JPH1093136A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH1093136A JPH1093136A JP26357396A JP26357396A JPH1093136A JP H1093136 A JPH1093136 A JP H1093136A JP 26357396 A JP26357396 A JP 26357396A JP 26357396 A JP26357396 A JP 26357396A JP H1093136 A JPH1093136 A JP H1093136A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体発光素子において十分なレベルの光出
力を得ることができなかった。 【解決手段】 Ｐ型半導体領域１１とＮ型半導体領域１
２とアノード電極１５とカソード電極１７とから成る発
光素子において、Ｎ型半導体領域１２に傾斜面１９を設
ける。また、Ｐ型半導体領域１１の側面にオ−バ−ハン
グの傾斜面２０ａ、２０ｂを設ける。
力を得ることができなかった。 【解決手段】 Ｐ型半導体領域１１とＮ型半導体領域１
２とアノード電極１５とカソード電極１７とから成る発
光素子において、Ｎ型半導体領域１２に傾斜面１９を設
ける。また、Ｐ型半導体領域１１の側面にオ−バ−ハン
グの傾斜面２０ａ、２０ｂを設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光出力の増大を高水準
に達成することができる半導体発光素子に関する。
に達成することができる半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１に示すようにＰ型半導体領域１とＮ
型半導体領域２とを備え、両半導体領域１、２の界面に
形成されるＰＮ接合３を含む例えばＡｌＧａＡｓ半導体
基体４の側面に傾斜面５を設けたいわゆるメサ構造の半
導体発光素子即ち発光ダイオードは公知である。この半
導体発光素子において、半導体基体４の上面（一方の主
面）即ちＰ型半導体領域２の上面の一部にアノード電極
６が形成され、半導体基体４の下面（他方の主面）即ち
Ｎ型半導体領域２の下面に部分的にカソード電極７が格
子状又は点在するように形成されている。カソ−ド電極
７が部分的に設けられていると、半導体基体４の下面の
カソ−ド電極７が設けられていない部分で、下に向う光
を上方向に効率よく反射させることが可能になる。な
お、半導体基体４の露出表面は実質的に鏡面になってお
り、またＰＮ接合３は傾斜面５に露出している。図１の
半導体発光素子の光取り出し方向は上方向であり、ＰＮ
接合３から上方に放射された光は、基板４の上面のアノ
ード電極６が形成されていない領域から取り出される。
また、ＰＮ接合３から下方に放射された光は基板４の下
面で反射されて上方に向う。図１のメサ構造の発光素子
の傾斜面５は、ダイス型の発光素子の垂直な側面に比べ
てＰＮ接合３から放射された光に対する全反射の確率を
減少させる働きを有する。従って、図１の発光素子にお
いては、ＰＮ接合３から放射された光の一部が傾斜面５
を通り抜けて外部に取り出され、光出力の増大を図るこ
とができる。
型半導体領域２とを備え、両半導体領域１、２の界面に
形成されるＰＮ接合３を含む例えばＡｌＧａＡｓ半導体
基体４の側面に傾斜面５を設けたいわゆるメサ構造の半
導体発光素子即ち発光ダイオードは公知である。この半
導体発光素子において、半導体基体４の上面（一方の主
面）即ちＰ型半導体領域２の上面の一部にアノード電極
６が形成され、半導体基体４の下面（他方の主面）即ち
Ｎ型半導体領域２の下面に部分的にカソード電極７が格
子状又は点在するように形成されている。カソ−ド電極
７が部分的に設けられていると、半導体基体４の下面の
カソ−ド電極７が設けられていない部分で、下に向う光
を上方向に効率よく反射させることが可能になる。な
お、半導体基体４の露出表面は実質的に鏡面になってお
り、またＰＮ接合３は傾斜面５に露出している。図１の
半導体発光素子の光取り出し方向は上方向であり、ＰＮ
接合３から上方に放射された光は、基板４の上面のアノ
ード電極６が形成されていない領域から取り出される。
また、ＰＮ接合３から下方に放射された光は基板４の下
面で反射されて上方に向う。図１のメサ構造の発光素子
の傾斜面５は、ダイス型の発光素子の垂直な側面に比べ
てＰＮ接合３から放射された光に対する全反射の確率を
減少させる働きを有する。従って、図１の発光素子にお
いては、ＰＮ接合３から放射された光の一部が傾斜面５
を通り抜けて外部に取り出され、光出力の増大を図るこ
とができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１の
メサ構造の発光素子であっても十分なレベルの光出力を
得ることができないのが実情である。
メサ構造の発光素子であっても十分なレベルの光出力を
得ることができないのが実情である。
【０００４】そこで、本発明は、光出力を更に増大させ
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。
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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、第１導電型の第１の半導体領域と、ＰＮ接
合を形成するように前記第１の半導体領域に隣接してい
る第２導電型の第２の半導体領域とを有する半導体基体
と、前記半導体基体の一方の主面において前記第１の半
導体領域に接続された第１の電極と、前記半導体基体の
他方の主面において前記第２の半導体領域に接続された
第２の電極とを備え、前記一方の主面側に光を取り出す
ように構成され、且つ前記ＰＮ接合が前記半導体基体の
側面に露出するように形成された半導体発光素子におい
て、前記第２の半導体領域の側面の少なくとも一部が前
記ＰＮ接合から前記他方の主面に向って末広がりの傾斜
面に形成されており、前記第１の半導体領域の側面の少
なくとも一部が前記ＰＮ接合から前記一方の主面に向っ
て末広がりの傾斜面に形成されていることを特徴とする
半導体発光素子に係わるものである。
の本発明は、第１導電型の第１の半導体領域と、ＰＮ接
合を形成するように前記第１の半導体領域に隣接してい
る第２導電型の第２の半導体領域とを有する半導体基体
と、前記半導体基体の一方の主面において前記第１の半
導体領域に接続された第１の電極と、前記半導体基体の
他方の主面において前記第２の半導体領域に接続された
第２の電極とを備え、前記一方の主面側に光を取り出す
ように構成され、且つ前記ＰＮ接合が前記半導体基体の
側面に露出するように形成された半導体発光素子におい
て、前記第２の半導体領域の側面の少なくとも一部が前
記ＰＮ接合から前記他方の主面に向って末広がりの傾斜
面に形成されており、前記第１の半導体領域の側面の少
なくとも一部が前記ＰＮ接合から前記一方の主面に向っ
て末広がりの傾斜面に形成されていることを特徴とする
半導体発光素子に係わるものである。
【０００６】
【発明の作用及び効果】本発明による第１の半導体領域
の一方の主面方向への末広がりの傾斜面は、ＰＮ接合か
ら小さな角度で横方向成分を有するように放出された光
を一方の主面の方向に全反射させるために有効に作用
し、一方の主面からの光の取り出し量の増大に寄与す
る。
の一方の主面方向への末広がりの傾斜面は、ＰＮ接合か
ら小さな角度で横方向成分を有するように放出された光
を一方の主面の方向に全反射させるために有効に作用
し、一方の主面からの光の取り出し量の増大に寄与す
る。
【０００７】
【実施例】次に、図２〜図４を参照して本発明の実施例
に係わる半導体発光素子即ち発光ダイオードを説明す
る。この発光素子は、第１の半導体領域としてのＰ型半
導体領域１１と、第２の半導体領域としてのＮ型半導体
領域１２とから成る例えばＡｌＧａＡｓ半導体基体１３
を備えている。半導体基体１３の上面（一方の主面）１
４即ちＰ型半導体領域１１の上面の中央に第１の電極と
してのアノード電極１５が形成され、半導体基体１３の
下面（他方の主面）１６即ちＮ型半導体領域１２の下面
に第２の電極としてのカソード電極１７が格子状又は点
在するように形成されている。なお、カソ−ド電極１７
は例えば銀を含むペ−スト状導電性接着剤によって外部
の配線導体に接続される。この導電性接着剤は半導体基
体１３の下面のカソ−ド電極１７が設けられていない部
分にも付着し、下に向う光を上に反射させるために寄与
する。
に係わる半導体発光素子即ち発光ダイオードを説明す
る。この発光素子は、第１の半導体領域としてのＰ型半
導体領域１１と、第２の半導体領域としてのＮ型半導体
領域１２とから成る例えばＡｌＧａＡｓ半導体基体１３
を備えている。半導体基体１３の上面（一方の主面）１
４即ちＰ型半導体領域１１の上面の中央に第１の電極と
してのアノード電極１５が形成され、半導体基体１３の
下面（他方の主面）１６即ちＮ型半導体領域１２の下面
に第２の電極としてのカソード電極１７が格子状又は点
在するように形成されている。なお、カソ−ド電極１７
は例えば銀を含むペ−スト状導電性接着剤によって外部
の配線導体に接続される。この導電性接着剤は半導体基
体１３の下面のカソ−ド電極１７が設けられていない部
分にも付着し、下に向う光を上に反射させるために寄与
する。
【０００８】ＰＮ接合１８は半導体基体１３の上面１４
及び下面１６に対して平行に形成されているので、この
端は側面に露出している。半導体基体１３の側面の形状
はＰＮ接合１８の露出位置を境界にして変化している。
ＰＮ接合１８の露出位置よりも下方のＮ型半導体領域１
２の側面の上方部分はＰＮ接合１８から下面１６に向っ
て末広がりに形成された傾斜面１９となっている。ま
た、ＰＮ接合１８の露出位置よりも上方のＰ型半導体領
域１１の側面は、一対の傾斜面２０ａ、２０ｂと一対の
垂直面２１ａ、２１ｂとから成る。なお、Ｐ型半導体領
域１１の一対の傾斜面２０ａ、２０ｂはＰＮ接合１８か
ら上面１４に向って末広がりに形成されており、オーバ
ーハングな側面である。
及び下面１６に対して平行に形成されているので、この
端は側面に露出している。半導体基体１３の側面の形状
はＰＮ接合１８の露出位置を境界にして変化している。
ＰＮ接合１８の露出位置よりも下方のＮ型半導体領域１
２の側面の上方部分はＰＮ接合１８から下面１６に向っ
て末広がりに形成された傾斜面１９となっている。ま
た、ＰＮ接合１８の露出位置よりも上方のＰ型半導体領
域１１の側面は、一対の傾斜面２０ａ、２０ｂと一対の
垂直面２１ａ、２１ｂとから成る。なお、Ｐ型半導体領
域１１の一対の傾斜面２０ａ、２０ｂはＰＮ接合１８か
ら上面１４に向って末広がりに形成されており、オーバ
ーハングな側面である。
【０００９】Ｐ型半導体領域１１の側面即ちオーバーハ
ングな一対の傾斜面２０ａ、２０ｂと一対の垂直面２１
ａ、２１ｂはＰＮ接合１８から放射された光をほぼ全反
射即ち内部に反射させることが可能な鏡面になってい
る。Ｎ型半導体領域１２の末広がりの傾斜面１９は半導
体基体１３の下面１６で反射して上方に向う光の全反射
を阻止して光を外部に取り出すことができる粗面（微小
凹凸面）になっている。即ち、傾斜面１９はＰ型半導体
領域１１の傾斜面２０ａ、２０ｂ及び垂直面２１ａ、２
１ｂよりも凹凸の多い粗い面になっている。なお、図３
及び図４と図１との比較から明らかなように、本実施例
の発光素子は傾斜面１９を粗面としたこと、Ｐ型半導体
領域１１の側面をオーバーハングの傾斜面２０ａ、２０
ｂと垂直面２１ａ、２１ｂとにしたことにおいて図１の
従来の発光素子と相違し、その他は実質的に同一に構成
されている。
ングな一対の傾斜面２０ａ、２０ｂと一対の垂直面２１
ａ、２１ｂはＰＮ接合１８から放射された光をほぼ全反
射即ち内部に反射させることが可能な鏡面になってい
る。Ｎ型半導体領域１２の末広がりの傾斜面１９は半導
体基体１３の下面１６で反射して上方に向う光の全反射
を阻止して光を外部に取り出すことができる粗面（微小
凹凸面）になっている。即ち、傾斜面１９はＰ型半導体
領域１１の傾斜面２０ａ、２０ｂ及び垂直面２１ａ、２
１ｂよりも凹凸の多い粗い面になっている。なお、図３
及び図４と図１との比較から明らかなように、本実施例
の発光素子は傾斜面１９を粗面としたこと、Ｐ型半導体
領域１１の側面をオーバーハングの傾斜面２０ａ、２０
ｂと垂直面２１ａ、２１ｂとにしたことにおいて図１の
従来の発光素子と相違し、その他は実質的に同一に構成
されている。
【００１０】図２〜図４に示す形状の半導体基体１３を
形成する時には、１枚の半導体ウエハに複数の発光素子
を配列して設け、これ等の境界を選択的にエッチングす
る。即ち、各発光素子の周辺に相当する領域の上面に開
口を有するマスクを設け、開口を介して半導体基体をエ
ッチングする。本実施例では、Ｈ2 ＳＯ4 （硫酸）：Ｈ
2 Ｏ2 （過酸化水素）：Ｈ2 Ｏ（水）＝１：３：１の混
合液をエッチング液としてＡｌＧａＡｓ半導体基体１３
をエッチングした。このエッチング液を使用してＰ型の
ＡｌＧａＡｓから成るＰ型半導体領域１１のエッチング
をこの上面から進めると結晶方向の差によって一対の側
面がオーバーハングの傾斜面２０ａ、２０ｂとなり、別
の一対の側面がほぼ垂直な面２１ａ、２１ｂとなる。ま
た、このエッチング液によってＮ型半導体領域１２をエ
ッチングすると、図１のメサ構造と同様な傾斜面１９が
得られる。また、Ｐ型半導体領域１１の傾斜面２０ａ、
２０ｂ及び垂直面２１ａ、２１ｂは鏡面となり、Ｎ型半
導体領域１２の傾斜面１９は粗面となる。従って、図３
及び図４に示す傾斜面１９、オーバーハング傾斜面２０
ａ、２０ｂ、垂直面２１ａ、２１ｂを容易に得ることが
できる。なお、Ｎ型半導体領域１２の傾斜面１９の下の
垂直な側面は半導体ウエハのブレーキングによって生じ
た面である。
形成する時には、１枚の半導体ウエハに複数の発光素子
を配列して設け、これ等の境界を選択的にエッチングす
る。即ち、各発光素子の周辺に相当する領域の上面に開
口を有するマスクを設け、開口を介して半導体基体をエ
ッチングする。本実施例では、Ｈ2 ＳＯ4 （硫酸）：Ｈ
2 Ｏ2 （過酸化水素）：Ｈ2 Ｏ（水）＝１：３：１の混
合液をエッチング液としてＡｌＧａＡｓ半導体基体１３
をエッチングした。このエッチング液を使用してＰ型の
ＡｌＧａＡｓから成るＰ型半導体領域１１のエッチング
をこの上面から進めると結晶方向の差によって一対の側
面がオーバーハングの傾斜面２０ａ、２０ｂとなり、別
の一対の側面がほぼ垂直な面２１ａ、２１ｂとなる。ま
た、このエッチング液によってＮ型半導体領域１２をエ
ッチングすると、図１のメサ構造と同様な傾斜面１９が
得られる。また、Ｐ型半導体領域１１の傾斜面２０ａ、
２０ｂ及び垂直面２１ａ、２１ｂは鏡面となり、Ｎ型半
導体領域１２の傾斜面１９は粗面となる。従って、図３
及び図４に示す傾斜面１９、オーバーハング傾斜面２０
ａ、２０ｂ、垂直面２１ａ、２１ｂを容易に得ることが
できる。なお、Ｎ型半導体領域１２の傾斜面１９の下の
垂直な側面は半導体ウエハのブレーキングによって生じ
た面である。
【００１１】本実施例の発光素子は次の作用効果を有す
る。 （１） Ｐ型半導体領域１１のオーバーハングの一対の
傾斜面２０ａ、２０ｂは、ＰＮ接合１８から小さな角度
で横方向成分を有するように放出された光を上面１４の
方向に全反射させるために有効である。即ち、図３で破
線で示すようにＰＮ接合１８から横方向成分を有して放
射された光が傾斜面２０ｂで全反射して上面１４に至
り、ここから取り出される現象、及びＰＮ接合１８から
横方向成分を有して放射された光が上面１４で全反射し
て傾斜面２０ａに入射し、ここで再び全反射されて主面
１４に至り、ここから取り出される現象が生じ、光出力
の増大に寄与する。 （２） Ｎ型半導体領域１２の傾斜面１９は末広がり状
であって上方に向いている。このため、図３で破線で示
すようにＰＮ接合１８から下方に放射された光が半導体
基体１３の下面１６（例えば半導体基体１３のうちカソ
−ド電極１７が形成されていない部分と導電性接着剤と
の界面）で反射して生じた上方に向う光が傾斜面１９に
入射し、ここを通過して光出力となる。この時、傾斜面
１９が全反射を抑制する粗面となっているので、傾斜面
１９からの光の取り出し量が図１及び図２のような鏡面
の傾斜面５よりも多くなる。
る。 （１） Ｐ型半導体領域１１のオーバーハングの一対の
傾斜面２０ａ、２０ｂは、ＰＮ接合１８から小さな角度
で横方向成分を有するように放出された光を上面１４の
方向に全反射させるために有効である。即ち、図３で破
線で示すようにＰＮ接合１８から横方向成分を有して放
射された光が傾斜面２０ｂで全反射して上面１４に至
り、ここから取り出される現象、及びＰＮ接合１８から
横方向成分を有して放射された光が上面１４で全反射し
て傾斜面２０ａに入射し、ここで再び全反射されて主面
１４に至り、ここから取り出される現象が生じ、光出力
の増大に寄与する。 （２） Ｎ型半導体領域１２の傾斜面１９は末広がり状
であって上方に向いている。このため、図３で破線で示
すようにＰＮ接合１８から下方に放射された光が半導体
基体１３の下面１６（例えば半導体基体１３のうちカソ
−ド電極１７が形成されていない部分と導電性接着剤と
の界面）で反射して生じた上方に向う光が傾斜面１９に
入射し、ここを通過して光出力となる。この時、傾斜面
１９が全反射を抑制する粗面となっているので、傾斜面
１９からの光の取り出し量が図１及び図２のような鏡面
の傾斜面５よりも多くなる。
【００１２】
【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 （１） 半導体基体１３をＡｌＧａＡｓ以外の例えばＧ
ａＡｓ等の種々の半導体とすることができる。また、Ｐ
型半導体領域１１とＮ型半導体領域１２とを異なる半導
体にすることができる。 （２） Ｎ型半導体領域１２をＮ型又はＮ+ 型半導体基
板領域とこの上にエピタキシャル成長させたＮ型半導体
領域との組み合せにすることができる。また、Ｐ型半導
体領域１１も複数の半導体領域の組み合せとすることが
できる。 （３） 基体１３の下面１６に光の反射を助ける層を設
けることができる。また、光の反射を助ける粗面を設け
ることができる。 （４） Ｎ型半導体領域１２の傾斜面１９を特別に粗面
としない構成にすることができる。
く、例えば次の変形が可能なものである。 （１） 半導体基体１３をＡｌＧａＡｓ以外の例えばＧ
ａＡｓ等の種々の半導体とすることができる。また、Ｐ
型半導体領域１１とＮ型半導体領域１２とを異なる半導
体にすることができる。 （２） Ｎ型半導体領域１２をＮ型又はＮ+ 型半導体基
板領域とこの上にエピタキシャル成長させたＮ型半導体
領域との組み合せにすることができる。また、Ｐ型半導
体領域１１も複数の半導体領域の組み合せとすることが
できる。 （３） 基体１３の下面１６に光の反射を助ける層を設
けることができる。また、光の反射を助ける粗面を設け
ることができる。 （４） Ｎ型半導体領域１２の傾斜面１９を特別に粗面
としない構成にすることができる。
【図１】従来の発光素子を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例の発光素子の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
１１ Ｐ型半導体領域 １２ Ｎ型半導体領域 １９ 傾斜面 ２０ａ、２０ｂ オーバーハング傾斜面
Claims (1)
- 【請求項１】 第１導電型の第１の半導体領域と、ＰＮ
接合を形成するように前記第１の半導体領域に隣接して
いる第２導電型の第２の半導体領域とを有する半導体基
体と、 前記半導体基体の一方の主面において前記第１の半導体
領域に接続された第１の電極と、 前記半導体基体の他方の主面において前記第２の半導体
領域に接続された第２の電極とを備え、前記一方の主面
側に光を取り出すように構成され、且つ前記ＰＮ接合が
前記半導体基体の側面に露出するように形成された半導
体発光素子において、 前記第２の半導体領域の側面の少なくとも一部が前記Ｐ
Ｎ接合から前記他方の主面に向って末広がりの傾斜面に
形成されており、 前記第１の半導体領域の側面の少なくとも一部が前記Ｐ
Ｎ接合から前記一方の主面に向って末広がりの傾斜面に
形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26357396A JPH1093136A (ja) | 1996-09-11 | 1996-09-11 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26357396A JPH1093136A (ja) | 1996-09-11 | 1996-09-11 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1093136A true JPH1093136A (ja) | 1998-04-10 |
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ID=17391436
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| JP (1) | JPH1093136A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006109222A1 (en) * | 2005-04-13 | 2006-10-19 | Philips Intellectual Property & Standards Gmbh | Structured substrate for a led |
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| JP2015222826A (ja) * | 2010-07-22 | 2015-12-10 | ソウル バイオシス カンパニー リミテッドＳｅｏｕｌ Ｖｉｏｓｙｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 発光ダイオード |
-
1996
- 1996-09-11 JP JP26357396A patent/JPH1093136A/ja active Pending
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