JP5087672B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる半導体発光素子の模式断面図である。
半導体発光素子は、パッド電極42、半導体からなる第1の積層体30、発光層40、半導体からなるなる第2の積層体20、および支持体10、を備えている。
電流拡散層32に設けられた凸部32cは、K−K線に沿って突出しており、第1の側面32eと、第2の側面32fと、を有する。凸部32cの底部において、結晶成長面と平行な面に対して、第1の側面32eは角度α、第2の側面32fは角度β、をそれぞれなしている。これら角度αと角度βを、「底角」と定義する。第1の実施形態では、2つの底角α、βのいずれかは、90度以上である。図2に表した具体例では、底角βが90度以上である。このような凸部32cの断面は、傾斜基板を用いて、結晶成長面を傾斜させ、例えばエッチング溶液を適正に選択することにより可能となる。その形成方法については、後に詳細に説明する。
図3(a)〜(d)において、結晶成長面は(−100)面から[011]方向に15度傾斜しいる。すなわち、図3(a)は、図2(a)の方向DCからみた凸部32cの断面であり、図2(b)の模式断面図に対応する。現れた断面は、(011)面となる。また、図3(b)は、光取り出し面の真上から(方向DU)の光取り出し面、図3(c)は正面側斜め40度上方となる方向(DF40)からみた凸部32c、図3(d)は、真横側斜め40度上方となる方向(DS40)からみた凸部32c、である。
図4(a)において、発光層からの放出光g1は、凸部132の第2の側面132bに入射角θi1で入射する。入射角θi1が臨界角θcよりも小さい場合、透過光g1tおよび反射光g1rを生じる。なお、入射角θi1が臨界角θcよりも大きい場合、全反射を生じる。反射光g1rが第1の側面132aに入射し、入射角θi2が臨界角θcよりも小さい場合、透過光g1rtおよび反射光g1rrを生じる。入射角θi2が臨界角θcよりも大きい場合、全反射により放出光をこれ以上取り出すことが困難となる。凸部がない場合の光取り出し効率を100%とすると図4(a)の凸部が設けられた場合の光取り出し効率は130%であった。なお、電流拡散層32の屈折率を3.2、チップ表面を覆う封止層の屈折率を1.4、とすると、臨界角θcは、略26度となる。
半導体発光素子は、パッド電極42、半導体からなる第1の積層体30、発光層40、半導体からなるなる第2の積層体20、および支持体10、を備えている。
電流拡散層32は、第1の面および第2の面を含み第1導電形を有する。第1の面の側には発光層が設けられる。第2の面には、柱部34aと、柱部34aの上に設けられた凸部33aと、柱部34aのまわりに設けられた底部34bと、を有する光取り出し面と、結晶成長面を表面とする平坦面と、が設けられる。凸部33aの底面33bの少なくとも一部は、柱部34aの側壁34cから横方向にはみ出している。図6(a)に示すような凸部33aを有する半導体発光素子の光取り出し効率は140%であった。柱部34aからはみ出した凸部33aの底面33bを含む先端部は、鍵の先端部のようになっており、シリコーン樹脂などからなる封止層と、電流拡散層32と、が互いに噛み合った状態となり、密着強度を高く保つことができる。もし、凸部33aに鍵状の先端部が設けられないと、封止層が電流拡散層から剥離しやすくなり、光の出射方向が変化し光出力を低下させる場合がある。
第3の実施形態では、電流拡散層32は、第1層33、第2層34、第3層35、および第4層36、を有している。第1層33は、Al組成比yが0.3かつ厚さが600nmとする。第2層34は、Al組成比yが0.7かつ厚さが400nmとする。第3層35は、Al組成比yが0.3かつ厚さが500nmとする。また、第4層36は、Al組成比yが0.7とする。ここで、第1層33の厚さは600nm±200nmの範囲、第2層34の厚さは400nm±200nmの範囲、第3層35の厚さは500nm±200nmの範囲であることが望ましい。また、第1層33のAl組成比yは0.3±0.15、第2層34のAl組成比yが0.7±0.15、第3層35のAl組成比yは0.3±0.15であることが好ましい。
図8(a)では、第2層34のAl組成比yは、深さ方向に沿って0.3から0.7へ傾斜している。このため、深くなるほど柱部34aが細くなる。このため、封止層と電流拡散層32との密着性がより高まる。
Claims (8)
- 放出光を放出可能な発光層と、
第1の面と第2の面とを有する第1導電形の電流拡散層であって、前記第1の面の側には前記発光層が配置され、前記第2の面には、凸部を有する光取り出し面と、結晶成長面を表面とする平坦面と、が設けられた電流拡散層と、
前記平坦面に設けられたパッド電極と、
を備え、
前記発光層と前記電流拡散層とは、ともにInx(AlyGa1−y)1−xP(0≦x≦1、0≦y≦1)からなるか、ともにAlxGa1−xAs(0≦x≦1)からなるか、ともに InxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)からなるかのいずれかであり、
前記結晶成長面は、{100}面から10度以上、20度以下の範囲で結晶方位が傾斜し、
前記凸部の一方の底角は、90度以上であり、
前記凸部の他方の底角は、35度以上、45度以下であることを特徴とする半導体発光素子。 - 放出光を放出可能な発光層と、
第1の面と第2の面とを有する第1導電形の電流拡散層であって、前記第1の面の側には前記発光層が配置され、前記第2の面には、凸部を有する光取り出し面と、結晶成長面を表面とする平坦面と、が設けられた電流拡散層と、
前記平坦面に設けられたパッド電極と、
を備え、
前記凸部の一方の底角は90度以上であり、前記凸部の他方の底角は鋭角であることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記凸部の前記他方の底角は、35度以上、45度以下であることを特徴とする請求項2記載の半導体発光素子。
- 放出光を放出可能な発光層と、
第1の面と第2の面とを有する第1導電形の電流拡散層であって、前記第1の面の側には前記発光層が配置され、前記第2の面には、柱部と、前記柱部の上に設けられた凸部と、前記柱部のまわりに設けられた底部と、が設けられた光取り出し面と、結晶成長面を表面とする平坦面と、が形成された電流拡散層と、
前記平坦面に設けられたパッド電極と、
を備え、
前記凸部の底面の少なくとも一部は、前記柱部の側壁からはみ出したことを特徴とする半導体発光素子。 - 前記凸部の一方の底角は、90度以上であることを特徴とする請求項4記載の発光素子。
- 前記結晶成長面は、{100}面から10度以上、20度以下の範囲で結晶方位が傾斜したことを特徴とする請求項2〜5のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記発光層と前記電流拡散層とは、III族元素およびV族元素からなる化合物半導体積層体を構成し、
前記化合物半導体積層体は、Inx(AlyGa1−y)1−xP(0≦x≦1、0≦y≦1)、AlxGa1−xAs(0≦x≦1)、およびInxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)、のいずれかからなることを特徴とする請求項2〜6のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 - 前記結晶成長面は、{100}面から(111)III族面方向、または(111)V族面方向に結晶方位が傾斜したことを特徴とする請求項7記載の半導体発光素子。
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