TWI305427B - - Google Patents

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1305427 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種半導體發光元件，其通過基板取出產 生於發光層之光。 【先前技術】 圖11係先前之普通的半導體發光元件之側視圖。 如圖11所示，該半導體發光元件，包括：具有透光性之 基板100’包含N型半導體層101、發光層1〇2、及P型半導體 層103之多層構造體104;因由設於P型半導體層1〇3上之p 電極105、與設於基板100上之N電極106施加電壓，故而該 半導體發光元件係使發光層通電並使其發光者。 一般而言，半導體發光元件中所使用之基板100與其外部 之間的折射率存在較大之差。因此，自發光層102產生之光 於基板100内反覆進行全反射，並如箭頭所示，於基板1〇〇 中前進較長距離。 然而，基板100之光吸收率並非為0，因此若於基板100 中前進較長距離，會導致較大的能量損失，光之取出效率 降低。因此，為解決該問題，揭示有一種半導體發光元件， 其注重基板之形狀，使一部分光不於基板中全反射而將其 取出（例如’參照專利文獻1及專利文獻2)。 圖12係專利文獻1所揭示之半導體發光元件的側視圖。 如圖12所示，該半導體發光元件中，於基板100之側面， 設有相對於發光層102(於圖12中省略）成斜角之傾斜面 100a。因此，來自發光層1〇2之光如箭頭所示，易於自基板 110780.doc 1305427 射出’從而可提高光之取出效率。 圖13係專利文獻2所揭示之半導體發光元件的側視圖。 如圖13所示，於該半導體發光元件中，夾有多層構造體 於兩側設置基板1〇〇 ’將該等基板之側面作為相對於 發光層102(於圖13中省略）成斜角之傾斜面1〇扑。因此，來 自發光層102之光如箭頭所示，易於自基板1〇〇射出，從而 可提高光之取出效率。 鲁然而，專利文獻1或專利文獻2所揭示之半導體發光元件 中，於基板上設有N電極，故而，來自發光層之光於N電極 處受到全反射或吸收，且使得光之取出效率降低。因此， 近年來，揭示有於多層構造體側，即發光層側設有N電極之 半導體發光元件（例如，參照專利文獻3)。 圖Η係專利文獻3所揭示之半導體發光元件的側視圖。 如圖14所示，該半導體發光元件中，於基板1〇〇形成有多 層構造體104後，藉由蝕刻等除去P型半導體層1〇3以及發光 Φ 層102之一部分’並使N型半導體層1〇1之一部分露出，於該 處形成N電極106。因此，因不存在於基板上反射或吸收光 之情形，故而可提高光之取出效率。 進而’於專利文獻3中’亦揭示有以下技術，其因形成長 方形之P型電極’並將該等排列於p型半導體層上，故可使 電流有效地流動於整個發光層、並使發光效率提高。 【專利文獻1】特開平10-341035號公報 【專利文獻2】特表2〇〇3_523635號公報 【專利文獻3】特開2003-243 708號公報 110780.doc 1305427 [發明所欲解決之問題] 如上所述，㈣文獻1、2所記載之半導體發光元件於基 板上設有N電極，㈣自發光層之光為_極所反射或吸 收，光之取出效率降低。 另方面，專利文獻3中所記載之p型電極形成長方形且 將該等排列於P型半導體層上之技術，可使來自發光層之發 光ΐ本身上升，但無法有效取出來自發光層之光。 本發明係雲於上述情形所完成者，#目的在於提供-種 可自基板有效取出產生於發光層中之光的半導體發光元 件。 【發明内容】 為解決上述課題並達成目的，本發明之半導體發光元件 作為一態樣，包括：具有透光性之基板；設於上述基板之 面側，並藉由通電而發光之發光層；及設於上述基板之 一面側或另一面側，並使上述發光層通電之一對電極；於 上述基板之另一面側形成有取出來自上述發光層之光之槽 部。 [發明之效果] 根據本發明，可自基板有效取出發光層中產生之光。 【實施方式】 以下，一面參照圖式一面對本發明之一實施形態進行說 明。 (半導體發光元件之結構） 圖1係本發明之一實施形態之半導體發光元件的立體 110780.doc 1305427 圖，圖2係同實施形態之半導體發光元件之側視圖，圖3係 同貫細< 形態之半導體發光元件之平面圖。 如圖1所示，該半導體發光元件包含具有透光性之基板 10。作為基板10之材料，使用GaP(折射率：3·23)等單晶。 該基板10呈扁平矩形塊狀，其一方之主面形成使光自下述 發光層23入射至基板10内之入射面u，另一方之主面則形 成使入射至基板10内之光射出之出射面12。再者，於本實 施狀態中，將基板10之尺寸設為約8〇() μιηχ8〇〇 μιηχ23〇 pm。 於基板10之出射面12中，為了自基板有效地取出光，而 設有槽部13及缺口部14。其中，槽部13係由隨著自發光層 23偏離而傾斜於基板10之外側之兩個傾斜面15所構成，且 於基板ίο之中央部形成為平面十字狀。又，缺口部14係由 fk著自發光層23偏離而傾斜於基板1 〇之中心侧的傾斜面玉6 所構成，且於基板10之外緣部形成平面框狀。繼而，該等 傾斜面15及傾斜面16係藉由與發光層23大致平行之非傾斜 面1 7而連接。 再者，於本實施形態中，將槽部13及缺口部14之深度設 為約165 μηι，將傾斜面15、16之角度設為相對於與發光層 23成直角的面約成35度，即相對於發光層23約成55度（35度 之餘角）。 於基板10之入射面11上，形成有多層構造體2〇。該多層 構造體20自基板1 〇側，依次具有Ν型半導體層2丨、及ρ型半 導體層24,且Ν型半導體層21與ρ型半導體層之結合部分形 成為發光層23。 110780.doc 1305427 其中’自基板10之出射面12侧觀察，p型半導體層24形成 為，於未與槽部13及缺口部14重合之4個區域内，收容於上 述非傾斜面17之内側。藉此，發光層23與P型半導體層24 相同’自基板10之出射面12側觀察’形成於槽部ι3及缺口 部14所存在之區域外。 再者’於本實施形態中’將發光層23之尺寸設為155 μηι><155 μπι。又，關於N型半導體層21與P型半導體層24之 材料’例如使用111〇31?(折射率：3.1〜3.5)。 於Ν型半導體層21之基板10之相反側的面上，除去ρ型半 導體層24所存在之區域而形成有Ν電極22，於Ρ型半導體層 24之基板1 〇之相反側的面上形成有ρ電極25。 於具有上述結構之半導體發光元件中，若對Ν電極22及Ρ 電極25施加電壓，則發光層23通電，自發光層23整體產生 放射狀之光。來自發光層23之光，自基板1〇之入射面η入 射至基板10内，並於基板10内向各方向前進後，自基板1〇 之出射面12 ’具體而言係自傾斜面15、傾斜面16、及非傾 斜面17射出。 此時，傾斜面15、傾斜面1 6、及非傾斜面17與發光層2 3 對向，故自發光層23產生之放射狀之光，多數係相對於基 板10之出射面12以非全反射角之角度入射。因此，基板1〇 内全反射之光與發光層23所產生之光的比例減小，從而可 有效地取出入射至基板1〇内之光。 (與其它基板形狀之比較） 圖4係不包含槽部及缺口部之第1半導體發光元件模型之 110780.doc • 10· 1305427 側視圖，圖5係不包含槽部之第2半導體發光元件模型之側 視圖’圖6係本實施形態之半導體發光元件之侧視圖。再 者’於圖4〜圖6中，箭頭a〜e表示來自發光層之光。 再者，第1、第2半導體發光元件模型裝入矽樹脂（折射 率：1.43)，基板之尺寸係800 μιηχ800 μπιχ230 μιη發光層之 尺寸係31〇μιηΧ31〇μηι。又’發光層大致形成於基板之中央 部。 第1半導體發光元件模型如圖4所示，多數光於基板31内 全反射。相對於此，第2半導體發光元件模型中，因受到缺 口部14a之影響，如圖5所示，於基板41内全反射之光稍有 減少，幾乎未反射而自基板41射出之光（箭頭a或箭頭b)有所 增加。然而’依然存在多數於基板41内全反射之光。相對 於此，本實施形態之半導體發光元件中，因受到槽部13之 影響，如圖6所示，於基板10内全反射之光進而有所減少， 第2半導體發光元件模型中全反射之光（箭頭c或箭頭d)亦未 經反射而出射。 圖7係表示第1半導體發光元件模型、第2半導體發光元件 模型、及本實施形態之半導體發光元件中之光之取出效率 的圖。再者，圖中縱軸係表示將第丨半導體發光元件模型中 之光的取出效率設為丨時之取出效率比。 如圖7所示，本實施形態之半導體發光元件中之光的取出 效率與第卜第2半導體發光元件模型相比，為相當大之值。 藉由該比較’利用於基板1〇之出射面。設置槽和及缺口 部14，而可確認光之取出效率有飛躍性的增大。 110780.doc 1305427 (傾斜面1 5 ' 16之角度之比較） 圖8係表示相對於同一實施形態中之傾斜面i5、i6相對於 與發光層23成直角的面所成之角《、與光之取出效率之間 的關係的圖。再者，圖中橫軸係傾斜面15、16之角度，二 軸係傾斜面15、16之角度為35度時將光之取出效率^為玉 時之取出效率比。 如圖8所示，可知傾斜面15、16相對於與發光層^成直角 的面所成之角度’於20度〜50度之範圍内，可獲得較高之取 出效率。然而，該傾斜面！5、16相對於與發光層23成直角 的面所成之角度，相當於傾斜面15、16與發光層23所成角 度的餘角。因此，傾斜面15、16與發光層23所成之角度於 4〇度〜70度（20度〜50度之餘角）之範圍内，可獲得較高的光 之取出效率。 如此般，關於本實施形態之基板尺寸，將傾斜面i5、16 之角度設為35度（即，相對於發光層23約成55度），從而可確 認能夠獲得較高之取出效率。其中，於本比較中，根據本 實施形態之基板尺寸進行計算，故若基板尺寸變化，則角 度範圍產生若干的差異。 (本實施形態之作用） 本實施形態之半導體發光元件中，於基板1〇之出射面 12，藉由相對於與發光層23正交之面成35度（即，相對於發 光層23約成55度）斜角之傾斜面15、16，而設有槽部13及缺 口部14。繼而，自基板1〇之出射面12侧觀察，於槽部^及 缺口部14之存在區域外，設有發光層23。 I10780.doc •12- 1305427 因此，自各發光層23出射之多數光，相對於設於基板1〇 之出射面12的各傾斜面15、16，以非反射之角度入射，故 而基板10内之反射量有減少，從而可提高光之取出效率。 又，因將傾斜面15、16之角度設為約35度，故無需使用 角度較大之切割刀，即，可使用7〇度之切割刀，因此可容 易形成槽部13及缺口部14。 再者，本發明並非僅限於上述實施形態，例如，如圖9 • 及圖1〇所示，於基板10之出射面12之縱橫向上各形成兩個 槽部13a，亦可於槽部13a及上述缺口部14存在的區域外配 置發光層23a。 又，於本實施形態中，將槽部13之形狀設為v字狀，但並 非僅限於此，例如，亦可組合曲面與傾斜面而構成，亦可 組合多個不同角度之傾斜面而構成。 進而，於本實施形態中，使用GaP作為基板丨〇之材料，但 並非僅限於此。又，使用InGaAIP作為N型半導體層21、及 眷 P型半導體層24之材料，但並非僅限於此，可為能狗作為半 導體層使用之任一種材料。 又於本貫施形態中，於1個基板10上形成槽部及缺口 邛14而可獲得上述基板形狀，但並非僅限於此，亦可將半 導體發光元件針對發光層23進行分割，且對該等進行排列 從而形成為上述基板形狀。如此，可根據使用者之用途， 而改變半導體發光元件之大小。 本發明並非僅限於上述實施形態，於實施階段中可在不 扁離其不θ之範圍内，對其結構要素僅變形並使其具體 110780.doc •13- 1305427 化 又’藉由對上述實施形態所揭示之夕y 適當之組合，可形成多種發明。例如，;:個結構要素進行 態所揭示之全部結構要素中刪除幾個社構Z上述實施形 ^ . 、。偁要素。進而，亦 可適备組合不同實施形態中所使用之結構要素。 【圖式簡單說明】 ' 圖1係本發明之一實施形態之半導體發光元件的立體圖。 圖2係同一實施形態之半導體發光元件的側視圖。

圖3係同一實施形態之半導體發光元件的平面圖。 圖4係不包含槽部及缺口部之第1半導體發光元件模型之 側視圖。 圖5係不包含槽部之第2半導體發光元件模型的侧視圖。 圖6係本實施形態之半導體發光元件之側視圖。 圖7係表示第丨半導體發光元件模型、第2半導體發光元件 模型、及本實施形態之半導體發光元件中的光之取出效率 的圖。 圖8係表示同一實施形態之傾斜面相對應與發光層垂直 的面所成的角度、與光之取出效率之間的關係的圖。 圖9係同一實施形態之變形例中半導體發光元件之側視 圖。 圖1 0係同一實施形態之變形例中半導體發光元件之平面 圖。 圖π係先前之普通的半導體發光元件之侧視圖。 圖12係專利文獻1所揭示之半導體發光元件之側視圖。 圖13係專利文獻2所揭示之半導體發光元件之侧視圖。 110780.doc -14· 1305427 圖14係專利文獻3所揭示之半導體發光元件之側視圖。 【主要元件符號說明】

10 基板 11 入射面 12 出射面 13 槽部 13 槽部 14 缺口部 15 傾斜面 16 傾斜面 17 非傾斜面 22 N電極 23 發光層 23a 發光層 25 P電極 14 傾斜面 15 傾斜面 110780.doc -15 -

Claims (1)

1305427 十、申請專利範圍： 1· 一種半導體發光元件，其特徵在於包括： 具有透光性之基板； 設置於上述基板之-面侧，並藉由通電而發光之發光 層；及 設置於上述基板之一面側或另一面側，並使上述發光 層通電之一對電極； 於上述基板之另一面側形成有取出來自上述發光層之 光之槽部。 2. 如請求項1之半導體發光元件，其中於上述基板之另一面 側之外緣部形成有取出來自上述發光層之光之缺口部。 3. 如請求項1之半導體發光元件，其中上述槽部係由相對於 上述發光層成斜角之傾斜面所構成。 4. 如請求項2之半導體發光元件，其中上述缺口部係由相對 於上述發光層成斜角且與上述發光層對向之傾斜面所構 成。 5·如請求項2之半導體發光元件，其中自上述基板之另一面 側觀察，上述發光層設於偏離上述槽部及缺口部所存在 之區域的位置。 6. 如請求項3或4之半導體發光元件，其中上述傾斜面相對 於上述發光層之斜角為40度~70度。 7. 如請求項1之半導體發光元件，其中上述一對電極全都設 於上述基板之一面侧。 110780.doc