JP7284043B2 - semiconductor light emitting device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体発光素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device.

近年、指向性を高めた発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)が提供されている(特許文献1参照。)。 In recent years, a light emitting diode (LED) with improved directivity has been provided (see Patent Document 1).

特許文献1には、第1導電型の障壁層、発光層となる活性層、及び第2導電型の障壁層を少なくとも備え、光取出し側の表面に一つの平坦面と少なくとも二つの傾斜面によって構成されるリッジ構造を備える発光ダイオードが開示されている。当該発光ダイオードにおいては、リッジ構造の上部平坦面の幅が2λ(λ:発光波長)以下であり、活性層がリッジ構造の上部平坦面の幅より狭いストライプ状に形成され、活性層が結晶成長用の基板の面内方向(結晶成長方向に垂直)においてリッジ構造の上部平坦面に対応する場所に配置されている。また、この発光ダイオードの全体的な外形形状は、略直方体状となっている。 In Patent Document 1, at least a barrier layer of a first conductivity type, an active layer serving as a light-emitting layer, and a barrier layer of a second conductivity type are provided, and the surface on the light extraction side has one flat surface and at least two inclined surfaces. A light emitting diode with a structured ridge structure is disclosed. In the light-emitting diode, the width of the upper flat surface of the ridge structure is 2λ (λ: emission wavelength) or less, the active layer is formed in a striped shape narrower than the width of the upper flat surface of the ridge structure, and the active layer is crystal-grown. It is arranged at a location corresponding to the upper flat surface of the ridge structure in the in-plane direction (perpendicular to the crystal growth direction) of the substrate for the substrate. Moreover, the overall external shape of this light-emitting diode is a substantially rectangular parallelepiped.

特許第6041265号公報Japanese Patent No. 6041265

ところで、紫外線を発光する発光ダイオードは、結晶成長用の基板と反対側の位置にp型のコンタクト層としてp型不純物が添加されたGaNからなるpGaN層を含んでいる。このpGaN層は、紫外線を吸収する性質を有している。そのため、紫外線を発光する発光ダイオードは、結晶成長用の基板を光出射面とし、基板側から光を取り出せるようフリップチップ方式で実装される。 By the way, a light-emitting diode that emits ultraviolet rays includes a pGaN layer made of GaN doped with p-type impurities as a p-type contact layer on the opposite side of the substrate for crystal growth. This pGaN layer has the property of absorbing ultraviolet rays. Therefore, a light-emitting diode that emits ultraviolet rays is mounted by a flip-chip method so that a substrate for crystal growth is used as a light-emitting surface and light can be extracted from the substrate side.

しかしながら、特許文献1に記載された従来の発光ダイオードは、略直方体状の形状を有しているため、基板側から取り出すことができる光が、出射面となる基材の上面を通過できる光に制限されるため、放射束量が低下する虞がある。 However, since the conventional light-emitting diode described in Patent Document 1 has a substantially rectangular parallelepiped shape, the light that can be extracted from the substrate side is the light that can pass through the upper surface of the base material, which is the emission surface. Since it is restricted, there is a possibility that the amount of radiant flux may decrease.

また、フリップチップ方式によって発光ダイオードを実装しても、基板と空気との屈折率差や、基板と発光層との屈折率差によって、これらの界面の近傍での全反射やフレネル反射が生じる。これらの反射によって発生した反射光は、pGaN層に吸収されてしまい、光取出し効率が低下する虞がある。 Even if the light-emitting diode is mounted by the flip-chip method, total reflection and Fresnel reflection occur near the interface due to the difference in refractive index between the substrate and air and between the substrate and the light-emitting layer. Reflected light generated by these reflections is absorbed by the pGaN layer, which may reduce the light extraction efficiency.

このような全反射及びフレネル反射に関する問題に対しては、例えば、AR(Anti-Reflection)コート等の反射防止膜や、微小突起構造(すなわち、モスアイ構造)を設け、上述した屈折率差を緩和してそれぞれの界面における反射を低減する対策が考えられる。 For such problems related to total reflection and Fresnel reflection, for example, an antireflection film such as an AR (Anti-Reflection) coat, or a microprojection structure (that is, a moth-eye structure) is provided to alleviate the above-mentioned difference in refractive index. Therefore, it is possible to take measures to reduce the reflection at each interface.

しかしながら、ARコートやモスアイによる方法は、一方向に進行する光に対する進行方向の最適化には適しているが、フリップチップ方式で実装された発光ダイオード内に存在する光のように、発光層から発光された光と反射光とが混在する基板内のランダムな光に対する進行方向の最適化には適さない場合があり、光取出し効率の低下を十分に抑制することができない。 However, although the AR coating and moth-eye methods are suitable for optimizing the direction of travel for light traveling in one direction, the light from the light-emitting layer, such as the light present in a flip-chip mounted light-emitting diode, may It may not be suitable for optimizing the traveling direction of random light in the substrate where emitted light and reflected light coexist, and the decrease in light extraction efficiency cannot be sufficiently suppressed.

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、光取出し効率を向上させることができる半導体発光素子を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device capable of improving light extraction efficiency.

本発明は、上記課題を解決することを目的として、紫外光に対して透光性を備え、サファイア(Al )により形成された透明基板と、前記透明基板上において、nクラッド層、発光層、及びpクラッド層が順次積層された構造を備える半導体層と、を備え、前記透明基板は、前記半導体層側に位置する底面と該底面と接続する側面とを有し、前記側面は、前記底面と接続する位置において前記側面と接する面と、前記底面とのなす角の外角が鋭角になるように傾斜しており、前記透明基板は、円錐台形状を呈している、半導体発光素子を提供する。
また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、紫外光に対して透光性を備え、窒化アルミニウム(AlN)により形成された透明基板と、前記透明基板上において、nクラッド層、発光層、及びpクラッド層が順次積層された構造を備える半導体層と、を備え、前記透明基板は、前記半導体層側に位置する底面と該底面と接続する側面とを有し、前記側面は、前記底面と接続する位置において前記側面と接する面と、前記底面とのなす角の外角が鋭角になるように傾斜しており、前記透明基板は、円錐台形状を呈している、半導体発光素子を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides a transparent substrate that transmits ultraviolet light and is formed of sapphire (Al 2 O 3 ), an n-cladding layer on the transparent substrate, a semiconductor layer having a structure in which a light-emitting layer and a p-cladding layer are sequentially stacked; the transparent substrate has a bottom surface located on the semiconductor layer side and a side surface connected to the bottom surface; a semiconductor light-emitting device, wherein an outer angle formed by a surface in contact with the side surface at a position connected to the bottom surface and the bottom surface is an acute angle, and the transparent substrate has a truncated cone shape; I will provide a.
Further, for the purpose of solving the above problems, the present invention provides a transparent substrate that is transparent to ultraviolet light and is formed of aluminum nitride (AlN), an n-cladding layer on the transparent substrate, a semiconductor layer having a structure in which a light-emitting layer and a p-cladding layer are sequentially stacked; the transparent substrate has a bottom surface located on the semiconductor layer side and a side surface connected to the bottom surface; a semiconductor light-emitting device, wherein an outer angle formed by a surface in contact with the side surface at a position connected to the bottom surface and the bottom surface is an acute angle, and the transparent substrate has a truncated cone shape; I will provide a.

本発明によれば、光取出し効率を向上することができる半導体発光素子を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor light-emitting device which can improve light extraction efficiency can be provided.

本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子の構成の一例を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing an example of a configuration of a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the invention; FIG. 図1に示す半導体発光素子のシミュレーションモデルの一例を示す模式図であり、(a)は、側面図であり、(b)は、底面図であり、(c)は、俯瞰図である。1. It is a schematic diagram which shows an example of the simulation model of the semiconductor light-emitting device shown in FIG. 1, (a) is a side view, (b) is a bottom view, (c) is a bird's-eye view. 半導体発光素子から発光した光の受光範囲の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the light-receiving range of the light emitted from the semiconductor light-emitting device. 放射束のシミュレーションの結果の一例を示すグラフ図である。FIG. 10 is a graph showing an example of a result of radiant flux simulation; 放射束のシミュレーションの結果の一例を示すグラフ図である。FIG. 10 is a graph showing an example of a result of radiant flux simulation; 放射束のシミュレーションの結果の一例を示すグラフ図である。FIG. 10 is a graph showing an example of a result of radiant flux simulation; 放射束のシミュレーションの結果の一例を示すグラフ図である。FIG. 10 is a graph showing an example of a result of radiant flux simulation; 本発明の一変形例に係る半導体発光素子のシミュレーションモデルの一例を示す模式図であり、(a)は、側面図であり、(b)は、底面図であり、(c)は、俯瞰図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of a simulation model of a semiconductor light emitting device according to a modified example of the present invention, where (a) is a side view, (b) is a bottom view, and (c) is a bird's-eye view. is. ダイシングの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of dicing. 本発明の一変形例に係る半導体発光素子のシミュレーションモデルの一例を示す模式図であり、(a)は、側面図であり、(b)は、底面図であり、(c)は、俯瞰図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of a simulation model of a semiconductor light emitting device according to a modified example of the present invention, where (a) is a side view, (b) is a bottom view, and (c) is a bird's-eye view. is. 本発明の一変形例に係る半導体発光素子の構成の一例を模式的に示す正面図である。FIG. 10 is a front view schematically showing an example of the configuration of a semiconductor light emitting device according to one modification of the present invention;

[実施の形態]
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。
[Embodiment]
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the embodiments described below are shown as preferred specific examples for carrying out the present invention, and there are portions that specifically illustrate various technically preferable matters, but the present invention The technical scope of the invention is not limited to this specific embodiment.

[第1の実施の形態]
〔半導体発光素子の構成〕
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光素子の構成の一例を示す模式図である。本実施の形態では、半導体発光素子2として、紫外領域の波長の光(例えば、中心波長が300nm以下の深紫外光)を発光する発光ダイオードを例に挙げて説明する。なお、半導体発光素子2は、発光ダイオードに限られず、例えば、レーザダイオード(Laser Diode:LD)でもよい。
[First embodiment]
[Structure of Semiconductor Light Emitting Device]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the invention. In this embodiment, as the semiconductor light emitting element 2, a light emitting diode that emits light with a wavelength in the ultraviolet region (for example, deep ultraviolet light with a center wavelength of 300 nm or less) will be described as an example. In addition, the semiconductor light emitting element 2 is not limited to a light emitting diode, and may be a laser diode (LD), for example.

半導体発光素子2は、透明基板21、AlNからなるバッファ層22、n型AlGaNからなるnクラッド層23、AlGaNを含む発光層24、p型AlGaNからなるpクラッド層25、及びp型GaNからなるコンタクト層26を順次形成して構成されている。nクラッド層23、発光層24、pクラッド層25及びコンタクト層26は、半導体層である。 The semiconductor light emitting device 2 comprises a transparent substrate 21, a buffer layer 22 made of AlN, an n-cladding layer 23 made of n-type AlGaN, a light-emitting layer 24 made of AlGaN, a p-cladding layer 25 made of p-type AlGaN, and p-type GaN. The contact layer 26 is formed sequentially. The n-cladding layer 23, the light emitting layer 24, the p-cladding layer 25 and the contact layer 26 are semiconductor layers.

また、半導体発光素子2は、コンタクト層26上に形成されたアノード側電極部(p電極)27と、nクラッド層23上に形成されたカソード側電極部(n電極)28と、を有している。透明基板21は、半導体発光素子2の高さ方向(図1の縦方向をいう。)において、バッファ層22側から外方に向かって拡径する外周を有する円錐台形の形状を有している。 The semiconductor light-emitting device 2 also has an anode-side electrode portion (p-electrode) 27 formed on the contact layer 26 and a cathode-side electrode portion (n-electrode) 28 formed on the n-cladding layer 23 . ing. The transparent substrate 21 has a truncated cone shape with an outer periphery that expands outward from the buffer layer 22 side in the height direction of the semiconductor light emitting device 2 (vertical direction in FIG. 1). .

半導体発光素子2は、パッケージ(不図示)に形成されたパッケージ電極(不図示)上に、アノード側電極部27及びカソード側電極部28側がパッケージ電極側を向くように、透明基板21を上向きにして実装されている(すなわち、フリップチップ実装)。かかる構成では、発光層24で発光した紫外光は、透明基板21を通って半導体発光素子2の外方へと導かれる。そのため、透明基板21としては、発光した紫外光の透過率がなるべく高いものを用いることが望ましい。本実施の形態では、半導体発光素子2は、透明基板21として、サファイアガラス(Al)により形成されたサファイア基板を用いてもよい。 The semiconductor light emitting device 2 is placed on a package electrode (not shown) formed in a package (not shown) with the transparent substrate 21 facing upward so that the anode side electrode portion 27 and cathode side electrode portion 28 sides face the package electrode side. (i.e. flip-chip mounting). In such a configuration, the ultraviolet light emitted by the light emitting layer 24 is guided outside the semiconductor light emitting element 2 through the transparent substrate 21 . Therefore, as the transparent substrate 21, it is desirable to use a substrate having a transmittance as high as possible for emitted ultraviolet light. In the present embodiment, the semiconductor light emitting device 2 may use a sapphire substrate made of sapphire glass (Al 2 O 3 ) as the transparent substrate 21 .

〔シミュレーションモデル〕
図2は、半導体発光素子2のシミュレーションモデルの一例を示す模式図であり、(a)は、側面図であり、(b)は、底面図であり、(c)は、俯瞰図である。図3は、半導体発光素子2から発光した光の受光範囲の一例を示す図である。このシミュレーションでは、図2に示す半導体発光素子2から出射した光が放射状に広がって空気中を伝搬したときに、略半球状の形状を有する受光範囲3で受光する放射束を見積る数値計算を実行する。
[Simulation model]
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a simulation model of the semiconductor light emitting device 2, where (a) is a side view, (b) is a bottom view, and (c) is a bird's-eye view. FIG. 3 is a diagram showing an example of a light receiving range of light emitted from the semiconductor light emitting element 2. As shown in FIG. In this simulation, when the light emitted from the semiconductor light emitting device 2 shown in FIG. 2 spreads radially and propagates in the air, a numerical calculation is performed to estimate the radiant flux received by the light receiving area 3 having a substantially hemispherical shape. do.

シミュレーションモデルとして、図1に示す半導体発光素子2のうちの特に透明基板21について詳細な条件を設定した。具体的には、図2に示すように、透明基板21の上面21aを、光を取り出す出射面とする。側面21bは、底面21c側から上面21a側に向かって外側に傾斜しているものとする。つまり、透明基板21は、図2(a)に示す側面視において、底面21c側から上面21a側に向かって、末広がり状に広がる形状を有しているものとする。また、底面21cを発光層24において発光した光が透明基板21に入射する入射面とする。本実施の形態では、側面bは、平面状の形状を有している。 As a simulation model, detailed conditions were set especially for the transparent substrate 21 of the semiconductor light emitting device 2 shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 2, the upper surface 21a of the transparent substrate 21 is used as an emission surface for extracting light. It is assumed that the side surface 21b is inclined outward from the bottom surface 21c toward the top surface 21a. In other words, the transparent substrate 21 has a shape that widens from the bottom surface 21c side toward the top surface 21a side in the side view shown in FIG. 2(a). Further, the bottom surface 21 c is used as an incident surface on which the light emitted from the light emitting layer 24 is incident on the transparent substrate 21 . In this embodiment, the side surface b has a planar shape.

以下、側面21bと底面21cとのなす角の外角(以下、「側面角度」ともいう。)をθ(以下、単位は「deg」とする。)とする。また、底面21cの図2(a)に示す側面視における幅をLとし、上面21aの図2(a)に示す側面視における幅をLとし、透明基板21の高さをhとする。 Hereinafter, the exterior angle (hereinafter also referred to as "side angle") formed by the side surface 21b and the bottom surface 21c is assumed to be θ (hereinafter the unit is "deg"). Further, the width of the bottom surface 21c in side view shown in FIG. 2A is L1 , the width of the top surface 21a in side view shown in FIG. 2A is L2 , and the height of the transparent substrate 21 is h. .

側面角度θは、底面21cの側面視における幅L、上面21aの側面視における幅L、及び透明基板21の高さhを用いて以下の式(1)

Figure 0007284043000001
で与えられる。ここで、底面21cの形状が円形の場合、底面21cの側面視における幅Lは、底面21cの直径に相当し、上面21aの形状が円形の場合、上面21aの側面視における幅Lは、上面21aの直径に相当する。 The side angle θ is expressed by the following equation (1) using the width L 1 of the bottom surface 21c when viewed from the side, the width L 2 of the top surface 21a when viewed from the side, and the height h of the transparent substrate 21.
Figure 0007284043000001
is given by Here, when the shape of the bottom surface 21c is circular, the width L1 of the bottom surface 21c in side view corresponds to the diameter of the bottom surface 21c. , corresponds to the diameter of the upper surface 21a.

なお、側面21bは、必ずしも平面でなくてもよく、湾曲していてもよい。側面21bは、例えば、所定の曲率を有する曲面状の形状を有しているものでもよい。この場合、側面角度θは、底面21aと接続する位置において側面21bに接する平面(仮想面)と、底面21aとのなす角(外角)としてよい。 Note that the side surface 21b may not necessarily be flat and may be curved. The side surface 21b may have, for example, a curved shape with a predetermined curvature. In this case, the side angle θ may be an angle (external angle) formed between a plane (virtual plane) in contact with the side surface 21b at the position where it is connected to the bottom surface 21a and the bottom surface 21a.

〔シミュレーション〕
発明者らは、上述したシミュレーションモデルを用いて、放射束を計算するシミュレーションを実施した。また、光の波長には、260nm、280nm及び300nmの3種類を用いた。
〔simulation〕
The inventors performed a simulation for calculating the radiant flux using the simulation model described above. Also, three wavelengths of light of 260 nm, 280 nm and 300 nm were used.

なお、観測の方位による配光の差異の影響を小さくするために、光源は、円形状の形状を有するものを用いた。また、シミュレーションには、光学設計ソフトウェア(Optic Studio(登録商標))を用いた。このシミュレーションに用いた半導体発光素子2の条件を以下の表1にまとめる。 In addition, in order to reduce the influence of the difference in light distribution due to the direction of observation, a light source having a circular shape was used. Optical design software (Optic Studio (registered trademark)) was used for the simulation. The conditions of the semiconductor light emitting device 2 used in this simulation are summarized in Table 1 below.

Figure 0007284043000002
Figure 0007284043000002

(1)結果1A
図4は、シミュレーションの結果の一例を示すグラフ図である。図4に示すグラフの横軸は、側面角度θ(deg)を示し、縦軸は、放射束比を示す。なお、縦軸の放射束比とは、比較例における放射束に対する比率である。
(1) Result 1A
FIG. 4 is a graph showing an example of simulation results. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 4 indicates the side angle θ (deg), and the vertical axis indicates the radiant flux ratio. Note that the radiant flux ratio on the vertical axis is the ratio to the radiant flux in the comparative example.

ここで、「比較例」には、側面角度θ=90degの構成、すなわち、側面21bと上面21a及び底面21cとがそれぞれ直交する略直方体の形状を有する発光素子を用いた。実線は、260nmの波長を有する紫外線における結果を示し、一点鎖線は、280nmの波長を有する紫外線における結果を示し、二点鎖線は、300nmの波長を有する紫外線における結果を示す。以下、同様の説明は省略する。 Here, in the "comparative example", a light-emitting element having a side surface angle θ of 90 degrees, that is, a substantially rectangular parallelepiped shape in which the side surface 21b and the top surface 21a and the bottom surface 21c are orthogonal to each other was used. The solid line shows the results for UV light with a wavelength of 260 nm, the dashed-dotted line shows the results for UV light with a wavelength of 280 nm, and the double-dotted line shows the results for UV light with a wavelength of 300 nm. Similar descriptions are omitted below.

図4のグラフに示されているように、3つのいずれの波長においても、放射束比は、側面角度θ=48~81degの範囲で1.10以上となり、側面角度θ=60~70degの範囲で1.40以上となり、側面角度θ=63~65degの範囲で1.45以上となっている。 As shown in the graph of FIG. 4, at any of the three wavelengths, the radiant flux ratio is 1.10 or more in the range of the side angle θ = 48 to 81 deg, and in the range of the side angle θ = 60 to 70 deg. is 1.40 or more, and is 1.45 or more in the range of the side angle θ=63 to 65 degrees.

換言すれば、比較例の構成(すなわち、側面角度θ=90deg)と比較して1.10倍以上の光取出し効率を得るために、側面角度θを48deg≦θ≦81degの範囲にすることが好ましく、1.40倍以上の光取出し効率を得るために、側面角度θを60deg≦θ≦70degの範囲にすることがより好ましく、最も放射束が大きく効率よく出射させるために、側面角度63deg≦θ≦65degの範囲にすることが最適である。 In other words, in order to obtain a light extraction efficiency 1.10 times or more as compared with the configuration of the comparative example (that is, the side angle θ=90 deg), the side angle θ should be in the range of 48 deg≦θ≦81 deg. Preferably, in order to obtain a light extraction efficiency of 1.40 times or more, the side angle θ is more preferably in the range of 60deg≦θ≦70deg. A range of θ≦65 deg is optimal.

なお、図示はしないが、発明者らは、光源の形状を正方形とした場合でも、上記の結果と同様に、側面角度θ=63~65degの範囲で最も高い光取出し効率が得られることを確認している。したがって、光源の形状は、側面角度θの範囲と比較して、光取出し効率を最適化することに対する依存性が小さいものと考えられる。また、上述の結果に示すように、3つのいずれの波長においても、放射束について略同一のプロファイルが得られていることから、光源の波長は、側面角度θの範囲と比較して、光取出し効率を最適化することに対する依存性が小さいものと考えられる。 Although not shown, the inventors confirmed that even when the shape of the light source is square, the highest light extraction efficiency can be obtained in the range of the side angle θ = 63 to 65 deg, as in the above results. are doing. Therefore, the shape of the light source is believed to be less dependent on optimizing the light extraction efficiency than the range of side angles θ. In addition, as shown in the above results, substantially the same profile of the radiant flux is obtained at any of the three wavelengths. It is believed to be less dependent on optimizing efficiency.

(2)結果1B
図5は、シミュレーションの結果の一例を示すグラフ図である。この結果は、透明基板21の高さhについて最適化することを目的とし、図4に示す結果1Aで最も光取出し効率が高かった条件において、透明基板21の高さhをパラメータとして変化させて実行したシミュレーションの結果である。このシミュレーションは、側面角度θを63.4degに固定して実施した。図5に示すグラフの横軸は、透明基板21の高さh(mm)を示し、縦軸は、放射束比を示している。
(2) Result 1B
FIG. 5 is a graph showing an example of simulation results. The purpose of this result is to optimize the height h of the transparent substrate 21, and the height h of the transparent substrate 21 is changed as a parameter under the condition where the light extraction efficiency is the highest in the result 1A shown in FIG. It is the result of the executed simulation. This simulation was performed with the side angle θ fixed at 63.4 degrees. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 5 indicates the height h (mm) of the transparent substrate 21, and the vertical axis indicates the radiant flux ratio.

図5のグラフに示されているように、3つのいずれの波長においても、0.2mm≦h≦0.6mmの範囲でhとともに放射束比が上昇し、h≧0.5mmの範囲で、放射束比が1.0以上となるとともに、h≧0.6mmの範囲で、放射束比が1.1以上で安定となっている。 As shown in the graph of FIG. 5, at any of the three wavelengths, the radiant flux ratio increases with h in the range of 0.2 mm≦h≦0.6 mm, and in the range of h≧0.5 mm, The radiant flux ratio is 1.0 or more, and in the range of h≧0.6 mm, the radiant flux ratio is stable at 1.1 or more.

以上を換言すれば、放射束比を比較例の構成よりも向上するために、h>0.5×Lとすることが好ましく、放射束比を安定させるために、h>0.6×Lとすることがより好ましい。すなわち、透明基板21の高さhは、底面21cの側面視における幅Lの半分よりも大きいことが好ましい。 In other words, in order to improve the radiant flux ratio compared to the configuration of the comparative example, it is preferable to set h>0.5× L1 , and in order to stabilize the radiant flux ratio, h>0.6× L 1 is more preferable. That is, the height h of the transparent substrate 21 is preferably larger than half the width L1 of the bottom surface 21c in side view.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態では、透明基板21として、サファイア基板に代えてAlN基板を備えている点で第1の実施の形態と相違する。以下、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the invention will be described. The second embodiment differs from the first embodiment in that an AlN substrate is provided as the transparent substrate 21 instead of the sapphire substrate. The following description focuses on points that differ from the first embodiment.

第2の実施の形態に係る半導体発光素子2は、透明基板21として、窒化アルミニウム(AlN)により形成されたAlN基板を備えている。その他の構成については、図2(a)に示す構成と同様であるため詳細な説明は省略する。 A semiconductor light emitting device 2 according to the second embodiment includes an AlN substrate made of aluminum nitride (AlN) as a transparent substrate 21 . Other configurations are the same as the configuration shown in FIG.

次に、上述の第1の実施の形態と同様に、シミュレーションモデルを用いて放射束を見積もるシミュレーションを実施した。なお、光の波長は、260nm及び280nmの2種類とした。このシミュレーションに用いた半導体発光素子2の条件について、第1の実施の形態で実施したシミュレーションの条件と異なるものを以下の表2にまとめる。

Figure 0007284043000003
Next, a simulation for estimating the radiant flux was performed using a simulation model in the same manner as in the first embodiment described above. In addition, the wavelength of light was set to two types, 260 nm and 280 nm. Regarding the conditions of the semiconductor light emitting device 2 used in this simulation, those different from the conditions of the simulation performed in the first embodiment are summarized in Table 2 below.
Figure 0007284043000003

(1)結果2A
図6は、シミュレーションの結果の一例を示すグラフ図である。上述した図4と同様に、縦軸の放射束は、略直方体状の形状を有する比較例の発光素子の構成に相当するθ=90degでの放射束の値を基準値(すなわち、放射束比=1)として示す。図6に示されているように、θ=53~68degの範囲で放射束比が1.7~1.8となっており、AlN基板を備える場合、θ=53~68degの範囲で最も放射束が大きく効率よく出射することがわかる。
(1) Result 2A
FIG. 6 is a graph showing an example of simulation results. As in FIG. 4 described above, the radiant flux on the vertical axis is the reference value (that is, the radiant flux ratio = 1). As shown in FIG. 6, the radiant flux ratio is 1.7 to 1.8 in the range of θ = 53 to 68 deg, and when an AlN substrate is provided, the radiant flux ratio is the highest in the range of θ = 53 to 68 deg. It can be seen that the bundle is large and efficiently emitted.

また、図6に示す結果2Aと上述した図4に示す結果1Aとを比較すると、少なくとも45deg≦θ≦80degの範囲の全体に亘って、結果2Aにおける放射束比が結果1Aにおける放射束比よりも大きくなっている。この比較結果により、透明基板21として、AlNにより形成されたAlN基板を備える構成の方が、Alにより形成されたサファイア基板を備える構成よりも、光取出し効率効果が高いことがわかる。 Further, when comparing the result 2A shown in FIG. 6 with the result 1A shown in FIG. is also getting bigger. From this comparison result, it can be seen that the configuration provided with an AlN substrate made of AlN as the transparent substrate 21 has a higher light extraction efficiency effect than the configuration provided with a sapphire substrate made of Al 2 O 3 .

(2)結果2B
図7は、シミュレーションの結果の一例を示すグラフ図である。このシミュレーションは、図5に示す結果1Bと同様に、透明基板21の高さhを最適化するために、側面角度θを63.4degに固定して実施した数値計算である。図7のグラフに示されているように、0.6mm<h<0.8mmの範囲で、放射束比が1.0よりも大きくなっている。すなわち、透明基板21の高さhが0.6mmよりも大きく0.8mm未満の範囲で放射束の向上が見込めることがわかる。
(2) Result 2B
FIG. 7 is a graph showing an example of simulation results. This simulation, like the result 1B shown in FIG. 5, is a numerical calculation performed with the side angle θ fixed at 63.4 degrees in order to optimize the height h of the transparent substrate 21 . As shown in the graph of FIG. 7, the radiant flux ratio is greater than 1.0 in the range of 0.6 mm<h<0.8 mm. That is, it can be seen that the radiant flux is expected to improve when the height h of the transparent substrate 21 is greater than 0.6 mm and less than 0.8 mm.

<変形例1>
図8は、本発明の一変形例に係る半導体発光素子2のシミュレーションモデルの一例を示す模式図であり、(a)は、側面図であり、(b)は、底面図であり、(c)は、俯瞰図である。図9は、ダイシングイメージを示す図である。図8各図及び図9に示すように、加工性を向上させるため、ダイシング用の形状を残してもよい。
<Modification 1>
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of a simulation model of a semiconductor light emitting device 2 according to a modified example of the present invention, where (a) is a side view, (b) is a bottom view, and (c) is a side view. ) is an overhead view. FIG. 9 is a diagram showing a dicing image. As shown in FIGS. 8 and 9, a shape for dicing may be left in order to improve workability.

図9に示すウエハ4は、透明基板21の一部である。一例として、透明基板21を下降して図9に示されている形状とし、その後に図9に付した切削線40(破線参照)の位置でウエハ4をダイシングすることにより個片化する。発明者らは、斜面である側面21bの表面積が変わらない場合、上述した第1の実施の形態に係る半導体発光素子2と同程度の放射束を向上する効果が得られることを確認した。 The wafer 4 shown in FIG. 9 is part of the transparent substrate 21 . As an example, the transparent substrate 21 is lowered into the shape shown in FIG. 9, and then the wafer 4 is separated by dicing at the positions of cutting lines 40 (see broken lines) shown in FIG. The inventors confirmed that when the surface area of the inclined side surface 21b is unchanged, the same effect of improving the radiant flux as that of the semiconductor light emitting device 2 according to the first embodiment described above can be obtained.

<変形例2>
図10は、本発明の一変形例に係る半導体発光素子2のシミュレーションモデルの一例を示す模式図であり、(a)は、側面図であり、(b)は、底面図であり、(c)は、俯瞰図である。半導体発光素子2の発光面の形状は、必ずしも円形状のものに限定されるものではなく、例えば、図10各図に示すように、四角形状のものであってもよい。
<Modification 2>
10A and 10B are schematic diagrams showing an example of a simulation model of a semiconductor light emitting device 2 according to a modified example of the present invention, where (a) is a side view, (b) is a bottom view, and (c) is a side view. ) is an overhead view. The shape of the light emitting surface of the semiconductor light emitting element 2 is not necessarily limited to a circular shape, and may be, for example, a square shape as shown in FIGS.

四角形は、4つ辺で囲まれる形状であればよく、例えば、正方形、長方形、ひし形、又は台形等でもよい。また、図示はしないが、半導体発光素子2の発光面の形状は、上述した円形や四角形に限定されるものではなく、例えば、三角形や多角形、楕円形、あるいは星形等の特殊な形状でもよい。 A quadrangle may be a shape surrounded by four sides, such as a square, a rectangle, a rhombus, or a trapezoid. Also, although not shown, the shape of the light emitting surface of the semiconductor light emitting element 2 is not limited to the circular or square shape described above, and may be, for example, a special shape such as a triangle, polygon, ellipse, or star shape. good.

<変形例3>
図11は、本発明の一変形例に係る半導体発光素子2の一例を模式的に示す正面図である。例えば、図11に示すように、正面視において、サファイア基板が円形の形状を有し、当該サファイア基板上に形成された半導体層(すなわち、バッファ層22、nクラッド層23、発光層24、pクラッド層25、コンタクト層26)が円形の形状を有していてもよい。
<Modification 3>
FIG. 11 is a front view schematically showing an example of a semiconductor light emitting device 2 according to one modification of the invention. For example, as shown in FIG. 11, the sapphire substrate has a circular shape in front view, and the semiconductor layers (that is, the buffer layer 22, the n-cladding layer 23, the light-emitting layer 24, the p-layer) formed on the sapphire substrate. The cladding layer 25 and contact layer 26) may have a circular shape.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲
に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments described above do not limit the invention according to the scope of claims. Also, it should be noted that not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means for solving the problems of the invention.

(実施形態のまとめ)
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
(Summary of embodiment)
Next, technical ideas understood from the embodiments described above will be described with reference to the reference numerals and the like in the embodiments. However, each reference numeral and the like in the following description do not limit the constituent elements in the claims to the members and the like specifically shown in the embodiment.

[1]紫外光に対して透光性を備える透明基板(21)と、前記透明基板(21)上において、nクラッド層(23)、発光層(24)、及びpクラッド層(25)が順次積層された構造を備える半導体層と、を備え、前記透明基板(21)は、前記半導体層側に位置する底面(21c)と該底面(21c)と接続する側面(21b)とを有し、前記側面(21b)は、前記底面(21c)と接続する位置において前記側面(21b)と接する面と、前記底面(21c)とのなす角の外角が鋭角になるように傾斜している、半導体発光素子(1)。
[2]前記側面は、平面上の形状を有している、請求項1に記載の半導体発光素子。
[3]前記外角の大きさは、48deg以上81deg以内の範囲である、前記[2]に記載の半導体発光素子(1)。
[4]前記半導体発光素子(1)の高さは、前記底面(21c)の側面視における幅の半分よりも大きい、前記[1]乃至[3]のいずれか1つに記載の半導体発光素子(1)。
[5]前記透明基板(21)は、サファイア(Al)により形成されている、前記[1]から[4]のいずれか1つに記載の半導体発光素子(1)。
[6]前記透明基板(21)は、窒化アルミニウム(AlN)により形成されている、前記[1]から[4]のいずれか1つに記載の半導体発光素子(1)。
[1] A transparent substrate (21) transparent to ultraviolet light, and an n-cladding layer (23), a light-emitting layer (24), and a p-cladding layer (25) on the transparent substrate (21) and a semiconductor layer having a sequentially laminated structure, wherein the transparent substrate (21) has a bottom surface (21c) located on the semiconductor layer side and a side surface (21b) connected to the bottom surface (21c). , the side surface (21b) is inclined such that an outer angle formed by a surface in contact with the side surface (21b) at a position connecting to the bottom surface (21c) and the bottom surface (21c) is an acute angle; A semiconductor light emitting device (1).
[2] The semiconductor light emitting device according to [1], wherein the side surface has a planar shape.
[3] The semiconductor light-emitting device (1) according to [2], wherein the exterior angle is in the range of 48 degrees or more and 81 degrees or less.
[4] The semiconductor light emitting device according to any one of [1] to [3], wherein the height of the semiconductor light emitting device (1) is larger than half of the width of the bottom surface (21c) in a side view. (1).
[5] The semiconductor light emitting device (1) according to any one of [1] to [4], wherein the transparent substrate ( 21 ) is made of sapphire ( Al2O3 ).
[6] The semiconductor light emitting device (1) according to any one of [1] to [4], wherein the transparent substrate (21) is made of aluminum nitride (AlN).

2 半導体発光素子(LED)
21a 上面
21b 側面
21c 底面
21 透明基板
22 バッファ層
23 nクラッド層
24 発光層
25 pクラッド層
26 コンタクト層
27 アノード側電極部
28 カソード側電極部
3 受光範囲
4 ウエハ
2 Semiconductor light emitting device (LED)
21a upper surface 21b side surface 21c bottom surface 21 transparent substrate 22 buffer layer 23 n-cladding layer 24 light-emitting layer 25 p-cladding layer 26 contact layer 27 anode electrode portion 28 cathode electrode portion 3 light receiving area 4 wafer

Claims (5)

紫外光に対して透光性を備え、サファイア(Al )により形成された透明基板と、
前記透明基板上において、nクラッド層、発光層、及びpクラッド層が順次積層された構造を備える半導体層と、を備え、
前記透明基板は、前記半導体層側に位置する底面と該底面と接続する側面とを有し、
前記側面は、前記底面と接続する位置において前記側面と接する面と、前記底面とのなす角の外角が鋭角になるように傾斜しており、
前記透明基板は、円錐台形状を呈している、
半導体発光素子。
a transparent substrate having transparency to ultraviolet light and made of sapphire (Al 2 O 3 );
a semiconductor layer having a structure in which an n-cladding layer, a light-emitting layer, and a p-cladding layer are sequentially stacked on the transparent substrate;
The transparent substrate has a bottom surface located on the semiconductor layer side and a side surface connected to the bottom surface,
The side surface is inclined so that an outer angle formed between a surface in contact with the side surface at a position connected to the bottom surface and the bottom surface is an acute angle,
The transparent substrate has a truncated cone shape,
Semiconductor light emitting device.
紫外光に対して透光性を備え、窒化アルミニウム(AlN)により形成された透明基板と、a transparent substrate that is transparent to ultraviolet light and made of aluminum nitride (AlN);
前記透明基板上において、nクラッド層、発光層、及びpクラッド層が順次積層された構造を備える半導体層と、を備え、 a semiconductor layer having a structure in which an n-cladding layer, a light-emitting layer, and a p-cladding layer are sequentially stacked on the transparent substrate;
前記透明基板は、前記半導体層側に位置する底面と該底面と接続する側面とを有し、 The transparent substrate has a bottom surface located on the semiconductor layer side and a side surface connected to the bottom surface,
前記側面は、前記底面と接続する位置において前記側面と接する面と、前記底面とのなす角の外角が鋭角になるように傾斜しており、 The side surface is inclined so that an outer angle formed between a surface in contact with the side surface at a position connected to the bottom surface and the bottom surface is an acute angle,
前記透明基板は、円錐台形状を呈している、 The transparent substrate has a truncated cone shape,
半導体発光素子。 Semiconductor light emitting device.
前記側面は、平面状の形状を有している、
請求項1又は2に記載の半導体発光素子。
The side surface has a planar shape,
3. The semiconductor light emitting device according to claim 1 or 2 .
前記外角の大きさは、48deg以上81deg以内の範囲である、
請求項に記載の半導体発光素子。
The size of the exterior angle is in the range of 48 degrees or more and 81 degrees or less,
4. The semiconductor light emitting device according to claim 3 .
前記透明基板の高さは、前記底面の側面視における幅の半分よりも大きい、
請求項1乃至のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
The height of the transparent substrate is greater than half the width of the bottom surface in a side view,
5. The semiconductor light emitting device according to claim 1.
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