JP4843284B2 - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
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これを、図21に示すと、透過率のグラフは参照符号α0で示され、入射配光分布のグラフは参照符号β0で示され、したがって実際に外部に取出される光の量は、α0,β0の重なった領域であり、図21において梨地で示す参照符号γ0で示される領域となる。
図1は本発明の実施の第1の形態に係る発光ダイオード1の構造を示す断面図であり、図2はその正面図であり、図2において図1の切断面を参照符号I−Iで示す。図1は1チップ分の断面であり、1チップのサイズは、たとえば0.3〜1mm角である。図2は、図1の一部分の正面図を示している。
図16は、本発明の実施の第2の形態に係る発光ダイオード31の構造を示す断面図である。この発光ダイオード31は、前述の発光ダイオード1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この発光ダイオード31では、基板32の表面に形成される凹凸38は、厚み方向の(発光層4に垂直な)断面が三角形であることである。前述の凹凸8を構成する凸部8a,8bは、円柱状または四角柱状であったけれども、この凹凸38を構成する凸部38a,38bは、円錐または角錐のいずれであってもよい。前記凸部38a,38bは、前記凸部8a,8bと同様の周期A,Bおよび高さを有する。凹部38cの周期も凹部8cの周期と同様である。
図17は、本発明の実施の第3の形態に係る発光ダイオード91の構造を示す断面図である。この発光ダイオード91は、前述の発光ダイオード1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。前述の発光ダイオード1,31では、長周期Aの凸部8a,38aおよび短周期Bの凸部8b,38bが、共に基板2,32から立設されているのに対して、注目すべきは、この発光ダイオード91では、基板92上に長周期Aの凸部98aおよびそれに対応した凹部98cが形成され、それらの凸部98a上および凹部98c上に、短周期Bの凸部98bが形成されて凹凸98が形成されることである。前記凸部98a,98bは、前記凸部8a,8bと同様の周期A,Bおよび高さを有する。
図18は、本発明の実施の第4の形態に係る発光ダイオード61の構造を示す断面図である。この発光ダイオード61は、前述の発光ダイオード1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この発光ダイオード61では、凹凸68において、高さおよび周期の異なる凸部68a,68bの誘電率(屈折率)が、基板62側から遊端部側になるにつれて、段階的に低く、好ましくはサファイアの屈折率から、空気の屈折率まで変化していることである。前記凸部68a,68bは、たとえば直径0.5μmの円柱とする。たとえば、長周期Aの凸部68aの高さは1μmとし、ピッチは前述の3μmとする。短周期Bの凸部68bの高さは0.3μmとし、ピッチは前述の1μmとする。
図20は、本発明の実施の第5の形態に係る発光ダイオード71の構造を示す断面図である。この発光ダイオード71は、前述の発光ダイオード1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この発光ダイオード71では、電極6,7まで形成された後に、サファイアの基板72が除去され、前記凹凸8が、n型半導体層73に直接形成されることである。
2,2’,32,62,72,92 基板
3,73 n型半導体層
4 発光層
5 p型半導体層
6 n電極
7 p電極
8,38,68,98 凹凸
8a,8b,38a,38b,68a,68b,98a,98b 凸部
8c,38c,98c 凹部
10,15,16,63,64 型
11,17,19,21,22,23 レジスト
13 チャンバ
65a,65b,65c,66a,66b,66c レジスト
74 レーザ
Claims (9)
- 透光性を有する基板上に、半導体層が積層されて成る半導体発光素子において、
前記基板の発光層が形成される面とは反対側の表面の全面あるいは一部に、前記発光層に垂直な同一断面内で、前記発光層で発生された光の空気中における波長の5倍の周期よりも大きい周期で前記基板から第1の高さに立設される柱状の第1の凸部と、前記5倍以下で、かつ1倍以上の周期で前記基板から前記第1の高さよりも低い第2の高さに立設される柱状の第2の凸部とを含むことを特徴とする半導体発光素子。 - 透光性を有する基板上に、半導体層が積層されて成る半導体発光素子において、
前記基板の発光層が形成される面とは反対側の表面の全面あるいは一部に、前記発光層に垂直な同一断面内で、前記発光層で発生された光の空気中における波長の5倍の周期よりも大きい周期で前記基板から立設される第1の凸部と、前記5倍以下で、かつ1倍以上の周期で前記第1の凸部および凹部上に立設される柱状の第2の凸部とを含むことを特徴とする半導体発光素子。 - 前記第1の凸部および第2の凸部の少なくとも一方で、屈折率が、基板の屈折率から周囲の屈折率に徐々に変化していることを特徴とする請求項1または2記載の半導体発光素子。
- 基板上に、少なくともn型半導体層、発光層、p型半導体層が積層されて成る半導体発光素子において、
前記基板を除去した後のn型半導体層の発光層が形成される面とは反対側の表面の全面あるいは一部に、前記発光層に垂直な同一断面内で、前記発光層で発生された光の空気中における波長の5倍の周期よりも大きい周期で第1の高さに立設される柱状の第1の凸部と、前記5倍以下で、かつ1倍以上の周期で前記第1の高さよりも低い第2の高さに立設される柱状の第2の凸部とを含むことを特徴とする半導体発光素子。 - 基板上に、少なくともn型半導体層、発光層、p型半導体層が積層されて成る半導体発光素子において、
前記基板を除去した後のn型半導体層の発光層が形成される面とは反対側の表面の全面あるいは一部に、前記発光層に垂直な同一断面内で、前記発光層で発生された光の空気中における波長の5倍の周期よりも大きい周期で立設される第1の凸部と、前記5倍以下で、かつ1倍以上の周期で前記第1の凸部および凹部上に立設される柱状の第2の凸部とを含むことを特徴とする半導体発光素子。 - 前記第1の凸部および第2の凸部の平面的な配列周期には、ペンローズのタイリングまたはアルキメデス配列を用いることを特徴とする請求項1または4記載の半導体発光素子。
- 前記請求項1または2記載の半導体発光素子の製造方法において、前記基板上に少なくともn型半導体層、発光層、p型半導体層の各層を積層した後、
基板の表面にレジストを塗布する工程と、
前記レジストに前記第1および第2の凸部に対応した反転形状の型を押付け、形状を転写する工程と、
転写後のレジストをマスクとしてエッチングを行う工程とを含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記請求項3記載の半導体発光素子の製造方法において、前記基板上に少なくともn型半導体層、発光層、p型半導体層の各層を積層した後、
前記第1の凸部に対応した凸部を有する第1の型に、屈折率が順に高くなってゆくように複数のレジストを積層してゆく工程と、
前記第1の型を基板表面に押付け、加熱、冷却することにより、該第1の型の凸部の先端に形成された多層膜を基板に転写して前記第1の凸部とする工程と、
前記第2の凸部に対応した凸部を有する第2の型に、屈折率が順に高くなってゆくように複数のレジストを積層してゆく工程と、
前記第2の型を基板表面に押付け、加熱、冷却することにより、該第2の型の凸部の先端に形成された多層膜を基板に転写して前記第2の凸部とする工程とを含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記請求項5または6記載の半導体発光素子の製造方法において、前記基板上に少なくともn型半導体層、発光層、p型半導体層の各層を積層した後、
基板側からレーザ照射して、該基板をn型半導体層から剥離する工程と、
前記n型半導体層の表面にレジストを塗布する工程と、
前記レジストに前記第1および第2の凸部に対応した反転形状の型を押付け、形状を転写する工程と、
転写後のレジストをマスクとしてエッチングを行う工程とを含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
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