JPWO2009069785A1 - 発光素子及び照明装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1および図2に示すように、本実施の形態の発光素子は、基板1上に、n型半導体層2a、発光層2bおよびp型半導体層2cから構成される半導体積層体2が形成されている。また、p型半導体層2c上には、第2の導電層として透明導電層3が形成されている。そして、この透明導電層3上には電極パッドとしてのp電極パッド7が形成されている。一方、n型半導体層2a上には、第1の導電層としてのn電極5が形成されている。n電極5には、外部から電流を注入するために、それぞれn電極パッド6が設けられている。n電極パッド6は、ワイヤーボンディングによって外部のパッケージの配線等と接続される。
c=−a・d+cmax(ただし、a>0,c>0)
と表すことができる。ここで、aは突起4同士の間の間隔cが距離dにより比例関数的に減少する割合を示し、cmaxはp電極パッド7に最も近い部位におけるcの値を示す。
c=cmax×bed(ただし、0<b<1,e>0)
と表すことができる。ここで、bは突起4同士の間の間隔cが距離dにより指数関数的に減少する割合を示し、eは任意の定数を示す。
半導体積層体2において、発光層2bは、n型半導体層2aとp型半導体層2cとの間に位置する。半導体層2としては、窒化ガリウムなどの窒化物半導体が挙げられる。例えば、n型半導体層2aが窒化ガリウム系化合物半導体層の場合、窒化ガリウム系化合物半導体層は、第1のn型クラッド層としてのGaN層および第2のn型クラッド層としてのIn0.02Ga0.98N層の積層体等から構成される。このn型半導体層2aの厚みは2μm〜3μm程度である。
本発明の実施態様における発光素子は、第1の導電層5および第2の導電層3を有する。なお、図1の場合、第1の導電層5はn型電極、および第2の導電層3は透明導電層3を示す。
第1の導電層5および第2の導電層3上には、それぞれn電極パッド6およびp電極パッド7が設けられている。ここで、電極パッドとは、それぞれ外部と電気的接続をとるための導線等を接続するものをいう。n電極パッド6とp電極パッド7としては、例えば、チタン(Ti)層、または、チタン(Ti)層を下地層として金(Au)層を積層したものを用いればよい。
図3に、本発明の第2の実施形態の発光素子を示す。第2の実施形態の発光素子は、第1の導電層および第2の導電層のいずれかが透明導電層であり、透明導電層の主面に多数の突起を有する。図3の場合、第2の導電層3が透明導電層であり、その主面上に多数の突起4が設けられている。図1に示す発光素子が半導体積層体2上に突起4が設けられているのに対して、図3に示す発光素子は、透明導電層上に突起4が設けられている点が異なり、それ以外は同様である。
第2の実施形態の発光素子を構成する半導体積層体2、第1の導電層5、第2の導電層3および電極パッド7は、第1の実施形態の発光素子と同様のものを用いる。
図6は、本実施形態の発光素子を具備する照明装置を示す図である。照明装置は、本実施形態の発光素子20を、シリコーン樹脂等の透明樹脂またはガラス等の透明部材21で覆う或いは内包する。照明装置は、透明部材21に蛍光体または燐光体が混入した構成であることが好ましい。透明部材21中に蛍光体または燐光体が存在することによって、発光素子から生じた紫外光または近紫外光を白色光等に変換することができる。なお、符号22は実装基体である。
以上より、図7に示すような、発光素子の光取り出し面を通過した光線の強度の分布が得られた。図7において、各ドットは1つの光線が通過した部位を示し、大きなドットは強度が大きいことを示す。
突起4が設けられていない以外は実施例1と同様にして図12の発光素子を作製し、光取り出し効率のコンピュータシミュレーションを行った。図12に比較例1の発光素子を示す。シミュレーションにより、図8に示すような、発光素子の光取り出し面を通過した光線の強度の分布が得られた。
突起17間の間隔が5μmで一定であること以外は実施例1と同様にして図13の発光素子を作製し、光取り出し効率のコンピュータシミュレーションを行なった。シミュレーションにより、図9に示すような、発光素子の光取り出し面を通過した光線の強度の分布が得られた。
図4に示す発光素子を用いてシミュレーションを行なった。n型窒化ガリウム系化合物半導体層2aの平面視形状は、正方形(340μm×340μm)である。p型窒化ガリウム系化合物半導体層2cの上面を覆うように、ITOから成る透明導電層3を形成した。その後、透明導電層3の上面の1つの角部に、p型窒化ガリウム系化合物半導体層2aと接続するp電極パッド7を形成した。なお、p電極パッド7は、100μm×100μmの正方形で、金(Au)からなる。さらに、基板1の一部を傾斜させ、基板1の傾斜面上の半導体積層体2の主面を非傾斜面に対して30度傾斜させた。
突起17間の間隔が10μmで一定であること以外は実施例2と同様にして図13の発光素子を作製し、光取り出し効率のコンピュータシミュレーションを行なった。シミュレーションにより、図10に示すような、発光素子の光取り出し面を通過した光線の強度の分布が得られた。
Claims (13)
- n型半導体層と発光層とp型半導体層とが積層され、前記発光層からの光が出射される主面に多数の突起を有する半導体積層体と、前記n型半導体層に接続される第1の導電層と、前記p型半導体層に接続される第2の導電層と、前記第2の導電層上に設けられ、外部と前記p型半導体層とを接続する電極パッドと、を具備する発光素子であって、
前記半導体積層体の前記主面は、前記電極パッドの近傍に位置する第1領域と、前記第1領域よりも前記電極パッドに対して離間し、前記第1領域が電極パッドとの間に介在するように設けられた第2領域と、を有し、前記突起の間隔は前記第1領域よりも前記第2領域で小さい発光素子。 - 前記突起の間隔は、前記電極パッドから離間するにしたがって小さくなる請求項1記載の発光素子。
- 前記突起の間隔は、前記電極パッドから離間するにしたがって、前記電極パッドからの間隔を変数として比例関数的または指数関数的に小さくなる請求項2記載の発光素子。
- 前記発光素子を平面視したときに、前記発光層のうち最も発光強度の大きい領域が前記電極パッドと重なる請求項1記載の発光素子。
- 前記n型半導体層、前記発光層および前記p型半導体層のうち、前記p型半導体層の電気抵抗が最も大きい請求項1記載の発光素子。
- 前記突起の先端が、凸型曲面または尖頭状である請求項1に記載の発光素子。
- 記半導体積層体の前記主面は、傾斜面を有する請求項1記載の発光素子。
- 前記傾斜面は、非傾斜面に対して10°〜80°の傾斜角度を有している請求項7記載の発光素子。
- 前記半導体積層体は、窒化ガリウム系化合物半導体から構成される請求項1記載の発光素子。
- 前記第2の導電層は透明導電層である請求項1記載の発光素子。
- 請求項1記載の発光素子と、
前記発光素子からの発光を受けて光を発する蛍光体および/または燐光体と、
を具備する照明装置。 - n型半導体層と発光層とp型半導体層とが積層される半導体積層体と、前記n型半導体層に接続される第1の導電層と、前記p型半導体層に接続される第2の導電層と、前記第2の導電層上に設けられ、外部と前記p型半導体層とを接続する電極パッドと、を具備する発光素子であって、
前記第1の導電層および前記第2の導電層のうち一方が、前記発光層からの光が出射される主面を有し、該主面に多数の突起を有する透明導電層であり、
前記透明導電層の前記主面は、前記電極パッドの近傍に位置する第1領域と、前記第1領域よりも前記電極パッドに対して離間した第2領域と、を有し、前記突起の間隔は前記第1領域よりも前記第2領域で小さい発光素子。 - 請求項12記載の発光素子と、
前記発光素子からの発光を受けて光を発する蛍光体および/または燐光体と、
を具備する照明装置。
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