JPH10270754A - Semiconductor light-emitting device and light-emitting lamp - Google Patents

Semiconductor light-emitting device and light-emitting lamp

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JPH10270754A
JPH10270754A JP6942197A JP6942197A JPH10270754A JP H10270754 A JPH10270754 A JP H10270754A JP 6942197 A JP6942197 A JP 6942197A JP 6942197 A JP6942197 A JP 6942197A JP H10270754 A JPH10270754 A JP H10270754A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light-emitting device having improved optical output. SOLUTION: There are formed on a sapphire substrate 1, in the following order, an AlGaN buffer layer 21, an n-type GaN clad layer 2 which also serves as an n-side contact layer, an n-type InGaN active layer 3, a p-type AlGaN clad layer 4 and a p-type GaN contact layer 5. A portion of layers covering from the p-type GaN contact layer 5 to a predetermined depth of the n-type GaN clad layer 2 is removed to permit the n-type GaN clad layer 2 to be exposed. An n-side electrode 6 is formed on the exposed n-type GaN clad layer 2, while a p-side electrode 7 is formed on the p-type GaN contact layer 5. Then, a metal reflection film 8 is formed on the reverse side of the sapphire substrate 1.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子およびそれを用いた発光ランプに関する。 The present invention relates to relates to a semiconductor light emitting element and a light-emitting lamp using the same.

【0002】 [0002]

【従来の技術】直接遷移型のバンド構造を有する窒化ガリウム(GaN)は、青色あるいは紫色の光を発生する発光ダイオード、半導体レーザ素子等の半導体発光素子の材料として注目されている。 BACKGROUND OF THE INVENTION direct transition-type gallium nitride having a band structure (GaN) light-emitting diodes that emit light in the blue or violet, is attracting attention as a material for a semiconductor light emitting element such as a semiconductor laser element. しかしながら、GaNからなる基板が存在しないため、GaN系半導体発光素子を作製する際には、サファイヤ(Al 23 )等の絶縁性基板上に各層をエピタキシャル成長させている。 However, since the substrate made of GaN is not present, when a GaN-based semiconductor light-emitting element is epitaxially grown layers on sapphire (Al 2 O 3), the insulating substrate.

【0003】図12は従来のGaN系発光ダイオードの構造を示す模式的断面図である。 [0003] FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a conventional GaN-based light-emitting diode. 図12において、サファイヤ基板1上に、AlGaNバッファ層1a、n側コンタクト層を兼ねるn型GaNクラッド層2、n型In 12, on a sapphire substrate 1, n-type GaN cladding layer 2 also serving as AlGaN buffer layer 1a, the n-side contact layer, n-type In
GaN活性層(発光層)3、p型AlGaNクラッド層4およびp型GaNコンタクト層5が順に形成されている。 GaN active layer (light emitting layer) 3, p-type AlGaN cladding layer 4 and the p-type GaN contact layer 5 are formed in this order. p型GaNコンタクト層5からn型GaNクラッド層2の所定深さまでの一部領域が除去され、n型GaN Some regions of the p-type GaN contact layer 5 to a predetermined depth of the n-type GaN cladding layer 2 is removed, n-type GaN
クラッド層2が露出している。 Cladding layer 2 is exposed. 露出したn型GaNクラッド層2上にn側電極6が形成され、p型GaNコンタクト5上にp側電極7が形成されている。 n-side electrode 6 is formed on the exposed n-type GaN cladding layer 2, p-side electrode 7 is formed on the p-type GaN contact 5.

【0004】図13は図12の発光ダイオードを用いたLEDランプの構造を示す概略断面図である。 [0004] Figure 13 is a schematic sectional view showing the structure of an LED lamp using a light emitting diode of FIG. 図13のLEDランプでは、発光ダイオードチップ10aのサファイヤ基板1の裏面が銀ペーストや樹脂等の接着剤11 The LED lamp of FIG. 13, the light emitting diode adhesive 11 on the back surface is such as silver paste or a resin of the sapphire substrate 1 of the chip 10a
でリードフレーム12上に接着され、n側電極6がワイヤ13でリードフレーム12に接続されるとともに、p In bonded on the lead frame 12, together with the n-side electrode 6 is connected to the lead frame 12 by wire 13, p
側電極7がワイヤ14で正極端子15に接続されている。 Side electrode 7 is connected to the positive terminal 15 by wires 14. さらに、発光ダイオードチップ10a、リードフレーム12および正極端子15が樹脂レンズ16で封入されている。 Furthermore, the light-emitting diode chip 10a, the lead frame 12 and the positive electrode terminal 15 is sealed with a resin lens 16.

【0005】 [0005]

【発明が解決しようとする課題】図12の従来の発光ダイオードでは、n型GaNクラッド層2上にn側電極6 In the conventional light emitting diode of FIG. 12 [0008], n-side electrode on the n-type GaN cladding layer 2 6
を設けるために、n型GaNクラッド層2よりも上の層の面積をサファイヤ基板1の面積に比べて小さくする必要がある。 In order to provide, it is necessary to reduce than the area of ​​the upper layer to the area of ​​the sapphire substrate 1 than n-type GaN cladding layer 2. そのため、n型InGaN活性層3の面積が小さくなるので発光面積が小さく、光出力が低くなる。 Therefore, small light-emitting area because the area of ​​the n-type InGaN active layer 3 is reduced, the light output is lowered.
それにより、図12の発光ダイオードを用いたLEDランプでは、高い発光強度が得られない。 Thereby, the LED lamp using the light emitting diode of FIG. 12, not high emission intensity can be obtained.

【0006】また、n型InGaN活性層3で発光した光のうちサファイヤ基板1の側へ出射される光は、接着剤11で吸収されるために有効に利用されない。 Further, light emitted toward the sapphire substrate 1 of the light emitted in the n-type InGaN active layer 3 is not effectively utilized in order to be absorbed by the adhesive 11.

【0007】本発明の目的は、光出力が向上された半導体発光素子を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device optical output is improved. 本発明の他の目的は、発光強度が向上された発光ランプを提供することである。 Another object of the present invention is to provide a light emitting lamp emitting intensity is improved.

【0008】 [0008]

【課題を解決するための手段および発明の効果】第1の発明に係る半導体発光素子は、透光性基板上に発光層を含む複数の半導体層が積層され、透光性基板の裏面に発光層により発生された光を反射する反射層が形成されたものである。 [Effect of the means and invention, there is provided a semiconductor light emitting device according to the first invention, a plurality of semiconductor layers including a light emitting layer is laminated on a transparent substrate, light emission on a back surface of the transparent substrate in which the reflective layer for reflecting light generated by the layer is formed.

【0009】本発明に係る半導体発光素子においては、 [0009] In the semiconductor light emitting device according to the present invention,
発光層により発生された光のうち透光性基板を透過した光が反射層で反射される。 Light transmitted through the light transmitting substrate of the light generated by the light emitting layer is reflected by the reflective layer. それにより、発光層により発光された光が効率良く上方に出射されるので、光出力が向上する。 Thereby, the light emitted by the light emitting layer because it is emitted efficiently upward, the light output is improved.

【0010】発光層はガリウムおよび窒素を含んでもよい。 [0010] The light-emitting layer may comprise a gallium and nitrogen. この場合、発光層から紫色から緑色の光が発生される。 In this case, the green light is generated from the violet light emitting layer. したがって、高い光出力の紫色から緑色の光が得られる。 Thus, green light is obtained from purple high light output.

【0011】反射層は金属膜からなってもよい。 [0011] The reflective layer may be made of a metal film. あるいは反射層は、複数の誘電体層が積層されてなる誘電体反射膜からなってもよい。 Or reflecting layer may consist of a dielectric reflective film in which a plurality of dielectric layers are laminated. 誘電体反射膜は、第1の屈折率を有する第1の誘電体層と第1の屈折率よりも大きい第2の屈折率を有する第2の誘電体層とが交互に積層されてなる。 Dielectric reflection film, a second dielectric layer having a first dielectric layer and the second refractive index greater than the first refractive index having a first refractive index are laminated alternately. それにより、発光層から発生された光が効率良く反射される。 Thereby, light generated from the light emitting layer is efficiently reflected.

【0012】また、反射層が凹凸形状を有してもよい。 [0012] The reflecting layer may have an irregular shape.
この場合、発光層により発生された光が種々の方向に反射されるので、発光面積が大きくなるとともに、上面から出射される光の量が多くなり、光出力が高くなる。 In this case, since the light generated by the light emitting layer is reflected in various directions, with the light emitting area is increased, the more the amount of light emitted from the top surface, the light output increases.

【0013】第2の発明に係る発光ランプは、リードフレーム上に半導体発光素子が接着されてなる発光ランプにおいて、半導体発光素子は、透光性基板上に発光層を含む複数の半導体層が積層されるとともに、透光性基板の裏面に発光層により発生される光を反射する反射層が形成されたものである。 [0013] emitting lamp according to a second aspect is the light-emitting lamp by the semiconductor light emitting element is adhered to the lead frame, the semiconductor light emitting element, a plurality of semiconductor layers including a light emitting layer on a transparent substrate is laminated together with the one in which the reflective layer for reflecting light generated by the light emitting layer on the back surface of the transparent substrate is formed.

【0014】この場合、発光層により発生された光のうち透光性基板を透過した光が反射層により反射される。 [0014] In this case, the light transmitted through the light transmitting substrate of the light generated by the light emitting layer is reflected by the reflective layer.
それにより、発光層により発生された光が効率良く上方に出射されるので、光ランプの発光強度が向上する。 Thereby, light generated by the light emitting layer because it is emitted efficiently upward, the light emission intensity of the light the lamp is improved.

【0015】 [0015]

【発明の実施の形態】図1は本発明の第1の実施例におけるGaN系発光ダイオードの構造を示す模式的断面図である。 Figure 1 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION is a schematic sectional view showing a structure of a GaN-based light-emitting diode in the first embodiment of the present invention.

【0016】図1において、層厚300μmのサファイヤ基板1上に、層厚約200ÅのAlGaNバッファ層1a、層厚4μmのn側コンタクト層を兼ねるn型Ga [0016] In FIG. 1, on a sapphire substrate 1 having a thickness of 300 [mu] m, n-type Ga serving also as AlGaN buffer layer 1a having a thickness of about 200 Å, the n-side contact layer having a thickness of 4μm
Nクラッド層2、層厚0.1μmのn型InGaN活性層(発光層)3、層厚0.15μmのp型AlGaNクラッド層4および層厚0.3μmのp型GaNコンタクト層5が順に形成されている。 N cladding layer 2, n-type InGaN active layer of thickness 0.1 [mu] m (light emitting layer) 3, p-type GaN contact layer 5 of p-type AlGaN cladding layer 4 and layer thickness 0.3μm of layer thickness 0.15μm are formed in this order It is. p型GaNコンタクト層5からn型GaNクラッド層2の所定深さまでの一部領域が除去され、n型GaNクラッド層2が露出している。 Some regions of the p-type GaN contact layer 5 to a predetermined depth of the n-type GaN cladding layer 2 is removed, n-type GaN cladding layer 2 is exposed. 露出したn型GaNクラッド層2上にAlからなるn側電極6が形成され、p型GaNコンタクト層5上にAuからなるp側電極7が形成されている。 n-side electrode 6 made of Al is formed on the exposed n-type GaN cladding layer 2, p-side electrode 7 made of Au on the p-type GaN contact layer 5 is formed.

【0017】また、サファイヤ基板1上の裏面にAlからなる金属反射膜8が形成されている。 Further, the metal reflection film 8 made of Al on the back surface of the sapphire substrate 1 is formed. 金属反射膜8の形成方法としては、真空蒸着法またはスパッタ法を用いる。 As the method of forming the metal reflective layer 8, by vacuum evaporation or sputtering. 真空蒸着法を用いる場合には、真空度を2×10 -6 When using a vacuum deposition method, a vacuum degree of 2 × 10 -6
Torr程度とし、スパッタ法を用いる場合には、真空度を1×10 -3 〜1×10 -2 Torr程度とする。 And about Torr, in the case of using a sputtering method, a 1 × 10 -3 ~1 × 10 -2 Torr about the vacuum degree.

【0018】金属反射膜8の膜厚は1000Å以上10 [0018] The thickness of the metal reflection film 8 is 1000Å more than 10
μm以下が好ましい。 μm or less. これにより、金属反射膜8を光がほどんど透過せず、かつ金属反射膜8の剥離が生じない。 Thus, without light ho Dondo transmitted through the metal reflection film 8, and does not occur the peeling of the metal reflection film 8.

【0019】本実施例の発光ダイオードでは、n型In [0019] In the light emitting diode of this embodiment, n-type In
GaN活性層3により発生された光のうち下方に進む光がサファイヤ基板1を透過し、金属反射膜8で上方に反射される。 Light traveling downward of the light generated by the GaN active layer 3 is transmitted through the sapphire substrate 1 is reflected upward by the metal reflective film 8. それにより、発光ダイオードの上面から光が効率良く出射され、光出力が向上する。 Thereby, light from the upper surface of the light emitting diode is efficiently emitted, the light output is improved.

【0020】図2は図1の発光ダイオードを用いたLE [0020] Figure 2 using a light-emitting diode of FIG. 1 LE
Dランプの構造を示す概略断面図である。 It is a schematic sectional view showing the structure of a D lamp.

【0021】図2のLEDランプでは、発光ダイオードチップ10の金属反射膜8の裏面が銀ペーストからなる接着剤11でリードフレーム12上に接着されている。 [0021] In the LED lamp of FIG. 2, the rear surface of the metal reflective layer 8 of light-emitting diode chip 10 is bonded on the lead frame 12 with an adhesive 11 made of silver paste.
また、n側電極6がワイヤ13でリードフレーム12に接続され、p側電極7がワイヤ14で正極端子15に接続されている。 Further, n-side electrode 6 is connected to the lead frame 12 by wire 13, p-side electrode 7 is connected to the positive terminal 15 by wires 14. さらに、発光ダイオードチップ10、リードフレーム12および正極端子15が樹脂レンズ16 Further, the light emitting diode chip 10, the lead frame 12 and the positive electrode terminal 15 is a resin lens 16
で封入されている。 It is in is enclosed.

【0022】図2のLEDランプでは、発光ダイオードチップ10の上面から光が効率良く出射されるので、高い発光強度が得られる。 [0022] In the LED lamp of FIG. 2, the light from the upper surface of the LED chip 10 is efficiently emitted, high emission intensity can be obtained.

【0023】ここで、図1の構造を有する実施例の発光ダイオードおよび図12の構造を有する比較例の発光ダイオードを作製し、光出力を測定した。 [0023] Here, to produce a light-emitting diode of the comparative example having a structure of a light-emitting diode, and 12 of the embodiment having the structure of FIG. 1, the light output was measured. 実施例の発光ダイオードでは、金属反射膜8の膜厚を3000Åとした。 The light emitting diode of Example was the thickness of the metal reflection film 8 and 3000 Å. 比較例の発光ダイオードでは、サファイヤ基板1の裏面に処理を行っていない。 The light emitting diode of the comparative example, the process has not been performed on the rear surface of the sapphire substrate 1. 実施例および比較例の発光ダイオードの光出力の測定結果を表1に示す。 Measurement results of the light output of the light emitting diodes of Examples and Comparative Examples are shown in Table 1.

【0024】 [0024]

【表1】 [Table 1]

【0025】表1に示すように、実施例の発光ダイオードでは、比較例の発光ダイオードに比べて光出力が50 As shown in Table 1, the light emitting diode of Example, the light output compared to the light emitting diode of Comparative Example 50
〜60%向上した。 It was improved to 60%.

【0026】次に、図2の構造を有する実施例のLED Next, LED embodiment having the structure of FIG. 2
ランプおよび図13の構造を有する比較例のLEDランプを作製し、発光強度を測定した。 To produce an LED lamp of a comparative example having a structure of the lamp and 13, the emission intensity was measured. 実施例のLEDランプでは、膜厚3000Åの金属反射膜8を有する発光ダイオードチップ10を銀ペースト11でリードフレーム12上に接着した。 The LED lamp of Example was a light-emitting diode chip 10 having a metal reflective layer 8 having a thickness of 3000Å ​​is bonded on the lead frame 12 with the silver paste 11. 比較例のLEDランプでは、発光ダイオードチップ10aを銀ペースト11でリードフレーム12上に接着した。 The LED lamp of Comparative Example, a light-emitting diode chip 10a bonded on the lead frame 12 with the silver paste 11. 実施例および比較例のLEDランプの発光強度の測定結果を表2に示す。 Measurement results of the emission intensity of the LED lamps of Examples and Comparative Examples are shown in Table 2.

【0027】 [0027]

【表2】 [Table 2]

【0028】表2に示すように、実施例のLEDランプでは、比較例のLEDランプに比べて発光強度が30〜 As shown in Table 2, the LED lamp of Example, light emission intensity is 30 as compared to the LED lamp of Comparative Example
40%向上した。 It was improved 40 percent. 比較例のLEDランプの発光強度が実施例のLEDランプに比べて低い理由としては、n型I The reason the luminescence intensity is lower than the LED lamp embodiment of the LED lamp of Comparative Example, n-type I
nGaN活性層3からの光を銀ペーストでは有効に反射できないためである。 The light from nGaN active layer 3 is can not be effectively reflected by the silver paste. これに対して、本実施例のLED In contrast, LED in this embodiment
ランプでは、サファイヤ基板1の裏面に膜状の金属反射膜8を備えているので有効に光を反射できる。 The lamp can be reflected effectively light is provided with the film-like metal reflection film 8 on the back surface of the sapphire substrate 1.

【0029】なお、金属反射膜8の材料としては、Al [0029] Incidentally, as a material of the metal reflective layer 8, Al
の他、Na、Au、Ag、K、Cu、Cr、Rb、M Other, Na, Au, Ag, K, Cu, Cr, Rb, M
g、Pd、Al、Ni、Ti等の金属を用いることもできる。 It may g, Pd, Al, Ni, also be used a metal such as Ti.

【0030】図3(a)は本発明の第2の実施例におけるGaN系発光ダイオードの模式的断面図である。 [0030] FIG. 3 (a) is a schematic sectional view of a GaN-based light-emitting diode in the second embodiment of the present invention. 図3 Figure 3
の発光ダイオードが図1の発光ダイオードと異なるのは、サファイヤ基板1の裏面に金属反射膜8の代わりに多層構造の誘電体反射膜9が形成されている点である。 The light emitting diode is different from the light emitting diode of Figure 1 in that a dielectric reflection film 9 having a multilayer structure instead of the metal reflection film 8 is formed on the rear surface of the sapphire substrate 1.

【0031】図3(b)に示すように、誘電体反射膜9 As shown in FIG. 3 (b), a dielectric reflection film 9
は、SiO 2からなる第1の誘電体層9aとTiO 2からなる第2の誘電体層9bとが複数組交互に積層されてなる。 It includes a second dielectric layer 9b made of a first dielectric layer 9a and TiO 2 of SiO 2 is laminated on the plurality of sets alternately. 本実施例では、10組の第1の誘電体層9aおよび第2の誘電体層9bが用いられている。 In this embodiment, 10 pairs of the first dielectric layer 9a and the second dielectric layer 9b is used. 誘電体反射膜9の形成方法としては、蒸着法、CVD法(化学的気相成長法)、スパッタ法等を用いる。 As a method for forming the dielectric reflecting film 9, deposition method, CVD method (chemical vapor deposition), a sputtering method, or the like.

【0032】図4は誘電体反射膜9における光の反射の原理を説明するための図である。 [0032] FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of reflection of light in the dielectric reflecting film 9. 図4(a)はサファイア基板1および誘電体反射膜9を示し、図4(b)はn 4 (a) shows a sapphire substrate 1 and the dielectric reflection film 9, FIG. 4 (b) n
型InGaN活性層3により発生される光を示す。 It shows the light generated by type InGaN active layer 3. また、図4(c)は誘電体反射膜9によりサファイア基板1の側に反射される光を示し、図4(d)は誘電体反射膜9を透過する光を示す。 Further, FIG. 4 (c) shows the light reflected on the side of the sapphire substrate 1 by a dielectric reflection film 9, FIG. 4 (d) shows the light passing through the dielectric reflective film 9.

【0033】図4(a)に示すように、サファイヤ基板1の屈折率をn sとし、第1の誘電体層9aの屈折率をn aとし、第2の誘電体層9bの屈折率をn bとする。 As shown in FIG. 4 (a), the refractive index of the sapphire substrate 1 and n s, a refractive index of the first dielectric layer 9a and n a, the refractive index of the second dielectric layer 9b and n b.
ここでn s >n a 、n b >n aである。 Here n s> n a, a n b> n a. また、λをn型InGaN活性層3による発光波長とし、第1の誘電体層9aの層厚をλ/4とし、第2の誘電体層9bの層厚をλ/4とする。 Furthermore, the lambda is the emission wavelength due to n-type InGaN active layer 3, the thickness of the first dielectric layer 9a and lambda / 4, the thickness of the second dielectric layer 9b, and lambda / 4.

【0034】屈折率の小さい領域を進行する光は、屈折率の大きい領域との界面で反射されるときに位相がλ/ The light traveling through small area of ​​refractive index, the phase when it is reflected at the interface between the regions of large refractive index lambda /
2ずれる。 2 shifts. 逆に、屈折率の大きい領域を進行する光は、 Conversely, light traveling a large area of ​​the refractive index,
屈折率の小さい領域との界面で反射されるときに位相がずれない。 No phase shift when reflected at the interface between the refractive index of a small area.

【0035】図4(c)において、サファイア基板1を透過した光L1が界面91で反射される場合、位相がずれないため、反射光の位相は0となる。 [0035] In FIG. 4 (c), when the light L1 transmitted through the sapphire substrate 1 is reflected at the interface 91, the phase is not shifted, reflected light of the phase is zero. サファイア基板1および第1の誘電体層9aを透過した光L2が界面9 Light L2 transmitted through the sapphire substrate 1 and the first dielectric layer 9a is the interface 9
2で反射される場合、位相がλ/2ずれるため、反射光の位相は界面92で(3λ)/4となり、界面91でλ As reflected by 2, since the phase is lambda / 2 shift, phase of the reflected light at the interface 92 (3λ) / 4, and the at the interface 91 lambda
となる。 To become. サファイア基板1、第1の誘電体層9aおよび第2の誘電体層9bを透過した光L3が界面93で反射される場合、位相がずれないため、反射光の位相は界面93でλ/2となり、界面92で(3λ)/4となり、 Sapphire substrate 1, when the light L3 transmitted through the first dielectric layer 9a and the second dielectric layer 9b is reflected at the interface 93, the phase is not shifted, it reflected light phase at the interface 93 lambda / 2 next, at the interface 92 (3λ) / 4, and the
界面91でλとなる。 The λ at the interface 91. このように、サファイヤ基板1の側に反射される光の位相は0またはλであり、常に同位相となる。 Thus, the phase of the light is reflected on the side of the sapphire substrate 1 is 0 or lambda, always the same phase.

【0036】図4(d)おいて、サファイヤ基板1、第1の誘電体層9aおよび第2の誘電体層9bを透過した光L4の位相は、界面93でλ/2となる。 FIG. 4 (d) Oite, sapphire substrate 1, the phase of the first dielectric layer 9a and the second dielectric layer 9b beam L4 transmitted through the becomes lambda / 2 at the interface 93. サファイヤ基板1および第1の誘電体層9aを透過した光L5が界面92で反射されると、位相がλ/2ずれるため、反射光の位相は界面92で(3λ)/4となり、その反射光が界面91で反射されると、位相がλ/2ずれるため、 When the sapphire substrate 1 and the first dielectric layer 9a light L5 passing through the is reflected at the interface 92, the phase is lambda / 2 shift, phase of the reflected light at the interface 92 (3 [lambda]) / 4, and the reflected When light is reflected at the interface 91, the phase is lambda / 2 shift,
その反射光の位相は界面91で(3λ)/2となり、界面92で(7λ)/4となる。 The reflected light of the phase is at the interface 91 (3λ) / 2, and the at the interface 92 between (7λ) / 4. その光がさらに第2の誘電体層9bを透過すると、その位相は界面93で2λとなる。 When the light is further transmitted through the second dielectric layer 9b, the phase becomes 2λ at the interface 93. この場合、光L4および光L5が互いに打ち消し合い、誘電体反射膜9を透過する光がなくなる。 In this case, the light L4 and the light L5 is cancel each other, there is no light passing through the dielectric reflective film 9.

【0037】したがって、第1の誘電体層9aおよび第2の誘電体層9bの屈折率を考慮しない場合には、第1 [0037] Therefore, if no consideration of the refractive index of the first dielectric layer 9a and the second dielectric layer 9b is first
の誘電体層9aおよび第2の誘電体層9bの層厚をn型InGaN活性層3により発生された光の波長λの4分の1に設定することにより、その光を誘電体反射膜9で反射させることができる。 Of by setting to one quarter of the wavelength λ of the light generated by the dielectric layer 9a and the second dielectric layer 9b n-type InGaN active layer 3 a thickness of the dielectric reflecting film 9 that light in can be reflected.

【0038】第1の誘電体層9aの屈折率n aおよび第2の誘電体層9bの屈折率n bを考慮した場合、第1の誘電体層9aの層厚d aおよび第2の誘電体層9bの層厚d [0038] When considering the refractive index n b of the first refractive index of the dielectric layer 9a n a and the second dielectric layer 9b, thickness d a and a second dielectric of the first dielectric layer 9a the layer thickness d of the body layer 9b bは次式を満足するように設定する。 b is set so as to satisfy the following equation.

【0039】d a =λ/(4n a ) ・・・(1) d b =λ/(4n b ) ・・・(2) n型InGaN活性層3による発光波長λが470n [0039] d a = λ / (4n a ) ··· (1) d b = λ / (4n b) ··· (2) the emission wavelength due to n-type InGaN active layer 3 lambda is 470n
m、サファイヤ基板1の屈折率n sが1.78、第1の誘電体層9aの屈折率n aが1.47、第2の誘電体層9bの屈折率n bが2.36である場合、上式(1), m, the refractive index n s of the sapphire substrate 1 is 1.78, the refractive index n a of the first dielectric layer 9a is 1.47, the refractive index n b of the second dielectric layer 9b is a 2.36 case, the above equation (1),
(2)から、第1の誘電体層9aの層厚d aは約800 (2), the layer thickness d a of the first dielectric layer 9a is approximately 800
Åとなり、第2の誘電体層9bの層厚d bは約500Å Å, and the layer thickness d b of the second dielectric layer 9b about 500Å
となる。 To become.

【0040】図5は上記の誘電体反射膜9における反射率の計算結果を示す図である。 [0040] FIG. 5 is a graph showing the calculation result of the reflectance in the dielectric reflecting film 9. 図5に示すように、第1 As shown in FIG. 5, first
の誘電体層9aおよび第2の誘電体層9bが1組の場合には、反射率が約41%となり、2組の場合には71% Of when the dielectric layer 9a and the second dielectric layer 9b is a pair of the neighboring reflectance is approximately 41%, when the two pairs 71%
となり、3組の場合には88%となり、4組の場合には95%となる。 Next, next 88% in the case of three sets, and 95% in the case of four sets. すなわち、第1の誘電体層9aおよび第2の誘電体層9bを3組または4組設けることにより、 That is, by providing the first dielectric layer 9a and the second dielectric layer 9b 3 sets or four sets,
Alからなる金属反射膜8とほぼ同等の反射率が得られる。 Substantially equal reflectance can be obtained with the metal reflection film 8 made of al. このように、第1の誘電体層9aおよび第2の誘電体層9bの組数を増加させるに従って、サファイヤ基板1から誘電体反射膜9へ伝搬する光の反射率が増加する。 Thus, according to increase the number of pairs of the first dielectric layer 9a and the second dielectric layer 9b, the reflectance of the light propagating from the sapphire substrate 1 to the dielectric reflection film 9 increases.

【0041】なお、上記実施例では、第1の誘電体層9 [0041] In the above embodiment, the first dielectric layer 9
aとして屈折率1.47のSiO 2を用い、第2の誘電体層9bとして屈折率2.36のTiO 2を用いているが、第1の誘電体層9aとして、屈折率1.39のMg The SiO 2 having a refractive index of 1.47 is used as a, but using TiO 2 having a refractive index of 2.36 as the second dielectric layer 9b, as the first dielectric layer 9a, the refractive index 1.39 Mg
O、屈折率1.63のAl 23を用いてもよく、第2 O, may be using Al 2 O 3 having a refractive index of 1.63, the second
の誘電体層9bとして、屈折率2.1のZnOを用いてもよい。 As the dielectric layer 9b, it may be used ZnO of refractive index 2.1. また、第1の誘電体層9aとして、MgF 2 Further, as the first dielectric layer 9a, MgF 2,
LaF 3 、NdF 3 、CeF 3 、BaF 2 、CaF 2 LaF 3, NdF 3, CeF 3 , BaF 2, CaF 2,
LiFを用いることもでき、第2の誘電体層9bとして、ZrO 2 、CeO 2 、TiO 2 、ZnS、Bi 2 Can also be used LiF, as the second dielectric layer 9b, ZrO 2, CeO 2, TiO 2, ZnS, Bi 2 O
3 、LiNbO 3 、LiTaO 3 、BaTiO 3 、Sr 3, LiNbO 3, LiTaO 3, BaTiO 3, Sr
TiO 3 、KTaO 3を用いることもできる。 It can also be used TiO 3, KTaO 3.

【0042】図6(a)は本発明の第3の実施例におけるGaN系発光ダイオードの模式的断面図である。 [0042] FIG. 6 (a) is a schematic sectional view of a GaN-based light-emitting diode in the third embodiment of the present invention. 図6 Figure 6
(a)の発光ダイオードが図1の発光ダイオードと異なるのは、サファイヤ基板1の裏面が対称な三角波状(のこぎり刃波状)の凹凸形状に加工され、サファイヤ基板1の裏面に金属反射膜18が凹凸形状に形成されている点である。 The difference from the light emitting diode light emitting diode of FIG. 1 (a), the rear surface of the sapphire substrate 1 is processed to the concavo-convex shape of the symmetrical triangular (saw blades wavy), a metal reflective film 18 on the back surface of the sapphire substrate 1 a point which is formed in an uneven shape.

【0043】サファイヤ基板1の裏面を凹凸形状に加工するためには、CF 4ガスを用いたドライエッチング、 [0043] In order to process the rear surface of the sapphire substrate 1 to the uneven shape, dry etching using CF 4 gas,
燐酸系のエッチング液を用いたウェットエッチング等の化学的加工法またはダイシング用の切削工具を用いた機械的加工法を用いる。 Using mechanical processing method using a chemical processing method or a cutting tool for dicing, such as wet etching using an etchant of phosphoric acid system.

【0044】本実施例の発光ダイオードでは、n型In [0044] In the light emitting diode of this embodiment, n-type In
GaN活性層3により発生された光のうちサファイア基板1を透過した光が凹凸形状に形成された金属反射膜8 Metal light transmitted through the sapphire substrate 1 of the light generated by the GaN active layer 3 is formed on the uneven reflective film 8
で種々の方向に反射される。 In is reflected in various directions. これにより、発光面積が大きくなり、かつ発光ダイオードの側面から出射される光の量が減少し、上面から出射される光の量が増加する。 Thus, the light emitting area is increased, and the amount of light emitted from the side surface of the light emitting diode is decreased, the amount of light emitted from the top surface is increased.
その結果、光出力が向上する。 As a result, the light output is improved.

【0045】ここで、図6(a)の発光ダイオードの光出力を図1の発光ダイオードの光出力と比較した。 The comparison here, the light output of the light emitting diode shown in FIG. 6 (a) and the light output of the light emitting diode of FIG. 本実施例の発光ダイオードでは、サファイヤ基板1の裏面を図6(b)に示すように、対称な三角波状の凹凸形状に加工した。 The light emitting diode of the present embodiment, the back surface of the sapphire substrate 1 as shown in FIG. 6 (b), was processed into symmetrical triangular waveform irregularities. 溝の角度θを45°とし、溝の幅Wを40μ The angle θ of the groove and 45 °, 40 [mu width W of the groove
mとした。 It was m. また、図1および図6(a)の発光ダイオードの幅Dは400μmとした。 The width D of the light emitting diode of FIG. 1 and FIG. 6 (a) was 400 [mu] m. その結果、図6(a)の発光ダイオードでは、図1の発光ダイオードに比べて光出力が20%向上した。 As a result, the light emitting diode of FIG. 6 (a), the light output is improved by 20% compared to the light emitting diode of FIG.

【0046】なお、サファイヤ基板1の裏面の凹凸形状は図7(a)に示すように、複数の溝が1方向に形成された形状であってもよい。 [0046] Incidentally, the back surface of the uneven shape of the sapphire substrate 1, as shown in FIG. 7 (a), a plurality of grooves may be a shape formed in one direction. また、図7(b)に示すように、ピラミッド形状の突起が2次元的に配列されてもよい。 Further, as shown in FIG. 7 (b), the projection pyramid shape may be two-dimensionally arranged. さらに、図7(c)に示すように、六角錐形状の突起が2次元的に配列されてもよい。 Furthermore, as shown in FIG. 7 (c), it may be arranged protruding hexagonal pyramid shape two-dimensionally.

【0047】図8は本発明の第4の実施例におけるGa [0047] Figure 8 is Ga in the fourth embodiment of the present invention
N系発光ダイオードの模式的断面図である。 It is a schematic cross-sectional view of an N-based light-emitting diode. 図8の発光ダイオードが図6の発光ダイオードと異なるのは、サファイヤ基板1の裏面に形成された金属反射膜8が非対称な三角波状(のこぎり刃状)となっている点である。 Differs from the light emitting diode is a light emitting diode of FIG. 6 in FIG. 8, in that the metal reflection film 8 formed on the back surface of the sapphire substrate 1 is in the asymmetrical triangular (sawtooth).

【0048】本実施例の発光ダイオードでは、図8に矢印で示すように、n型InGaN活性層3から発生された光のうちサファイヤ基板1を透過した光が金属反射膜8で反射される。 [0048] In the light emitting diode of the present embodiment, as shown by the arrows in FIG. 8, the light transmitted through the sapphire substrate 1 of the light generated from the n-type InGaN active layer 3 is reflected by the metal reflection film 8. この場合、n側電極6の方向に反射される光の量が多くなる。 In this case, many amount of light reflected in the direction of the n-side electrode 6. これにより、従来の発光ダイオードで非発光領域であったn側電極の領域が発光領域となり、発光ダイオードの上面の全体から光が均一に出射される。 Thus, the area of ​​a conventional light emitting was non-emitting region of a diode n-side electrode is a light emitting region, light from the entire upper surface of the light emitting diode is uniformly emitted.

【0049】図9は図8の発光ダイオードを用いたLE [0049] Figure 9 using a light-emitting diode of FIG. 8 LE
Dランプの概略断面図である。 D is a schematic sectional view of a lamp. また図10は図9のLE The 10 LE 9
Dランプの指向特性を示す図である。 Is a diagram illustrating the directivity characteristic of the D lamp.

【0050】図9に示すように、発光ダイオードチップ10は樹脂レンズ16の内部の中心部に配置される。 [0050] As shown in FIG. 9, the light emitting diode chip 10 is placed in the center of the interior of the resin lens 16. 図8の発光ダイオードを用いた場合には、発光ダイオードチップ10の上面の全体から光が均一に出射されるので、出射光の分布が中心軸Sに対して対称になる。 In the case of using the light emitting diode of FIG. 8, the light from the entire upper surface of the LED chip 10 is uniformly emitted, the distribution of the emitted light is symmetrical with respect to the central axis S. それにより、図10に実線で示すように、発光ダイオードチップ10からの発光が中心軸に対して対称となる。 Thereby, as shown by the solid line in FIG. 10, the light emitted from the light-emitting diode chip 10 is symmetrical with respect to the center line. これに対して、従来の発光ダイオードを用いた場合には、発光ダイオードチップ10aのn側電極6の部分からは光が出射されないので、図10に破線で示すように、発光が中心軸Sに関して対称とならない。 In contrast, when the conventional light emitting diode, the light from the portions of the n-side electrode 6 of the light-emitting diode chip 10a is not emitted, as indicated by the broken line in FIG. 10, light emission with respect to the central axis S not symmetrical.

【0051】図11は本発明の第5の実施例におけるG [0051] Figure 11 is G in the fifth embodiment of the present invention
aN系発光ダイオードの模式的断面図である。 It is a schematic cross-sectional view of aN-emitting diode. 図11の発光ダイオードが図6の発光ダイオードと異なるのは、 Differs from the light emitting diode is a light emitting diode of FIG. 6 in FIG. 11,
サファイヤ基板1の裏面に形成される金属反射膜8が凹レンズ形状となっている点である。 Metal reflection film 8 formed on the back surface of the sapphire substrate 1 is a point which is a concave lens shape.

【0052】本実施例の発光ダイオードでは、n型In [0052] In the light emitting diode of this embodiment, n-type In
GaN活性層3により発生される光のうちサファイヤ基板1を透過した光が、金属反射膜8で上方に反射される。 Light transmitted through the sapphire substrate 1 of the light generated by the GaN active layer 3 is reflected upward by the metal reflective film 8. この場合、金属反射膜8が凹レンズ形状となっているので、反射される光の大部分が発光ダイオードの上面に集中し、側面から出射する光の量が少なくなる。 In this case, the metal reflection film 8 is in the concave shape, most of the light that is reflected is concentrated on the upper surface of the light emitting diode, the amount of light emitted from the side face decreases. それにより、発光ダイオードの光出力が向上する。 This improves the light output of the light emitting diode.

【0053】図11の発光ダイオードの光出力を図1の発光ダイオードの光出力と比較した。 [0053] The light output of the light emitting diode of FIG. 11 as compared with the optical output of the light emitting diode of FIG. 図11の発光ダイオードでは、図1の発光ダイオードに比べて光出力が4 The light emitting diode of FIG. 11, the light output compared to the light emitting diode of FIG 4
0%向上した。 Improved 0%.

【0054】上記実施例では、本発明をGaN系発光ダイオードに適用した場合を説明したが、本発明は、透光性基板上に形成された他の材料系の発光ダイオード、半導体レーザ素子等の半導体発光素子にも適用することができる。 [0054] In the above embodiment has described the case of applying the present invention to GaN light emitting diodes, the present invention is a light emitting diode of another material system formed on a transparent substrate, such as a semiconductor laser element it can be applied to a semiconductor light-emitting device.

【0055】また、透過性基板としては、サファイア基板の他、SiC基板、MgO基板を用いてもよい。 [0055] As the transparent substrate, a sapphire substrate, SiC substrate, may be used MgO substrate.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の第1の実施例におけるGaN系発光ダイオードの模式的断面図である。 1 is a schematic cross-sectional view of a GaN-based light-emitting diode in the first embodiment of the present invention.

【図2】図1の発光ダイオードを用いたLEDランプの概略断面図である。 2 is a schematic cross-sectional view of a LED lamp using a light emitting diode of FIG.

【図3】本発明の第2の実施例におけるGaN系発光ダイオードの模式的断面図である。 Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a GaN-based light-emitting diode in the second embodiment of the present invention.

【図4】誘電体反射膜における光の反射の原理を説明するための図である。 4 is a diagram for explaining the principle of reflection of light in the dielectric reflecting film.

【図5】誘電体反射膜における光の反射率の計算結果を示す図である。 5 is a diagram showing the calculation results of the reflectance of light in the dielectric reflecting film.

【図6】本発明の第3の実施例におけるGaN系発光ダイオードの模式的断面図およびサファイヤ基板の裏面の凹凸形状を示す図である。 6 is a diagram showing a back surface of the irregular shape of the schematic cross-sectional view and a sapphire substrate of the GaN-based light-emitting diode in the third embodiment of the present invention.

【図7】図6の発光ダイオードにおける金属反射膜の凹凸形状の例を示す平面図である。 7 is a plan view showing an example of the concavo-convex shape of the metal reflection film in the light emitting diode of FIG.

【図8】本発明の第4の実施例におけるGaN系発光ダイオードの模式的断面図である。 8 is a schematic sectional view of a GaN-based light emitting diode according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】図8の発光ダイオードを用いたLEDランプの概略断面図である。 9 is a schematic cross-sectional view of a LED lamp using a light emitting diode of FIG.

【図10】図9のLEDランプの指向特性を示す図である。 10 is a diagram showing the directivity characteristics of the LED lamp of FIG.

【図11】本発明の第5の実施例におけるGaN系発光ダイオードの模式的断面図である。 11 is a schematic cross-sectional view of a GaN-based light emitting diode according to the fifth embodiment of the present invention.

【図12】従来のGaN系発光ダイオードの模式的断面図である。 12 is a schematic cross-sectional view of a conventional GaN-based light-emitting diode.

【図13】図12の発光ダイオードを用いたLEDランプの概略断面図である。 13 is a schematic cross-sectional view of a LED lamp using a light emitting diode of FIG.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 サファイヤ基板 1a AlGaNバッファ層 2 n型GaNクラッド層 3 n型InGaN活性層 4 p型AlGaNクラッド層 5 p型GaNコンタクト層 6 n側電極 7 p側電極 8 金属反射膜 9 誘電体反射膜 9a 第1の誘電体層 9b 第2の誘電体層 10 発光ダイオードチップ 11 銀ペースト 12 リードフレーム 15 正極端子 16 樹脂レンズ 1 sapphire substrate 1a AlGaN buffer layer 2 n-type GaN cladding layer 3 n-type InGaN active layer 4 p-type AlGaN cladding layer 5 p-type GaN contact layer 6 n-side electrode 7 p-side electrode 8 metal reflection film 9 dielectric reflection film 9a first 1 of the dielectric layer 9b second dielectric layer 10 light-emitting diode chips 11 and silver paste 12 lead frame 15 positive terminal 16 resin lens

Claims (7)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 透光性基板上に発光層を含む複数の半導体層が積層されるとともに、前記透光性基板の裏面に前記発光層により発生された光を反射する反射層が形成されたことを特徴とする半導体発光素子。 1. A with a plurality of semiconductor layers including a light emitting layer on a transparent substrate is laminated, reflective layer for reflecting light generated by said light emitting layer on the back surface of the transmissive substrate is formed the semiconductor light emitting device characterized by.
  2. 【請求項2】 前記発光層はガリウムおよび窒素を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。 2. A semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said light emitting layer, which comprises gallium and nitrogen.
  3. 【請求項3】 前記反射層は金属膜であ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。 3. A semiconductor light emitting device according to claim 1 or 2, wherein said reflecting layer is a metal film.
  4. 【請求項4】 前記反射層は、複数の誘電体層が積層されてなる誘電体反射膜であることを特徴とする請求項1 Wherein said reflective layer is claim 1, wherein a plurality of dielectric layers is a dielectric reflective film formed by stacking
    または2記載の半導体発光素子。 Or second semiconductor light emitting device according.
  5. 【請求項5】 前記誘電体反射膜は、第1の屈折率を有する第1の誘電体層と前記第1の屈折率よりも大きい第2の屈折率を有する第2の誘電体層とが交互に積層されてなることを特徴とする請求項4記載の半導体発光素子。 Wherein said dielectric reflective film, and a second dielectric layer having a first dielectric layer and the first second refractive index larger than the refractive index of which has a first refractive index the semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein the alternately stacked.
  6. 【請求項6】 前記反射層が凹凸形状を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体発光素子。 6. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the reflective layer has an uneven shape.
  7. 【請求項7】 リードフレーム上に半導体発光素子が接着されてなる発光ランプにおいて、前記半導体発光素子は、透光性基板上に発光層を含む複数の半導体層が積層されるとともに、前記透光性基板の裏面に前記発光層により発生される光を反射する反射層が形成されてなることを特徴とする発光ランプ。 7. A light-emitting lamp by the semiconductor light emitting element on a lead frame is formed by bonding, the semiconductor light emitting element, a plurality of semiconductor layers including a light emitting layer on a transparent substrate is laminated, the transparent lamps, wherein a reflective layer for reflecting light generated by said light emitting layer on the back surface of sexual substrate is formed.
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