JPS5873170A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

（］）発明の技術分野 本発明は半導体発光装置に関し、特に、光通信もしくは
計測、制御等において光源として使用される発光ダイオ
ード装置の樽故に関する。 （２）技術の背景 平面発光型の発光ダイオードにおいては放射強度分布工
（θ）が で表される。ＩＯは０−０（光軸方向）の放射強度であ
る。通常発光ダイオードに用いられる結晶では屈折率が
３以上と大きなため。 ■（θ）　＝　工（１ｃｓ＋６ と近似される。この余弦法則に従う光源はランバート光
源（拡散面光源もしくは等輝度光源ともいう）と呼ばれ
る。たとえばＩ　（６０’）　＝ＩＯ／２であり、指向
特性は悪い。このため、発光光を平行ビームにする、焦
点を結ばせる（点スポットにする）など、光ファイバと
の高効率結合や、計測・制御の用途に対しては、もしく
はインジケータとしてみかけの光源サイズを大きくする
などのためには、発光ダイオード素子の発光面上に光学
レンズの配設が不ｈ」欠である。 （３）従来技術と問題点 かかる光学レンズとして透明球が付加された発光ダイオ
ード素子の構成ＩＰ！１図に示す。 同図において、１１はＮ型ガリウムーアルンニウム・砒
素（Ｇａ”−ｘ　Ａｌｘ　Ａｓ　、　Ｘ＝０．５〜０．
２５　）層、１２はガリウム・砒素活性層、１３はＰ型
ガリウム・アルミニウム・砒素（ＧａＯＴＡ１０３Ａｓ
）ｊ曽、］４は二酸化／リコン（Ｓ１０χ）等か６なる
絶縁皮暎、１５Ｖ′ｉＮ側電極、１６はＰ側亀椿。 １７Ｆ′ｉＰ側電極兼故熱寛檜であるっそして１８ＨＮ
ｉｌｌｊ己Ｎ＞ガリウム・アルミニウム・砒素層１１表
向上に例えばエポキシ糸明脂等の明噌１９によって同定
されたガラス等からなる透明球である。 かかる構造ｅこ分いて、透明′ｆ＊Ｉ８がその中、１．
・と発光ダイオード系子の衣ｍＩにンよば車内な発六光
軛１Ｌとが一致するように、ＨつＮ４ノガリウム・アル
ミニウム・６比率層】１の屈折率をｎ（、とし、樹）（
斤］９のノ用折穎全ｎ１　とし、Ｎｇｙガリウム・アル
ミニウム・砒素層１１の表面から透明β）ζ］８の頂点
Ａ壕での１計を１１とし、更に屍光都２０からＮｕガリ
ウム・アルミニウム・ｔｉｈＸＩｍｚの衣…１までのｈ
＋！離ｉｏ　とする時に全党名ム２０から透明球の也点
Ａまでの１陥Ａ　ト”が→　　　　　ｎ １Ａｌ”ｌ−ユｔｏ＋　１、 とｌｌ７）ように、該発光タ゛イオード素子Ｊニジζ配
前固辱！さ７Ｌ　ｔＬげ、当肋イれ光ダイオード素子の
出力ｔ１は丸物】ＬとゝＦイ■すなわち次面１１ｔｃは
ぼ垂直な光として出力される。 ここでドぽ↑＆（脂（屈折ｉｎ＋）１９と透明球（１＋
＋ｔｌ［牽＋１７）　］　８とによる光学系の焦点の位
迩である。 しかじな−り；ら第２図に小されるようＶＣ５透明球】
８が千の中心を発光ダイオード素子の次面Ｉこほぼ車間
な光電光軸りから１−寄して配置固斬された場合前（・
こは、光ｔｂｌ＋　Ｌ　′　並びに出力光１′Ｐｉ　Ｆ
＋ＴＩ　Ｎ［ｌ薯、軸りと（は異った方向となる。この
之めかかる４鳴合１・Ｃは当該発光タイオード素子と九
ファイバ等の光伝送路との光ｑ的結合が良好に行ｌわれ
ない。 したが〕て、すＩＪ記秀明坪１８を発光ダイオード素子
衣［１１］・／）弁光光軸上ｅこ正確に自１１道固庸す
るためＶＣ，並びにｉ、亥透明体１８の沫Ｊ守並びに固
増全村なうために、イ丘貝が用いられるが、微小な４ｑ
明球全仏う′Ｎ３其の使用は作条を煩粗イヒしてしまっ
。 （４）発１す・の目的 木梵ゆ（はかかる透明球を廟する半導体兄九タイオード
素子金光放田用窓を廟する気密刺止谷器ＶＣ収各する除
、当に９気臂ｔ　！ｊｒ　４１粕齢からの放射光光がハ
Ｔ定の光軸Ｖこ沿って放射され侍る＠敢を彷供しようと
するものである。 （５）発明の画成 このため、不屈明に工れぼ、丸Ｊｎ　ｕ３用開［−］紮
倫えた′Ａ省月止谷七１叶わＣ，兄元＋１１１土Ｖこ透
明球が配設４れた半導体発光素子が収容されてなる半導
体発光装ｈ゛において、ｉ・ｊ記九故出１−１−１開口
が、少くともｊｉ！Ｊ　Ｆ＋に＃′：胃体発元素子側Ｖ
こ突ｍする勢がｊｆｔｌ状表［ＩｌｌをイＪするニア３
部杓によつ−ＣＣ１４ｔ

【てｌる半轡体発光装賑が抜し
くされる。 （６）発明の実施例 以下本）と明を失色ν（１ケもって杆軸に４兄ψ４する
、３第５図は４へ９．−明（・乙よる牛専俸冗芳；裟輿
の情り又をボテ。 １ム１区にｂ−いｔ、３１　ｒｉブ１えは１、−二ノケ
ル汀缶かりｈｖ衣市：かτメッキ延れ之谷器基体（ステ
１．　）１．１２を一ユＭ’ｌＩ　ｈ己各器へ体：目上
に載１錠され’Ｊｌｌ　卜４す１．・ツ・ｂｌｎ−、！
れて出Ｖ柊ンＮ基体に１ｒ・１増された／′リシンセ、
・よりなるシリコン（Ｓｉ）　Ｖプマウント、３３はＭ
’１４　ｊｉ己ブフ゛マウント３２上に軟質さ扛力＋１
ｐ＼欠１．九が加ｒｇ７１で固層されたづ６九タイオー
ド系子、３４１ま前記発光ダイオード素子３３の発′ｊ
′１．曲土にエポキシ糸「４４す」樹脂３５ＶＣよって
同★された例えはサファイアからなる透明球でおる。 かかる、・？４明坏３４は痺り述のり１」＜レンズを構
成する。ここでンリコンップマウント３２ｆま容器基体
３】と１１４１のくしと反応して金−シリコン合金が形
ｂλをれることによシ向あされ、舊た発光タイオードオ
、子３３はでの′ｌ１ｌＬ極全構成する金とシリ）　７
９７’マウ７１・３２とが反しシ、、　Ｌ’ｔ　＜？−
シリコン１５舎が形ｂｙ、されることによ一リｌｉ’ｉ
ｌ看される。 −ｔ　　ｉ　、　　、３ｂ、］、３６ｂｉよ狗す１１１
シ　谷＜ｔｔが’Ａ：　　３　　］　　Ｖこ肢けられた
真通孔ＶＣ，ガラス３７によって桶立ｍｌ　４　　’、
；　ノ１１−りＬ　）ｔｉ＋　’ｒ七先ン品子、　　３
　８　ａ、　　　３８ｂｉ＞↓悶′１」１外部接続端子
と発光ダイオード系子：３３の電極とを１１１気的に払
紺するリード紛でｂる。 ここでリード糾３゛８ｂは＾＋Ｊｇ已弁光ダイオード素
子３３が塔載固着さｔ］たサブマウント３２衣閣におい
て、＠光ダイオード素子３３の固潰部から導出蝋在され
た電極層に接鼾左されるっψに、３９に光砂埠１用開口
４０金有１〜て１紀容器基体３１に固着された気Ｗ）封
旧用肯（キヤ、プ）、４１け前記光放引用開［１４０を
刺止する例えばガラス材からなる窓Ｎ’Ｕで力る。かか
る気密封止用恰３９も例えば跣−二、ケル台金から＊成
され、る。 本発明によれば、前記窓部材４］が％例えば発光ダイオ
ード索子３３方向ＶＣ妹［１１状（こ凸とされ、当該発
光ダイオード素子３３から弁ぜらハ透明球３４甲を透過
した光に対してレンズ作用（効果）を早する。かかる窓
部ゼ４１ぴ）レンズ作鵬Ｖこよって、８１］記タ明〒木
３４ゲ透居した九に付して光軸の補正がなさ７１．る。 すなわち、第４図にボされるように、ＭンＦから傾角ψ
を山してｈｘ付了され、ノ出肋４・ｎ？イ〕する半球状
の透明体４５の例えば坊面に対し２人Ｉ′Ｉｔ角θ１で
入射した光は、該半球状透明体４５内にｊ？いて　θ＋
　’　（ｓｉｎθ１　’：：　Ｉ＋　３１１１θ３′）
に屈折し、当該半球状透明１杢４５の平面に入射角θ２
でヂリ運する。ナして当該牛坏状趨明１４．４５の平面
からψ（ｈｕ＋ψ’＝ｎ＜ｏ＋θ寞）の傾きをもって放
出される。 したがってψ〉ψ′　となり、＾ＩＩ配光源Ｐからの発
光角の仙きは減少して、透明体４５から放出される。 第５［ン１は５前陀千球状透明体４５（半径ｒ）のＪ目
点から距ｌｌｌ′ｉｔＺ峡れた位彎Ｐから角度（傾き）
ψをもってｒｉン出された光の、当該半球状透明体４５
辿づ後の角度ψノの値カ、す。（ただし、半球状透明体
４５の屈折率をｎ＝１．５とした。）同図において曲１
１４ａ、ｂ、ｃ、ｄはそれぞれ。 Ｚ／ｒ＝’０．５，１．０，１５，２．０　（ｆｃだし
Ｚ　ｒ、ｒ半球状ｒ・７明ｔ１〜のＪ貝点から光θ、ｌ
）テでの耐１岨、ｒに半球４．（キ明俸の曲率半径）と
した場合のψ′の変化を示す。 なお破線Ｓで示す１］（Ｌは、透明体４５が平村士板の
場合を示す。 同図から明らかかように、ψｌはψに７・Ｊシ明らかに
減少する。例えば７．　／　ｒ　＝＝　２．０とした場
合、ψ＝０〜５°の角度ズレＶこ７ｊ　して補正された
角度ψｌは０２°以下と／Ｊ％さい。また７、／、ｒ＝
１．５とした猶６・、鳥屋スレψ５−１７．５’筐−Ｃ
１神正、角度ψｌは２°以内Ｖこ納めること力；できる
。 なお、１１ｊ記半球状透明体の頂点力１ら、その曲率半
径ｒの１．５〜２倍の距離に光＠Ｐ力；配置されれば、
かかる半球状透叩」体は＃、画面状限らｔしず、回転双
曲面状の窓中面を有するものであってもよい。かかる回
転−双曲面状の窓出面を壱゛すとかで舞る。 また１本発明によれば、＠切＼のμ口く半球状透明体を
用いて隻・出バの放出角を神＋ｔＥｉ−侍る伸、、当該
Ｒ出光のｈν出やムカ（り角？み、イヒせしめることが
できる。すなわち的記第５凶カシら明ら力＼々ようにψ
がめるＩ＋ｔｉ以上Ｖこなるとψ’　ｌ’ｉｊ’ｊ　（
−）の顎き音生ずる。したがって、轟該半球状透明体全
透過した光Ｖｉ集束傾向を有する。 このため、前記第１図あるいは第２図に示される発光ダ
イオード素子構成おっては、平行な光栄（ビーム）を得
る之めには透明球の焦点に発光ダイオード素子の発光部
を位ｔＪｌ＋！ニジめる必要がおったものが、前記半球
状透明体の集束作用を第１１用すれば、前記透明球と発
光ダイオード素子との位置合わせを厳密に行がう必要性
が低下する。 （７）発明の効果 Ｖ上のように１本発明によれば１発光ダイオード素子と
当該発光ダイオード素子上に配設される透明球レンズ体
を含む半導体発光装置において、前記透明球レンズ体を
透過して傾斜し走光の光−、全補正することができ、目
つ当該光の拡がシｆ抑制することができ、約骸発光夕”
イオード素子の発芳光を惨めで不動に光７アイノ１等に
伝岸することができる。 なお前記実施例にあっては、気Ｖ！刺止用金に設けられ
た光放射用開口を封止する窓部材としめるいはメニスカ
スレンズを通用してもよいことはもちろんでおる。

【図面の簡単な説明】

＄１図及び第２図は、発光ダイオード本子上に透明球レ
ンズを前設する除の光軸の移動状態をｄ明する側面Ｍ、
第３図は本発明による半導体発光装置の構成を示す１チ
面図、第４図及び琳５１Ａは不発明による半導体発光装
置における光−の補正状態を示す曲線図（グラフ）であ
る。 図において、３１・・・簀器基体 ３３・・・発光ダイオード！子 ３４・・・透明球 ４１・・・窓部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光放出用開口を備えた気密刺止容器内に、発光面上に透
   明球が配設された半導体発光素子が収容されてなる半導
   体発光装置において、前記光放出用開口が、少くとも前
   記半導体発光素子側に突出する略球面状表面を有する窓
   部材によって刺止されてなることを％徴とする半導体発
   光装置。