JPS59205774A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
- Publication number
- JPS59205774A JPS59205774A JP58080375A JP8037583A JPS59205774A JP S59205774 A JPS59205774 A JP S59205774A JP 58080375 A JP58080375 A JP 58080375A JP 8037583 A JP8037583 A JP 8037583A JP S59205774 A JPS59205774 A JP S59205774A
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- JP
- Japan
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- type
- emitting
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L33/20—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
- H01L33/24—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 of the light emitting region, e.g. non-planar junction
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光通信用の発光源として有用な半導体発光素子
に関する。近年、中距離間の光通信用の発光源として発
光ダイオードが重要になってきている。ところで、発光
ダイオードは素子内部においては全方向にはぼ均一に発
光している。ところが、発光ダイオードを構成している
半導体結晶は屈折率が大きいため、結晶から結晶外部へ
出る光に対する臨界角が小さい。そのため、光のと多出
し面、すなわち発光面が平面である場合、内部の発光の
極一部しか外部にとシ出せない。発光の半導体素子の外
部へのとシ出し効率を向上することによシ発光ダイオー
ドの外部量子効率をあげることは発光ダイオードの高光
出力化を図る上で１要であ）、外部量子効率化を図る試
みがこれまでにいくつかなされてきた。
に関する。近年、中距離間の光通信用の発光源として発
光ダイオードが重要になってきている。ところで、発光
ダイオードは素子内部においては全方向にはぼ均一に発
光している。ところが、発光ダイオードを構成している
半導体結晶は屈折率が大きいため、結晶から結晶外部へ
出る光に対する臨界角が小さい。そのため、光のと多出
し面、すなわち発光面が平面である場合、内部の発光の
極一部しか外部にとシ出せない。発光の半導体素子の外
部へのとシ出し効率を向上することによシ発光ダイオー
ドの外部量子効率をあげることは発光ダイオードの高光
出力化を図る上で１要であ）、外部量子効率化を図る試
みがこれまでにいくつかなされてきた。
その１つに、裏面側に光を反射する反射面として凹面鏡
状の接合界面を有するものがある。第１図に模式図を示
す。半導体基板上に凹型の穴を形成し、その上にキャリ
アの閉じ込め層１０．活性層１１をエピタキシャル成長
し、さらにその上にキャリアの閉じ込め層１２を４０〜
５０μｍ と厚く成長する。その後、半導体基板のみ選
択エツチングで除去し、凸型のエピタキシャル層に反射
電極１３を形成するものである。また、反射電極によシ
外部量子効率を上げる方法の他に、光のとシ出し面にド
ーム型レンズ面を形成し、外部に出る発光の放射角の範
囲を拡大することにより外部量子効率をあげる方法があ
る。
状の接合界面を有するものがある。第１図に模式図を示
す。半導体基板上に凹型の穴を形成し、その上にキャリ
アの閉じ込め層１０．活性層１１をエピタキシャル成長
し、さらにその上にキャリアの閉じ込め層１２を４０〜
５０μｍ と厚く成長する。その後、半導体基板のみ選
択エツチングで除去し、凸型のエピタキシャル層に反射
電極１３を形成するものである。また、反射電極によシ
外部量子効率を上げる方法の他に、光のとシ出し面にド
ーム型レンズ面を形成し、外部に出る発光の放射角の範
囲を拡大することにより外部量子効率をあげる方法があ
る。
前者においては凹型を基板に加工するため反射面の形成
が比較的容易である。しかし、厚膜の結晶成長に結晶性
を制御するだめの高い技術の要求されること、また、成
長に長時間を要するという問題点があった。また、後者
においては、素子の組み立ての際に発光表面に外傷を与
えるだけで外部量子効率が下がってしまう。
が比較的容易である。しかし、厚膜の結晶成長に結晶性
を制御するだめの高い技術の要求されること、また、成
長に長時間を要するという問題点があった。また、後者
においては、素子の組み立ての際に発光表面に外傷を与
えるだけで外部量子効率が下がってしまう。
本発明の目的は、上記の問題を解決し外部量子効率が良
く、高出力の半導体発光素子を提供することである。
く、高出力の半導体発光素子を提供することである。
本発明は、面発光型半導体発光素子中の結晶内部の発光
部を焦点とし、この焦点に対し凹のフレネルレンズ型曲
面を有する光出射面又は光反射面を備えた構造とし、発
光ダイオードの外部童子効率を高めるものである。
部を焦点とし、この焦点に対し凹のフレネルレンズ型曲
面を有する光出射面又は光反射面を備えた構造とし、発
光ダイオードの外部童子効率を高めるものである。
以下、本発明について一実施例を示しながら説明する。
第２図（ａ）は、本実施例の発光ダイオードの構造を示
す断面模式図である。また、第２図（ｂ）は素子内のフ
レネルレンズ面を上から見た図である。まず、半導体基
板２０のｎ型ＩｎＰの上に、バッファ一層のｎ型ＩｎＰ
２１ 、活性層のＩｎ１−ｘＧａｘＡｓｌ−ｙ ｐｙ
（ｘ：ｏ、２５ 、 ｙ”？０．５６ ） ２２、第
３の半導体層のＰ型工ｎＰ２３の各層を１〜２μｍ程度
ずつ成長する。さらに、第４の半導体層２４のＰ型Ｉｎ
ＰまたはＰ型ＧａＸＩｎ１−、ＰｙＡａ＋−ｙ （ｘ’
：：０．２ 、 ｙ’！０．４ ）を数μｍ程度成長す
る。そして、成長した結晶を公知のマスクレスイオンビ
ームプロセス法ニよって第４の半導体層表面 をフレネ
ルレンズ型曲面２６に形成する。次にＰ側電極２５とｎ
側電極部２７を除いたフレネルレンズ型曲面と該曲面の
周辺２８に、Ｓｉｎ、などの透明絶縁膜２９をＣＶＤ法
によって数千＾形成する。そして電極部、Ｓ ｔｏ。
す断面模式図である。また、第２図（ｂ）は素子内のフ
レネルレンズ面を上から見た図である。まず、半導体基
板２０のｎ型ＩｎＰの上に、バッファ一層のｎ型ＩｎＰ
２１ 、活性層のＩｎ１−ｘＧａｘＡｓｌ−ｙ ｐｙ
（ｘ：ｏ、２５ 、 ｙ”？０．５６ ） ２２、第
３の半導体層のＰ型工ｎＰ２３の各層を１〜２μｍ程度
ずつ成長する。さらに、第４の半導体層２４のＰ型Ｉｎ
ＰまたはＰ型ＧａＸＩｎ１−、ＰｙＡａ＋−ｙ （ｘ’
：：０．２ 、 ｙ’！０．４ ）を数μｍ程度成長す
る。そして、成長した結晶を公知のマスクレスイオンビ
ームプロセス法ニよって第４の半導体層表面 をフレネ
ルレンズ型曲面２６に形成する。次にＰ側電極２５とｎ
側電極部２７を除いたフレネルレンズ型曲面と該曲面の
周辺２８に、Ｓｉｎ、などの透明絶縁膜２９をＣＶＤ法
によって数千＾形成する。そして電極部、Ｓ ｔｏ。
膜上に反射率の高い金属、例えばＡｕなどの膜２１０を
形成する。上記の方法で加工されたウェハーを素子化す
る。
形成する。上記の方法で加工されたウェハーを素子化す
る。
上記の構造中のフレネルレンズ型の反射面を介し、活性
層からの発光がｎｆｉの光のとシ出し面２１２よシ外部
へとシ出される。その結果、本例によれば、活性層にお
ける反射光の再吸収を考慮しても、発光ダイオードの外
部量子効率を反射電極のないものに比べ１．７ ｄＢに
高めることができる。
層からの発光がｎｆｉの光のとシ出し面２１２よシ外部
へとシ出される。その結果、本例によれば、活性層にお
ける反射光の再吸収を考慮しても、発光ダイオードの外
部量子効率を反射電極のないものに比べ１．７ ｄＢに
高めることができる。
本発明によれば、フレネルレンズ型曲面の反射面を介し
て、反射曲面が平面である場合よシも、より広い範囲の
発光が外部へとシ出される。また、フレネルレンズ型曲
面は多数の小さな曲面から成っているため、−放物曲面
と比べ、曲面を形成するための厚膜成長が必要となるこ
ともない。また、本発明による発光ダイオードの構造は
フレネルレンズ型曲面を形成する他に、素子の作成上の
プロセスにおける大きな変化はなく、はぼ従来の手段で
作成できる。本発明は前記で一実施例をあげた、Ｉ ｎ
Ｐ ／Ｉｎ ＧａＡｓＰ系の発光素子のみでなく、他の
［Ｘ化合物にも適用できる。また、例にあげたものはｐ
側を下に融着面とし、ｎ側を上に光のとシ出し而とした
が、ｎ側とｐ側の上下を逆にしたものについても適用で
き、また光とシ出し面のみ、あるいは反射電極と光とシ
出し面にもフレネルレンズを形成する事によシ集光効率
を高められることは云のまでもない。。
て、反射曲面が平面である場合よシも、より広い範囲の
発光が外部へとシ出される。また、フレネルレンズ型曲
面は多数の小さな曲面から成っているため、−放物曲面
と比べ、曲面を形成するための厚膜成長が必要となるこ
ともない。また、本発明による発光ダイオードの構造は
フレネルレンズ型曲面を形成する他に、素子の作成上の
プロセスにおける大きな変化はなく、はぼ従来の手段で
作成できる。本発明は前記で一実施例をあげた、Ｉ ｎ
Ｐ ／Ｉｎ ＧａＡｓＰ系の発光素子のみでなく、他の
［Ｘ化合物にも適用できる。また、例にあげたものはｐ
側を下に融着面とし、ｎ側を上に光のとシ出し而とした
が、ｎ側とｐ側の上下を逆にしたものについても適用で
き、また光とシ出し面のみ、あるいは反射電極と光とシ
出し面にもフレネルレンズを形成する事によシ集光効率
を高められることは云のまでもない。。
第１図は従来技術による例を断面模式図で示したもので
ある。１０・・・第１の半導体層、１１・・・第２の半
導体層、１２・・・第３の半導体層、１３・・・反射電
極、第２図（ａ） 、 （ｂ）は本発明の一実施例を示
す図である。２０・−Ｉ−基板、２１・・・第１の半導
体層（ＩｎＰ）、２２−・第２の半導体ノー（ＧａｘＩ
ｎｌ−２ＰｙＡｓ＋−ｙ 、 ｘ？ｏ、２５ 、 ｙ”
？０．５６ ）、２３−・・第３の半導体層（ＩｎＰ
）、２４・・・第４の半導体層（ＩｎＰまたはＧａｘ
Ｉｎｋ、 ＰｙＡｇｌ−ｙ−、ｘ〜ｏ、２ 、 ｙＡ７
（１４） 、２５−ｐ１１！Ｉ電極、２６・・・反射面
、２７・・・ｎ側電極、２８・・・図を示した一実施例
を下から見た図である。 、７ｉ−７圓 牙 ２０
ある。１０・・・第１の半導体層、１１・・・第２の半
導体層、１２・・・第３の半導体層、１３・・・反射電
極、第２図（ａ） 、 （ｂ）は本発明の一実施例を示
す図である。２０・−Ｉ−基板、２１・・・第１の半導
体層（ＩｎＰ）、２２−・第２の半導体ノー（ＧａｘＩ
ｎｌ−２ＰｙＡｓ＋−ｙ 、 ｘ？ｏ、２５ 、 ｙ”
？０．５６ ）、２３−・・第３の半導体層（ＩｎＰ
）、２４・・・第４の半導体層（ＩｎＰまたはＧａｘ
Ｉｎｋ、 ＰｙＡｇｌ−ｙ−、ｘ〜ｏ、２ 、 ｙＡ７
（１４） 、２５−ｐ１１！Ｉ電極、２６・・・反射面
、２７・・・ｎ側電極、２８・・・図を示した一実施例
を下から見た図である。 、７ｉ−７圓 牙 ２０
Claims (1)
- 発光領域となる活性層を含む多層構造を備え、層の主面
に垂直な方向に光を取）出す面発光型半導体素子におい
て、少なくとも光出射面、もしくはこの光出射面に対向
する光反射面のどちらか一方が、発光領域を焦点として
この発行領域に凹なる７レネルレンズ型のレンズ面から
な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 |
|---|---|---|---|
| JP58080375A JPS59205774A (ja) | 1983-05-09 | 1983-05-09 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58080375A JPS59205774A (ja) | 1983-05-09 | 1983-05-09 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59205774A true JPS59205774A (ja) | 1984-11-21 |
Family
ID=13716528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58080375A Pending JPS59205774A (ja) | 1983-05-09 | 1983-05-09 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59205774A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62101251U (ja) * | 1985-12-12 | 1987-06-27 | ||
| JPS62184764U (ja) * | 1986-05-14 | 1987-11-24 | ||
| JPS6333877A (ja) * | 1986-07-29 | 1988-02-13 | Omron Tateisi Electronics Co | 光半導体装置 |
| JPS6338272A (ja) * | 1986-08-04 | 1988-02-18 | Omron Tateisi Electronics Co | 光半導体装置 |
| JPH02119275A (ja) * | 1988-10-28 | 1990-05-07 | Nec Corp | 発光ダイオード |
| EP0895293A3 (en) * | 1993-11-02 | 1999-05-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device comprising an aggregate of semiconductor micro-needles |
| EP1221722A1 (en) * | 2001-01-06 | 2002-07-10 | Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw | Highly efficient paraboloid light emitting diode |
| EP1221725A1 (en) * | 2001-01-04 | 2002-07-10 | Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw | Highly efficient paraboloid light emitting diode |
| US6734451B2 (en) | 1993-11-02 | 2004-05-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Aggregate of semiconductor micro-needles and method of manufacturing the same, and semiconductor apparatus and method of manufacturing the same |
| US6897488B2 (en) | 2000-11-06 | 2005-05-24 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Radiation-emitting chip |
| JP2009010435A (ja) * | 2001-03-30 | 2009-01-15 | Philips Lumileds Lightng Co Llc | 光取出率を改善するための発光デバイスにおける光学エレメントの形成 |
| EP2256812A1 (en) * | 2009-05-25 | 2010-12-01 | Nxp B.V. | Semiconductor device for increasing output power of a light emitting unit |
| CN102537832A (zh) * | 2010-12-29 | 2012-07-04 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 菲涅尔透镜及使用该菲涅尔透镜的灯具 |
| WO2019110009A1 (zh) * | 2017-12-07 | 2019-06-13 | 京东方科技集团股份有限公司 | 光学透镜、眼镜及显示装置 |
-
1983
- 1983-05-09 JP JP58080375A patent/JPS59205774A/ja active Pending
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6177291B1 (en) | 1993-11-02 | 2001-01-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of making aggregate of semiconductor micro-needles |
| US6087197A (en) * | 1993-11-02 | 2000-07-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Aggregate of semiconductor micro-needles and method of manufacturing the same, and semiconductor apparatus and method of manufacturing the same |
| EP0895293A3 (en) * | 1993-11-02 | 1999-05-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device comprising an aggregate of semiconductor micro-needles |
| EP0892445A3 (en) * | 1993-11-02 | 1999-05-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device comprising an aggregate of semiconductor micro-needles |
| US6489629B1 (en) | 1993-11-02 | 2002-12-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Aggregate of semiconductor micro-needles and method of manufacturing the same, and semiconductor apparatus and method of manufacturing the same |
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| JP2012156566A (ja) * | 2001-03-30 | 2012-08-16 | Philips Lumileds Lightng Co Llc | 光取出率を改善するための発光デバイスにおける光学エレメントの形成 |
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| WO2019110009A1 (zh) * | 2017-12-07 | 2019-06-13 | 京东方科技集团股份有限公司 | 光学透镜、眼镜及显示装置 |
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