きいことを特徴とする請求項1または2記載のチップ型発光素子。
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