JP5746302B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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図1(a)は第1の実施形態にかかる半導体発光素子の模式平面図、図1(b)はA−A線に沿った模式断面図、図1(c)は領域ENを拡大した模式断面図、である。
半導体発光素子は、支持基板10と、支持基板10の上に設けられた第1電極20と、第1電極20の上に設けられた第1導電形層37と、第1導電形層37の上に設けられた発光層40と、発光層40の上に設けられた第2導電形層50と、第2導電形層50の上に設けられた第2電極60と、を有する。
実線は屈折率分布、破線はバンドギャップエネルギー(eV)分布、を示す。第2電流拡散層54は、n形In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5P(波長0.6μmで屈折率が約3.2)とする。第2クラッド層52は、n形In0.5Al0.5P(波長0.6μmにおいて屈折率が約3.1)とする。
発光層40からの光は、上方、側方、および下方へ向かって放出される。下方に向かう光のうち、入射角が臨界角より大きい光は屈折率が高い側から低い側に変化する界面で全反射され上方または側方へ向かう。他方、入射角が臨界角よりも小さい光は、光ガイド層28、第1クラッド層29、第1コンタクト層32、透明導電膜26を通り、反射金属層25により上方および側方に向かって反射される。
縦軸は50mAの駆動電流における光束(lm:ルーメン)、横軸は第1コンタクト層の厚さTC(μm)、である。なお、発光素子は、図3に示すInGaAlP系材料からなるものとする。組成傾斜層31の厚さTGは、0.01から0.1μmの範囲とする。また、第2電流拡散層54の厚さは、2.5μmとする。
第2コンタクト層156は、n形GaAsとする。第2電流拡散層154は、n形In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pとする。第2クラッド層152は、n形In0.5Al0.5Pとする。光ガイド層151は、n形InGaAlPとする。第2電流拡散層154と、第2クラッド層152と、光ガイド層151と、のそれぞれの厚さの和は、3.2μmとする。
実線は屈折率分布、破線はバンドギャップエネルギー(eV)分布、を示す。発光層140のバンドギャップエネルギーは、GaPのバンドギャップエネルギーである約2.26eVよりも低い。また、GaPの屈折率は、0.6μmの波長において約3.4である。
界面Sの上方が屈折率がn1、界面Sの下方が屈折率がn2(n1>n2)、であるとする。上方からの入射光Linの入射角ΦがΘcよりも大きいと、界面Sで全反射を生じ反射光Loは下方に出射できない。他方、入射光Linの入射角ΦがΘcよりも小さいと光は界面Sの下方に透過する。すなわち、界面Sと直交する軸に対して臨界角Θcをなす円錐の内部へ入射した光は透過できる。
第1導電形層37は、第1電流拡散層30を有してもよい。例えば、組成傾斜層31と、第1クラッド層29と、の間に、p形In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pなどからなる第1電流拡散層30を設けることができる。この場合、発光層40と反射金属層25との間で光の横方向への広がりを抑制するように、第1電流拡散層30の厚さは第1コンタクト層32の厚さTCよりも小さいことが好ましい。組成傾斜層31の組成は、In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pから、GaPへ近づくように変化させればよい。
第2の実施形態は、窒化物系材料からなる半導体発光素子とする。半導体発光素子は、支持基板10と、支持基板10の上に設けられた第1電極20と、第1電極20の上に設けられた第1導電形層37と、第1導電形層37の上に設けられた発光層94と、発光層40の上に設けられた第2導電形層50と、第2導電形層50の上に設けられた第2電極60と、を有する。
半導体発光素子は、支持基板10と、支持基板10の上に設けられた第1電極と、第1電極の上に設けられた第1導電形層37と、第1導電形層37の上に設けられた発光層40と、発光層40の上に設けられた第2導電形層50と、第2導電形層50の上に設けられた第2電極60と、を有している。第1導電形層37、発光層40、および第2導電形層50は、図9(a)〜(c)に示した第1の実施形態の変形例と同じものとする。なお、第1電極は、支持基板10の側から、第1接合電極22、第2接合電極23、Au膜27、バリア金属層24、反射金属層25、および透明導電膜26、をこの順序に有する。
第1コンタクト層32がGaPからなり、透明導電膜26がITOからなるものとする。GaP(屈折率:約3.4)からITO(屈折率:約1.7)へ入射する場合の臨界角である30度よりも小さい入射角を有する光は、ITOに入射したのち、反射金属層25により反射されたのち拡散する(g1、g2、g3)。発光層40が600nmの波長の光を放出し、凹凸の平均ピッチが700nm、かつ平均深さが20nmである場合、照射された直線光が拡散光に変換される割合は、例えば40%となる。また、変換率は、凹凸の平均深さが大きくなるのに応じて増加する。このため、輝度を高めることができる。
図13(a)のように、GaAsなどからなる結晶成長基板70の上に、第2導電形層50、発光層40、および第1導電形層37がMOCVD法などを用いて形成される。
図14(a)のように、Siなどからなる支持基板10に、AuInなどからなる第1接合金属層22が形成される。支持基板10と、結晶成長基板70の側の積層体と、は、第1接合金属層22と第2接合金属層23とが重ね合わされ、かつ加熱されることによりウェーハ状態で接着される。もし、第2接合金属層23の表面に凹凸26aが引き継がれた凹凸が残っていたとしても、AuInなどの半田材が溶融することにより、第1接合金属層22との密着性を高く保つことができる。
本実施形態にかかる半導体発光素子84の表面のうち、少なくとも第2電極60の非形成領域にはシリコン酸化膜92を設けることができる。実装部材80は、樹脂などの成形体80a、リード端子80b、台座80c、などを有する。半導体発光素子84は、導電性接着剤86などを用いて、台座80cの上に接着されている。
比較のため、図5に示した第1の実施形態(シリコン酸化膜無し)の光束依存性を○印で示す。第1の実施形態の半導体発光素子の表面にシリコン酸化膜92を設けた場合の光束を■印で示す。また、第3の実施形態(シリコン酸化膜有り)の光束は、▲印で表す。
Claims (5)
- 井戸層と障壁層とを有し、InuGavAl1−u−vN(0≦u≦1、0≦v≦1、u+v≦1)からなる発光層と、
反射金属層を有する第1電極と、
前記第1電極の上に設けられ開口部を有する絶縁層と、
前記絶縁層および前記開口部に露出した前記第1電極の上であり前記発光層の下に設けられIII-V族化合物半導体からなる第1導電形層であって、GaNからなる第1コンタクト層と、InuGavAl1−u−vN(0≦u≦1、0≦v≦1、u+v≦1)からなり前記井戸層に近づくに従ってIII族組成比が前記井戸層のIII族組成比に近づく組成傾斜層と、を少なくとも有する第1導電形層と、
前記発光層の上に設けられ、前記発光層の側から、電流拡散層、第2コンタクト層、をこの順序に少なくとも有する第2導電形層と、
前記第2コンタクト層の上に設けられた第2電極と、
を備え、
上方からみて、前記絶縁膜の前記開口部と、前記第2コンタクト層と、重ならず、
前記第1コンタクト層の厚さは、前記電流拡散層の厚さよりも小さく、かつ0.02μm以上、1μm以下であり、
前記組成傾斜層の厚さは、0.01μm以上、0.1μm以下であることを特徴とする半導体発光素子。 - 井戸層と障壁層とを有し、InuGavAl1−u−vN(0≦u≦1、0≦v≦1、u+v≦1)からなる発光層と、
反射金属層を有する第1電極と、
前記第1電極の上に設けられ開口部を有する絶縁層と、
前記絶縁層および前記開口部に露出した前記第1電極の上であり前記発光層の下に設けられIII-V族化合物半導体からなる第1導電形層であって、GaNからなる第1コンタクト層と、InuGavAl1−u−vN(0≦u≦1、0≦v≦1、u+v≦1)からなり前記第1コンタクト層に近づくに従ってIII族組成比が前記第1コンタクト層のIII族組成比に近づく組成傾斜層と、を少なくとも有する第1導電形層と、
前記発光層の上に設けられ、前記発光層の側から、電流拡散層、第2コンタクト層、をこの順序に少なくとも有する第2導電形層と、
前記第2コンタクト層の上に設けられた第2電極と、
を備え、
上方からみて、前記絶縁膜の前記開口部と、前記第2コンタクト層と、重ならず、
前記第1コンタクト層の厚さは、前記電流拡散層の厚さよりも小さく、かつ0.02μm以上、1μm以下であり、
前記組成傾斜層の厚さは、0.01μm以上、0.1μm以下であることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記組成傾斜層のバンドギャップは、前記井戸層のバンドギャップおよび前記第1コンタクト層のバンドギャップよりも大きい請求項1または2に記載の半導体発光素子。
- 前記組成傾斜層は、前記発光層に隣接して設けられた請求項1または3に記載の半導体発光素子。
- 前記組成傾斜層は、前記第1コンタクト層に隣接して設けられた請求項2または3に記載の半導体発光素子。
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