JPH06350141A

JPH06350141A - 発光装置

Info

Publication number: JPH06350141A
Application number: JP16511793A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Suzuki; 龍也鈴木
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1993-06-10
Filing date: 1993-06-10
Publication date: 1994-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】発光放射角を狭くしてほぼ完全な平行光を得
る。【構成】発光素子１１は、下部クラッド層１２、活性
層１３、上部クラッド層１４が積層され、下部クラッド
層１２側から上部クラッド層１４まで達する深さの分離
エッチング溝１５が円状に形成されている。また、発光
素子１１の下面は、周辺部分に絶縁膜１６が設けられ、
中心円形部分にｎ型電極１７が設けられて円形発光部１
８を形成している。そして、上部クラッド層１４の側面
には、遮光膜２０が設けられ、発光素子１１の上面に
は、中心部分を除いてｐ型電極１９が設けられている。
このような構造の発光素子１１は、側面から出力される
光が遮蔽され、ある一点を中心とした半球状の分布を有
する光が上面から出力される。したがって、反射型発光
装置の反射鏡の焦点位置にこの発光素子１１の発光出力
分布の中心が来るように設置すれば、平行出力光を得る
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光放射角を狭くし
て、平行光またはそれに近い光を出力する発光ダイオー
ド装置等の発光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種リモコン装置や空間伝送
を行う光通信システム等の光源として使用される発光装
置は、特定の受光装置に確実に光信号を伝送するため
に、高出力で平行な光を発光することが望ましい。そし
て、このような発光出力の得られる発光装置として、発
光素子から出力される光をモールド内で反射させて、発
光放射角を狭めた構造の発光装置があった。この様な従
来の発光ダイオード装置の構造を図７に示す。同図に示
す発光ダイオード装置６ａは、発光素子（発光ダイオー
ドチップ）１がリード部（アノード）２に直接マウント
されると共にボンディングワイヤ４を介してリード部
（カソード）５にボンディングされており、これらアセ
ンブリがエポキシ樹脂（熱硬化性樹脂）３によって図の
ようにモールドされている。そして、リード部２の発光
素子１がマウントされる部分を椀状反射面２ａにして、
側面方向に出力される光を上方に反射させて、光放射角
を狭めるようにしている。

【０００３】ところが、このような構造の発光ダイオー
ド装置６ａから出力される光は、発光素子１と椀状反射
面２ａの両方を発光点とした発光出力となるので、その
発光強度分布７は、投射平面において中央をピーク値と
して周囲に行くほど減衰するような分布として得ること
ができなかった。この結果、受光装置で受光した際にそ
の受光強度を利用して光の中心に合わせるように制御す
ることができないという問題点があった。そこで、本出
願人が先に出願した、特願平３−２７８３１０号「発光
装置及びその製造方法」その他の出願により公開した、
発光素子の発光面に対向する側に放物面の反射鏡を設
け、この反射鏡にて反射させた光を発光素子の発光面と
反対側から取り出すようにした発光装置を用いるように
した。

【０００４】この発光装置と同じ原理を利用した発光装
置の例を図８に示す。同図に示す発光はダイオード装置
６ｂは、発光素子１がリード部２に直接マウントされる
と共にボンディングワイヤ４を介してリード部５にボン
ディングされており、これらアセンブリが凹面の反射鏡
８ａの形成された支持体８に、発光素子１の発光面が反
射鏡８ａと対向するように取り付けられ、その間をエポ
キシ樹脂３によって図のようにモールドされると共に、
ダイオード装置６ｂの発光出力面が透明ガラス９によっ
て封止されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この図８に
示した発光ダイオード装置６ｂは、発光出力面から平行
光を出力するためには、反射鏡８ａの焦点位置に光源を
置く必要があるが、発光素子１は、発光面全体から発光
されるため、反射鏡８ａの大きさに対して、発光素子１
の大きさを点光源と見なすことができず、発光放射角を
狭くして完全な平行光とすることはできなかった。そこ
で、本発明は、一点を中心として半球状の発光強度分布
を有して発光出力する発光素子を反射型発光装置に使用
して、ほぼ完全な平行光を得るようにすることを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段として、少なくとも１個の発光素子とこの発光素
子に電力を供給するリード部と前記発光素子の発光面に
対向する側に高反射率材料からなる反射鏡とが透明材料
でモールドされ、前記発光素子の発光面と反対側の前記
透明材料表面から光が出力される発光装置であって、前
記発光素子を電流狭窄してそのほぼ中央部分に円形の発
光部分を形成したことを特徴とする発光装置、または、
少なくとも１個の発光素子とこの発光素子に電力を供給
するリード部と前記発光素子の発光面に対向する側に高
反射率材料からなる反射鏡とが透明材料でモールドさ
れ、前記発光素子の発光面と反対側の前記透明材料表面
から光が出力される発光装置であって、前記発光素子の
前記発光面と反対側に電流狭窄するためのエッチング溝
によってそのほぼ中央部分に円形の発光部分が形成され
ると共に、このエッチング溝によって前記発光素子の側
面に向かって発光される光を遮光するようにしたしたこ
とを特徴とする発光装置、もしくは、少なくとも１個の
発光素子とこの発光素子に電力を供給するリード部と前
記発光素子の発光面に対向する側に高反射率材料からな
る反射鏡とが透明材料でモールドされ、前記発光素子の
発光面と反対側の前記透明材料表面から光が出力される
発光装置であって、前記発光素子の少なくとも上部クラ
ッド層の側面を遮光膜で覆ったことを特徴とする発光装
置を提供しようとするものである。

【０００７】

【実施例】図１は、本発明の発光装置に使用される発光
素子の一実施例を示す図であり、同図（Ａ）はその斜視
図、同図（Ｂ）は断面図、同図（Ｃ）は下面図である。
同図に示す発光素子（発光ダイオードチップ）１１は、
ｎ型Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ下部クラッド層１２、ｐ型Ａ
ｌ_0.03Ｇａ_0.97Ａｓ活性層１３、ｐ型Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3
Ａｓ上部クラッド層１４が積層されたダブルへテロ型の
発光ダイオード素子１１であり、下部クラッド層１２
は、発光面側となる上部クラッド層１４よりもかなり薄
い層として形成されている。

【０００８】そして、下部クラッド層１２側から上部ク
ラッド層１４まで達する深さに半円形にエッチングされ
た分離エッチング溝１５が円状に形成されて、発光素子
１１のほぼ中心部分を電気的に円形形状に分離してい
る。さらに、発光素子１１の下面は、分離エッチング溝
１５によって分離された円形中心部分周辺まで、ＳｉＯ
₂等の絶縁膜１６が設けられると共に円形中心部分には
ＡｕＧｅＮｉ等のｎ型電極１７が設けられ、円形発光部
１８を形成している（図２参照）。そして、上部クラッ
ド層１４の側面には、遮光膜２０が設けられている（図
３参照）。また、発光素子１１の上面には、光の出力窓
となる中心部分を除いてその周囲部分にＡｕＢｅ等のｐ
型電極１９が設けられている。

【０００９】このような構造の発光素子１１は、側面か
らの出力される光が遮蔽され、上面からの発光のみとな
る。このとき、上面の出力窓は円形発光部１８に比べて
大きいので、円形発光部１８から出力されるほぼ円形の
出力光が妨げられることなく発光される。そして、この
ときの発光出力は、図４に示すように、発光素子１１の
屈折率の関係上、発光素子１１内のある一点を中心とし
た半球状の分布となる。したがって、この分布の中心を
点光源と見なすことができるので、発光素子１１の発光
面に対向する側に放物面の反射鏡８ａを設けた反射型の
発光装置１０において、この発光素子１１の発光出力分
布の中心を反射鏡８ａの焦点位置に来るように設置すれ
ば、平行光が得られることになる。

【００１０】この反射型の発光装置の例を図６に示して
説明する。同図に示す発光ダイオード装置（発光装置）
１０は、発光素子（発光ダイオードチップ）１１がリー
ド部（アノード）２に直接マウントされると共にボンデ
ィングワイヤ４を介してリード部（カソード）５にボン
ディングされている。また、発光素子１１の発光面に対
向する側には高反射率を有する金属材料からなる反射鏡
８ａが設けられており、これらアセンブリがエポキシ樹
脂（熱硬化性透明樹脂）３によって図のようにモールド
されている。そして、発光素子１１から出力され、反射
鏡８ａによって反射されて平行にされた反射光は、図中
上方となる発光出力面から平行光として外部へ出力され
る。このとき、反射鏡８ａは回転放物面鏡であり、発光
素子１１は、その発光出力分布の中心がこの回転放物面
鏡である反射鏡８ａの焦点位置に来るように配置されて
いる。

【００１１】この反射型発光装置１０において、回転放
物面鏡である反射鏡８ａの焦点から外れた位置にある発
光点は、集光が不十分となり、発光放射角を広げる原因
となる。そして、図４からも判るように上面から発光さ
れる光は、一点（焦点）から発光される発光出力となる
ので、上面以外、即ち、側面から出力される光が発光放
射角を広げる原因となる。そこで、側面から出力される
発光出力を小さく押さえれば発光放射角を狭くすること
ができ、そして、このとき、側面から出力される光は、
発光ピークとなる発光中心の方向には出力されないの
で、発光ピークが減少することはない。

【００１２】次に、発光素子１１の構造が、発光放射角
に与える影響について説明する。一片の長さが７００μ
ｍの発光素子１１において、円形発光部１８の直径（下
面に絶縁膜１６の形成されていない部分の直径）が、２
６０μｍと１３０μｍである２つの発光素子１１をそれ
ぞれ図６に示した反射型の発光装置に載置して、その発
光放射角を測定した。なお、このときには、遮光膜２０
は設けずに測定した。

【００１３】その結果、円形発光部１８の直径が、２６
０μｍの発光素子１１を載置した発光装置では、その出
力光の電極に垂直方向の放射角θα＝６．８４゜、電極
に平行方向の放射角θβ＝７．３４゜となった。同様
に、円形発光部１８の直径が、１３０μｍの発光素子１
１を載置した発光装置では、その出力光の電極に垂直方
向の放射角θα＝４．３７゜、電極に平行方向の放射角
θβ＝３．８２゜となった。したがって、円形発光部１
８の直径の小さい方が、発光放射角が狭くなり、良好な
発光出力の得られることが判る。

【００１４】このことを調べるために、それぞれの発光
素子１１の一部拡大断面図を図５に示す。同図より、こ
の発光素子１１の円形発光部１８の活性層１３の端部か
ら発光された光のうち、発光素子１の側面に向かって発
光される光は、円形発光部１８の直径が２６０μｍと１
３０μｍの発光素子１１とを比べると、全反射立体角に
入る角度がθ₁＝１４．４゜からθ₁₁＝９．７゜に減少
することが判る。そして、上部クラッド層１４と発光素
子１０に使用されるモールド材との屈折率差とこの角度
から、この発光素子１１の側面から外部へ出力される光
出力の割合を求めると３．１％から１．４％へと半分以
上も減少する。このことから、円形発光部１８の直径の
小さい方が発光素子１１の側面から出力される出力光を
少なくすることができ、結果的に、発光放射角を狭くす
ることになる。

【００１５】なお、円形発光部１８の直径が２６０μｍ
と１３０μｍの発光素子１１の中心及び出力側面の反対
端から発光される光の角度をそれぞれθ₂，θ₁₂，
θ₃，θ₁₃とすると、それらの値は、θ₂＝１０．４
゜，θ₁₂＝９．４゜，θ₃＝８．６゜，θ₁₃＝８．８゜
となり、側面から遠い部分から発光される光は、円形発
光部１８の直径にあまり影響されない。

【００１６】また、発光素子１１の側面から外部へ出力
される光は、分離エッチング溝１５を大きくすることに
よっても減少させることができる。図２を用いて説明す
ると、分離エッチング溝１５が実線で示されるように小
さい場合には、活性層１３の端から発光素子１１の側面
に向かって発光される光は、図中、格子線で示す部分だ
けが遮られることになるが、分離エッチング溝１５を点
線で示すように大きくすると、遮られる光は斜線で示す
部分にまで拡大し、発光素子１１の側面に向かって発光
される光のほとんどを遮ることができる。その結果、円
形発光部１８の直径を小さくした場合と同様の効果が得
られる。

【００１７】さらに、図３に示すように、発光素子１１
の側面に遮光膜２０を設けることにより、発光素子１１
の側面から外部へ出力される光を遮断することができ
る。このとき、側面全面に遮光膜２０を設ける場合は、
短絡を防ぐためにエナメル塗料などの導電性のない材料
を塗布する必要があるが、実際に遮光する必要があるの
は上部クラッド層１４の側面だけであるので、遮光膜２
０は上部クラッド層１４の側面のみに設けても良く、こ
の場合はカーボン、Ａｕ、Ａｌ等の導電性を有するもの
でも良い。

【００１８】また、上記した円形発光部１８の直径を小
さくする方法、分離エッチング溝１５を大きくする方
法、発光素子１１の側面に遮光膜２０を設ける方法の各
方法は、どれか一つを行えば、発光素子１１の側面から
外部へ出力される光を遮断することができる。しかし、
これらの方法をこれらの方法のうち幾つかを組み合わせ
れば、より確実に発光素子１１の側面から外部へ出力さ
れる光を遮断することができる。

【００１９】なお、この発光ダイオード装置１０は、次
のような製造方法により、簡単に製造することができ
る。まず、基板上に、ｐ型Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ上部ク
ラッド層１４、ｐ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ａｓ活性層１３、
ｎ型Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ下部クラッド層１２を順次積
層して、下部クラッド層１２側から上部クラッド層１４
まで達する深さの半円形の分離エッチング溝１５を発光
素子１１のほぼ中心部分に円形に形成して、その外側と
電気的に分離する。そして、分離エッチング溝１５によ
って分離された円形中心部分周辺まで、ＳｉＯ₂等の絶
縁膜１６を設けると共に円形中心部分にはＡｕＧｅＮｉ
等のｎ型電極１７を設けて、円形発光部１８を形成す
る。

【００２０】その後、基板を除去してから上部クラッド
層１４の表面に、光の出力窓となる中心部分を除いてそ
の周囲部分にＡｕＢｅ等のｐ型電極１９を形成する。そ
して、各素子ごとに分離した後、その上部クラッド層１
４の側面に遮光膜２０を設けることにより、図１に示す
ような発光素子１１を製造することができる。

【００２１】さらに、この発光素子１１をリード部（ア
ノード）２に直接マウントすると共にボンディングワイ
ヤ４を介してリード部（カソード）５にボンディングし
てアセンブリを形成する。そして、凸レンズとなる反射
鏡８ａを成形するために、内底が凸状になっている耐熱
性樹脂材料の成形型の中にエポキシ樹脂３を注入し、続
いてこのエポキシ樹脂３中に、そのアセンブリを挿入し
て、成形型ごと高温炉に入れ、エポキシ樹脂３を熱硬化
させる。このエポキシ樹脂３の硬化後は全体を高温炉か
ら取り出して、アセンブリを含むエポキシ樹脂３を成形
型から取り外し、凸状部分にＡｕやＡｌ等の高反射率を
有する金属を蒸着して反射鏡８ａを形成する。

【００２２】さらに、この成形品をを反転させて表面部
分を下にして、窓部を成形するために別の成形型に装着
する。この成形型の内径は、先の成形型の内径よりも一
回り大きく、反射鏡８ａが完全に浸るまで未硬化のエポ
キシ樹脂（液状）を追加注入する。その後、この状態で
再び高温炉に入れて追加注入分のエポキシ樹脂を熱硬化
させ、高温炉から取り出した後、成形型から離型するこ
とにより、窓部が平坦で図６に示すような発光ダイオー
ド装置１０を製造することができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明の発光装置は、少なくとも１個の
発光素子とこの発光素子に電力を供給するリード部と発
光素子の発光面に対向する側に高反射率材料からなる反
射鏡とが透明材料でモールドされ、発光素子の発光面と
反対側の透明材料表面から光が出力される発光装置であ
って、発光素子を電流狭窄してそのほぼ中央部分に円形
の発光部分を形成した、または、発光素子の発光面と反
対側に電流狭窄するためのエッチング溝によってそのほ
ぼ中央部分に円形の発光部分が形成されると共に、この
エッチング溝によって発光素子の側面に向かって発光さ
れる光を遮光するようにした、もしくは、発光素子の少
なくとも上部クラッド層の側面を遮光膜で覆ったので、
発光素子から出力される光は、ある一点を中心とした半
球状の分布となり、反射鏡によって反射されて外部に出
力される光は、発光放射角が狭くなって、ほぼ平行光と
なる。

【００２４】また、発光素子から出力される光は、ある
一点を中心とした半球状の出力分布となっているので、
発光装置の出力は、中央をピーク値として周囲に行くほ
ど減衰するような分布として得ることができ、受光装置
で受光した際にその受光強度を利用して光の中心に合わ
せるような制御も可能となる。したがって、各種リモコ
ン装置や空間伝送を行う光通信システム等の光源として
使用した際に、良好な通信が可能となるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の発光装置に使用され
る発光素子の一実施例を示す図であり、（Ａ）は斜視
図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は下面図である。

【図２】図１に示した発光素子を示す一部拡大断面図で
ある。

【図３】図１に示した発光素子を示す一部拡大断面図で
ある。

【図４】図１に示した発光素子の発光出力状態を説明す
るための図である。

【図５】図１に示した発光素子を示す一部拡大断面図で
ある。

【図６】本発明の発光装置の一実施例を示す構成図であ
る。

【図７】従来の発光ダイオード装置の構造を示す構成図
である。

【図８】従来の発光ダイオード装置の構造を示す構成図
である。

【符号の説明】

１，１１発光素子（発光ダイオードチップ）２リード部（アノード）２ａ椀状反射面３エポキシ樹脂（熱硬化性樹脂）４ボンディングワイヤ５リード部（カソード）６ａ，６ｂ，１０発光ダイオード装置（発光装置）７出力分布８支持体８ａ反射鏡９透明ガラス１２下部クラッド層１３活性層１４上部クラッド層１５分離エッチング溝１６絶縁膜１７ｎ型電極１８円形発光部１９ｐ型電極２０遮光膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１個の発光素子とこの発光素子
に電力を供給するリード部と前記発光素子の発光面に対
向する側に高反射率材料からなる反射鏡とが透明材料で
モールドされ、前記発光素子の発光面と反対側の前記透
明材料表面から光が出力される発光装置であって、前記発光素子を電流狭窄してそのほぼ中央部分に円形の
発光部分を形成したことを特徴とする発光装置。
【請求項２】少なくとも１個の発光素子とこの発光素子
に電力を供給するリード部と前記発光素子の発光面に対
向する側に高反射率材料からなる反射鏡とが透明材料で
モールドされ、前記発光素子の発光面と反対側の前記透
明材料表面から光が出力される発光装置であって、前記発光素子の前記発光面と反対側に電流狭窄するため
のエッチング溝によってそのほぼ中央部分に円形の発光
部分が形成されると共に、このエッチング溝によって前
記発光素子の側面に向かって発光される光を遮光するよ
うにしたしたことを特徴とする発光装置。
【請求項３】少なくとも１個の発光素子とこの発光素子
に電力を供給するリード部と前記発光素子の発光面に対
向する側に高反射率材料からなる反射鏡とが透明材料で
モールドされ、前記発光素子の発光面と反対側の前記透
明材料表面から光が出力される発光装置であって、前記発光素子の少なくとも上部クラッド層の側面を遮光
膜で覆ったことを特徴とする発光装置。