WO2021166821A1 - 発光素子 - Google Patents

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WO2021166821A1
WO2021166821A1 PCT/JP2021/005408 JP2021005408W WO2021166821A1 WO 2021166821 A1 WO2021166821 A1 WO 2021166821A1 JP 2021005408 W JP2021005408 W JP 2021005408W WO 2021166821 A1 WO2021166821 A1 WO 2021166821A1
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WO
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light emitting
groove
emitting element
semiconductor layer
active layer
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PCT/JP2021/005408
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French (fr)
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康成 半澤
伸浩 菅原
政貴 汐先
武志 佐藤
伸介 野澤
青柳　秀和
Original Assignee
ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L33/46—Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector
    • 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
    • H01L33/48—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 body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • H01L33/60—Reflective elements

Definitions

  • This technology relates to a light emitting element having a light emitting diode structure.
  • a light emitting device having a light emitting diode structure has a structure in which an active layer is sandwiched between an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer, and emits light by recombination of electrons and holes generated in the active layer. The light generated in the active layer is emitted from the light emitting surface of the light emitting element.
  • Patent Document 1 discloses a light emitting element in which a reflective layer is provided on a surface other than the light emitting surface of the outer peripheral surface of the light emitting element, and a concave-convex structure is provided on the light emitting surface as a light extraction structure.
  • the light generated in the active layer is reflected on the light emitting surface by the reflective layer, and is emitted in a predetermined direction by the uneven structure.
  • Patent Document 2 discloses a light emitting diode in which the thickness of the semiconductor layer is reduced at the outer edge portion of the light emitting element. In this configuration, by reducing the thickness of the semiconductor layer, an action that makes it difficult for current to flow in the thin portion of the semiconductor layer, that is, a current narrowing action occurs, and it is possible to collect the light emitting points of the active layer in the central part of the light emitting element. It has become.
  • Cited Document 1 has a structure for improving the light extraction efficiency, but it is difficult to prevent a decrease in the light emission efficiency due to miniaturization of the light emitting element.
  • Cited Document 2 it is possible to suppress non-emission recombination at the outer edge of the active layer by the current constriction action, but it is not possible to provide a light extraction structure with the miniaturization of the light emitting element. Have difficulty.
  • the purpose of the present technology is to provide a light emitting element having excellent luminous efficiency and light extraction efficiency.
  • the light emitting element includes a laminated body, a light emitting surface, and a reflector.
  • the laminate is sandwiched between a first semiconductor layer having a first semiconductor type, a second semiconductor layer having a second semiconductor type, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer.
  • a laminate provided with an active layer, the first surface of the first semiconductor layer opposite to the active layer and the surface of the second semiconductor layer opposite to the active layer.
  • the second surface is connected between the first surface and the second surface, and has a peripheral surface including an end surface of the active layer.
  • a groove is formed from the surface toward the active layer, has a depth separated from the active layer, and extends in a direction parallel to the first surface.
  • the light emitting surface is located on the side of the first surface opposite to the active layer, and emits the light generated in the active layer.
  • the reflector reflects the light emitted from the end face toward the groove.
  • the reflector may cover the second surface and the peripheral surface, and may reflect the light emitted from the second surface and the peripheral surface toward the light emitting surface.
  • the peripheral surface may be inclined so that the distance between the peripheral surfaces increases from the second surface toward the first surface.
  • the groove may have a V-shaped shape, a U-shaped shape, or a polygonal shape in a cross-sectional shape on a plane perpendicular to the extending direction of the groove.
  • the groove wall of the groove may be perpendicular to the light emitting surface, inclined, or curved.
  • the groove wall of the groove may have a smooth surface shape or an uneven surface shape.
  • the groove may be extended in a direction parallel to or non-parallel to the peripheral edge of the light emitting surface when viewed from a direction perpendicular to the light emitting surface.
  • the groove may include a plurality of grooves provided between the first electrode and the peripheral surface.
  • the groove may be extended in a straight line or a curved line when viewed from a direction perpendicular to the light emitting surface.
  • the groove may be formed intermittently.
  • the groove width may be constant or the groove width may not be constant when viewed from the direction perpendicular to the light emitting surface.
  • the groove may be covered with a dielectric film, and the dielectric film may form a groove wall of the groove.
  • the groove may or may not be filled with a dielectric material.
  • the light emitting element is provided on the first surface and is electrically connected to the first semiconductor layer, and is provided on the second surface and is electrically connected to the second semiconductor layer. Further provided with a second electrode connected to the object, The groove may be formed between the first electrode and the peripheral surface.
  • the groove may be formed in an annular shape surrounding the first electrode when viewed from a direction perpendicular to the light emitting surface.
  • the first electrode may cross the groove.
  • the first electrode may be electrically connected to the first semiconductor layer inside surrounded by the groove.
  • the laminate further has a pore-shaped recess formed in the first semiconductor layer from the first surface toward the active layer and having a depth separated from the active layer.
  • a dielectric film may be formed on the inner surface of the pore-shaped recess.
  • the light emitting element according to the embodiment of the present technology will be described.
  • FIG. 1 is a plan view of the light emitting element 100 according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the light emitting element 100.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
  • the light emitting element 100 includes a laminate 110, a dielectric film 121, a reflector 122, a first electrode 131, and a second electrode 132.
  • the laminated body 110 is configured by laminating the first semiconductor layer 111, the second semiconductor layer 112, and the active layer 113.
  • the first semiconductor layer 111 is a layer made of a p-type semiconductor, and may have a structure in which a p-type contact layer and a p-type clad are laminated.
  • the p-type contact layer is made of, for example, p-GaP, and is laminated on the first electrode 131 side.
  • the p-type clad layer is made of, for example, p-AlGaInP, and is laminated on the active layer 113 side.
  • the layer structure and material of the first semiconductor layer 111 are not limited to those shown here, and may be any p-type semiconductor.
  • the second semiconductor layer 112 is a layer made of an n-type semiconductor, and may have a structure in which an n-type contact layer and an n-type clad are laminated.
  • the n-type contact layer is made of, for example, GaAs, and is laminated on the second electrode 132 side.
  • the n-type clad layer is made of, for example, n-AlGaInP and is laminated on the active layer 113 side.
  • the layer structure and material of the second semiconductor layer 112 are not limited to those shown here, and may be any n-type semiconductor.
  • the active layer 113 is a layer sandwiched between the first semiconductor layer 111 and the second semiconductor layer 112, and is formed by recombination of holes flowing in from the first semiconductor layer 111 and electrons flowing in from the second semiconductor layer 112. Produces light emission.
  • the active layer 113 can be, for example, a layer having a multiple quantum well structure in which a large number of quantum well layers made of GaInP and barrier layers made of AlGaInP are alternately laminated. Further, the active layer 113 may be made of a material that emits light by recombination, and may have a single semiconductor layer or a single quantum well structure.
  • FIG. 3 is a plan view of only the laminated body 110
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of only the laminated body 110.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
  • the surface of the first semiconductor layer 111 opposite to the active layer 113 is the first surface 110a
  • the surface of the second semiconductor layer 112 opposite to the active layer 113 is the second surface 110b.
  • a surface that connects the first surface 110a and the second surface 110b and is composed of the end surfaces of the first semiconductor layer 111, the second semiconductor layer 112, and the active layer 113 is referred to as a peripheral surface 110c.
  • the first surface 110a is a surface parallel to the X direction and the Y direction, that is, the first surface 110a is a surface parallel to the XY plane.
  • a groove 151 is formed in the first semiconductor layer 111 from the first surface 110a toward the active layer 113.
  • the groove 151 is formed at a depth shallower than the depth reaching the active layer 113, that is, at a depth separated from the active layer 113.
  • the groove 151 extends in a direction parallel to the first surface 110a (XY direction).
  • the groove 151 can be formed in an annular shape surrounding the first electrode 131 (see FIG. 1) when viewed from the direction (Z direction) perpendicular to the first surface 110a.
  • the shape of the groove 151 is not limited to that shown here, and details will be described later.
  • the dielectric film 121 is a film made of a dielectric such as SiN.
  • the dielectric film 121 is formed on the first surface 110a and the inner surface of the groove 151, and as shown in FIG. 2, a groove wall 152 made of the dielectric film 121 is formed in the groove 151.
  • FIG. 5 is an enlarged view of FIG.
  • the groove wall on the peripheral surface 110c side is referred to as the outer wall 152a
  • the groove wall on the first electrode 131 side is referred to as the inner wall 152b.
  • the outer wall 152a and the inner wall 152b may be a surface perpendicular to the first surface 110a, or may have an inclined surface or the like as described later.
  • the inside of the groove 151 may be a void, and may be filled with a sealing resin (not shown) or the like that covers the periphery of the light emitting element 100.
  • the surface of the dielectric film 121 provided on the first surface 110a is a surface on which the light generated by the light emitting element 100 is emitted, and is hereinafter referred to as a light emitting surface 123.
  • the light emitting surface 123 is a surface of the first surface 110a located on the opposite side of the active layer 113.
  • the dielectric film 121 is also formed on the second surface 110b and the peripheral surface 110c, and covers the periphery of the laminated body 110. As shown in FIG. 2, the dielectric film 121 is provided with an opening 121a on the first surface 110a and an opening 121b on the second surface 110b.
  • the reflector 122 reflects the light incident from the laminated body 110.
  • the reflector 122 is preferably provided so as to cover the surface of the laminated body 110 excluding the light emitting surface 123, that is, the second surface 110b and the peripheral surface 110c. Further, the reflector 122 may be provided only on the end surface of the active layer 113 exposed on the peripheral surface 110c.
  • the reflector 122 may be embedded in the dielectric film 121, or may be provided between the surface of the laminate 110 and the dielectric film 121.
  • the reflector 122 can be, for example, a metal film.
  • the first electrode 131 is provided on the dielectric film 121 formed on the first surface 110a, abuts on the first semiconductor layer 111 through the opening 121a, and is electrically connected to the first semiconductor layer 111. There is. As shown in FIG. 1, the first electrode 131 is preferably provided at the center of the light emitting surface 123. Further, the first electrode 131 may be formed so as to cross the groove 151, and is in contact with the first semiconductor layer 111 inside surrounded by the groove 151 and is electrically connected to the first semiconductor layer 111. You may.
  • the first electrode 131 may be made of a conductive material such as metal.
  • the second electrode 132 is provided on the dielectric film 121 formed on the second surface 110b, abuts on the second semiconductor layer 112 through the opening 121b, and is electrically connected to the second semiconductor layer 112. There is.
  • the second electrode 131 is preferably provided at the central portion of the second surface 110b, that is, at a position facing the first electrode 131 via the laminated body 110.
  • the second electrode 132 may be made of a conductive material such as metal.
  • the light emitting element 100 has the above configuration. As shown in FIG. 1, the light emitting element 100 can be a square when viewed from a direction (Z direction) perpendicular to the light emitting surface 123, but is not limited to this, and is a rectangle, a circle, or a triangle or more when viewed from the same direction. It may be another shape such as a polygon.
  • the size of the light emitting element 100 is not particularly limited, but typically, one side of the light emitting surface 123 is about several ⁇ m to several tens of ⁇ m, and the light emitting element 100 can be a micro LED (light emission diode).
  • the first semiconductor layer 111 is a p-type semiconductor layer and the second semiconductor layer 112 is an n-type semiconductor layer, but the first semiconductor layer 111 is an n-type semiconductor layer and the second semiconductor layer 112 is a p-type semiconductor layer. It may be a type semiconductor layer.
  • FIG. 6 and 7 are schematic views showing the operation of the light emitting element 100.
  • a current is applied between the first electrode 131 and the second electrode 132, holes flow into the active layer 113 from the first semiconductor layer 111, and electrons flow into the active layer 113 from the second semiconductor layer 112. Holes and electrons recombine in the active layer 113 to emit light.
  • the light emission in the active layer 113 is centered on the region between the first electrode 131 and the second electrode 132.
  • a region where light emission is mainly generated is shown as a light emitting region E.
  • the light directed to the light emitting surface 123 (light L1 in FIG. 6) is emitted from the light emitting surface 123 as it is.
  • the light directed to the second surface 110b and the peripheral surface 110c (light L2 in FIG. 6) is reflected by the reflector 122, emitted from the light emitting surface 123, or reflected again by the reflector 122.
  • a part of the light generated in the light emitting region E propagates in the layer of the active layer 113 toward the peripheral surface 110c, is reflected by the reflector 122 on the peripheral surface 110c, and is reflected by the reflector 122 on the light emitting surface. Emitted from 123.
  • a part of the current flowing between the first electrode 131 and the second electrode 132 causes recombination without luminescence called non-luminescence recombination in the peripheral region of the active layer 113.
  • the peripheral region of the active layer 113 is shown as the peripheral region R.
  • the groove 151 is provided in the first semiconductor layer 111 as described above.
  • the thickness of the first semiconductor layer 111 between the groove 151 and the active layer 113 becomes thin. If the portion where the thickness is reduced is defined as the narrowed portion N, the current flowing between the first electrode 131 and the second electrode 132 becomes difficult to pass through the narrowed portion N, that is, the current narrowing action of the narrowed portion N is applied.
  • the groove 151 has an annular shape that surrounds the outer circumference of the first electrode 131 as shown in FIG. 1, the periphery of the light emitting region A can be surrounded by the narrowed portion N, which is preferable. Further, even when the groove 151 is not formed into an annular shape, the current narrowing action due to the narrowed portion N can be partially obtained, so that the luminous efficiency can be improved.
  • the thickness of the narrowed portion N may be any thickness at which the current narrowing action occurs.
  • FIG. 32 is a graph schematically showing the relationship between the thickness T and the brightness of the light emitting element 100.
  • T 0, the active layer 113 is exposed in the groove 151, and non-emission recombination occurs in the vicinity thereof, so that the brightness is lowered.
  • FIG. 8 and 9 are schematic views showing the optical action of the groove 151, and is an enlarged view of FIG.
  • the light L3 propagating through the active layer 113 as described above is reflected by the reflector 122 and is incident on the groove 151 from the outer peripheral side of the light emitting element 100.
  • the inside of the groove 151 is a void or a filling such as a sealing resin, and a difference in refractive index occurs between the groove 151 and the dielectric film 121. Therefore, as shown in FIG. 8, the light L3 is refracted on the surface of the dielectric film 121 on the outer wall 152a and is emitted toward the light emitting surface 123. Since the light L3 is incident on the light emitting surface 123 at a steeper angle than when it is not refracted, it is projected from the light emitting surface 123 further forward.
  • FIG. 8 shows only refraction on the surface of the dielectric film 121, refraction may occur at the interface between the first semiconductor layer 111 and the dielectric film 121. Further, in addition to the light L3, the light L2 (see FIG. 6) may also be refracted by the outer wall 152a.
  • the light L3 incident on the groove 151 may be refracted by the outer wall 152a, then reflected by the inner wall 152b, and emitted toward the light emitting surface 123.
  • the light L2 may be refracted by the outer wall 152a and then reflected by the inner wall 152b.
  • the light emitting intensity can be adjusted by the groove 151.
  • FIG. 10 is a graph showing the ratio of light emission intensity to the width of the groove 151
  • FIG. 11 is a schematic view of a light emitting element 100 having a different width of the groove 151.
  • the light emitting intensity indicated by “W1” in FIG. 10 is the light emitting intensity of the light emitting element 100 having the groove 151 having the width W1 on the light emitting surface 123.
  • FIG. 10 “W2” is the emission intensity of the light emitting element 100 having the groove wall 152 having the width W2 shown in FIG. 11 (b)
  • FIG. 10 “W3” is the groove having the width W3 shown in FIG. 11 (c).
  • This is the emission intensity of the light emitting element 100 provided with the wall 152.
  • FIG. 10 “W0” shows the emission intensity of a light emitting element having the same configuration as that of the light emitting element 100, without having a groove 151.
  • the "width" of the groove 151 here means the distance between the outer wall 152a and the inner wall 152b.
  • the emission intensity is improved by providing the groove 151. Further, the light emission intensity differs depending on the width of the groove 151, and the larger the width of the groove 151, the higher the light emission intensity. This is because the larger the width of the groove 151, the greater the current constricting action of the narrowed portion N (see FIG. 7).
  • FIG. 33 is a graph schematically showing the relationship between the width of the first semiconductor layer 111 and the brightness of the light emitting element 100.
  • the distance between the peripheral surfaces 110c is defined as the distance K1
  • the distance between the inner circumference of the groove 151 and the peripheral surface 110c is defined as the distance K2.
  • K2 / K1 0, the brightness increases as K2 / K1 increases, but decreases as K2 / K1 further increases.
  • the light emitting intensity of the light emitting element 100 can be adjusted not only by the width of the groove wall 152 but also by the formation position of the groove wall 152, specifically, the area of the light emitting surface 123 inside the inner wall 152b.
  • FIG. 12 is a graph showing the emission intensity distribution according to the distance between the outer wall 152a and the peripheral surface 110c
  • FIG. 13 is a schematic view of the light emitting element 100 having a different width of the distance between the outer wall 152a and the peripheral surface 110c.
  • “D1” is the emission intensity distribution of the light emitting element 100 in which the distance between the outer wall 152a and the peripheral surface 110c on the light emitting surface 123 is the distance D1 as shown in FIG. 13 (a).
  • “D2” is the emission intensity distribution of the light emitting element 100 in which the distance between the outer wall 152a and the peripheral surface 110c on the light emitting surface 123 is the distance D2 as shown in FIG. 13 (b).
  • the emission intensity distribution is wide, and when the distance between the outer wall 152a and the peripheral surface 110c is small (distance D2), the emission intensity distribution is narrow. Become. This is due to the angle of incidence of the reflected light by the reflector 122 on the outer wall 152a (see FIG. 8) and the like.
  • the light emitting element 100 it is possible to control the light emitting characteristics such as the light emitting intensity and the viewing angle characteristic by the width and the forming position of the groove wall 152.
  • the groove 151 by providing the groove 151, a current narrowing action can be generated, non-luminescent recombination in the peripheral region of the active layer 113 can be suppressed, and current loss can be reduced (see FIG. 7).
  • the groove wall 152 emits light incident from the outer peripheral side of the light emitting element 100 toward the light emitting surface 123 by the reflector 122, and contributes to the improvement of the light emitting intensity in the vertical direction of the light emitting surface 123 (FIGS. 8 and 8). 9).
  • both the luminous efficiency and the light extraction efficiency can be improved as described above, and the size of the light emitting element can be reduced while suppressing the decrease in the luminous efficiency and the light extraction efficiency. ..
  • the width and formation position of the groove 151 it is also possible to control the light emission intensity and light emission characteristics by the width and formation position of the groove 151, and these can be adjusted according to the desired characteristics.
  • the shape of the groove 151 can be controlled by a mask pattern or the like in the manufacturing process, can be miniaturized, and can be easily made into an arbitrary shape.
  • the shape of the groove 151 included in the light emitting element 100 according to the present embodiment is not limited to the above.
  • 14 to 25 are schematic views showing various configurations of the groove 151.
  • 14 to 20 show the shape of the groove 151 as seen from the direction perpendicular to the light emitting surface 123 (Z direction)
  • FIGS. 20 to 25 show the shape of the groove 151 as viewed from the direction perpendicular to the light emitting surface 123 (Z direction).
  • the cross-sectional shape of the groove 151 in a plane) is shown.
  • the groove 151 may be an annular shape that surrounds the first electrode 131 and extends parallel to the peripheral edge of the issuing surface S. As shown in FIG. 14, the groove 151 surrounds the first electrode 131 and emits light. It may be an annular shape extending non-parallel to the peripheral edge of the surface 123. Further, as shown in FIG. 15, the groove 151 may be an annular shape centered on the first electrode 131.
  • the groove 151 may have an annular portion surrounding the first electrode 131 and a branched portion extending toward the peripheral edge of the light emitting surface 123, and as shown in FIG. It may be formed in an intermittent ring shape. Further, a plurality of grooves 151 may be provided between the first electrode 131 and the peripheral surface 110c, or may be formed in a double annular shape as shown in FIG.
  • the groove 151 is not limited to the annular shape, and as shown in FIG. 19, it may be linearly extended to separate the light emitting surface 123 and the first electrode 131, and is formed linearly and doubly. You may. Further, the groove 151 is not limited to the one extending linearly, and may be one extending in a curved shape as shown in FIG. 20.
  • the groove width seen from the direction perpendicular to the light emitting surface 123 of the groove 151 (Z direction) may be constant as shown in FIGS. 1 and 14 to 19, and may not be constant as shown in FIG. 20.
  • the cross-sectional shape of the groove 151 in a plane perpendicular to the stretching direction is not limited to the rectangular shape shown in FIG.
  • the groove 151 may have a groove wall 152 having a U-shape, a V-shape as shown in FIG. 22, or a polygonal shape as shown in FIG. 23. There may be.
  • the outer wall 152a and the inner wall 152b may be perpendicular to the light emitting surface 123, and as shown in FIG. 23, a part of the outer wall 152a and the inner wall 152b emits light. It may have an inclined surface shape that is inclined with respect to a surface perpendicular to the surface 123. Further, only one of the outer wall 152a and the inner wall 152b may have an inclined surface shape.
  • the outer wall 152a may be formed in a curved surface shape
  • the inner wall 152b may be in a curved surface shape
  • both the outer wall 152a and the inner wall 152b may be in a curved surface shape.
  • the walls of the outer wall 152a and the inner wall 152b may have a smooth surface as shown in FIG. 1, or may have an uneven surface shape as shown in FIG. 25.
  • the groove 151 and the groove wall 152 can have various shapes, and in addition to the various shapes described above, the groove 151 and the groove wall 152 may have an appropriate shape according to the size and shape of the light emitting element 100, desired light emitting characteristics, and the like. It is possible to do.
  • the light emitting element 100 has a groove 151 formed on the light emitting surface 123 as described above, but it is also possible to have a hole formed on the light emitting surface 123 in addition to the groove 151.
  • FIG. 26 is a plan view of the light emitting element 100 having the hole 153
  • FIG. 27 is a cross-sectional view taken along the line C of FIG. 26.
  • the holes 153 are formed in the first semiconductor layer 111 from the first surface 110a toward the active layer 113, and have a hole-like recess 154 having a depth separated from the active layer 113. It is composed of a dielectric film 121 provided in the hole-shaped recess 154.
  • the hole 153 may have a depth equivalent to that of the groove 151, or may have a depth shallower than that of the groove 151.
  • the hole 153 can also impart an optical effect to the light reflected by the reflector 122, and the light emitting characteristics of the light emitting element 100 can be adjusted by increasing the light path. As shown in FIG. 26, the hole 153 can be provided between the groove 151 and the peripheral edge of the light emitting element 100. Further, FIG. 28 is a plan view showing another arrangement of the holes 153, and as shown in the figure, the holes 153 may be provided between the groove 151 and the first electrode 131.
  • the shape of the hole 153 on the light emitting surface 123 may be circular as shown in FIGS. 26 and 28, or may be another shape.
  • the size and number of holes 153 are also not limited to those shown here.
  • the light emitting element 100 has a peripheral surface 110c that connects the first surface 110a and the second surface 110b, but the peripheral surface 110c may be an inclined surface.
  • FIG. 29 is a cross-sectional view of the light emitting element 100 having an inclined peripheral surface 110c.
  • the peripheral surface 110c is inclined with respect to the surface perpendicular to the light emitting surface 123 so that the distance between the peripheral surfaces 110c increases from the second surface 110b toward the first surface 110a. can do.
  • peripheral surface 110c When the peripheral surface 110c is inclined in this way, the light incident on the peripheral surface 110c is easily reflected toward the light emitting surface 123 by the reflector 122, and the amount of light projected forward from the light emitting surface 123 is increased. It is possible.
  • the entire peripheral surface 110c may be inclined as shown in FIG. 29, or only a part of the peripheral surface 110c may be inclined. Further, the peripheral surface 110c may be a curved surface formed so that the distance between the peripheral surfaces 110c increases from the second surface 110b toward the first surface 110a, or may be a polygonal surface.
  • the light emitting element 100 is assumed to have the groove wall 152 made of the dielectric film 121, but as shown in FIG. 30, the dielectric 124 may be filled in the groove 151. .. Even with this configuration, it is possible to cause a current narrowing action by the groove 151 and to cause an optical action such as refraction at the interface between the groove 151 and the dielectric 124.
  • the groove 151 may not be filled with the dielectric 124. In this case as well, it is possible to cause the current narrowing action by the groove 151 and to cause the optical action such as refraction on the surface of the groove 151.
  • the present technology can have the following configurations.
  • a laminate including a first semiconductor layer having a first semiconductor type, a second semiconductor layer having a second semiconductor type, and an active layer sandwiched between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
  • a second surface of the body which is the surface of the first semiconductor layer opposite to the active layer, and a second surface of the second semiconductor layer, which is the surface opposite to the active layer.
  • the surface is connected between the first surface and the second surface, and has a peripheral surface including an end surface of the active layer.
  • the active layer is formed from the first surface.
  • a laminate having a depth separated from the active layer and having a groove extending in a direction parallel to the first surface.
  • a light emitting surface of the first surface which is located on the opposite side of the active layer and emits light generated in the active layer, A light emitting element including a reflector that reflects light emitted from the end face toward the groove.
  • the reflector is a light emitting element that covers the second surface and the peripheral surface and reflects the light emitted from the second surface and the peripheral surface toward the light emitting surface.
  • the peripheral surface is a light emitting element that is inclined so that the distance between the peripheral surfaces increases from the second surface toward the first surface. (4) The light emitting device according to any one of (1) to (3) above.
  • the groove is a light emitting element having a V-shaped shape, a U-shaped shape, or a polygonal shape in a cross-sectional shape on a plane perpendicular to the extending direction of the groove.
  • the groove wall of the groove is a light emitting element having a shape perpendicular to the light emitting surface, an inclined surface, or a curved surface.
  • the groove wall of the groove is a light emitting element having a smooth surface shape or an uneven surface shape.
  • the groove is a light emitting element that extends in a direction parallel to or non-parallel to the peripheral edge of the light emitting surface when viewed from a direction perpendicular to the light emitting surface.
  • the groove is a light emitting element including a plurality of grooves provided between the first electrode and the peripheral surface.
  • the groove is a light emitting element that extends linearly or curvedly when viewed from a direction perpendicular to the light emitting surface.
  • the groove is a light emitting element formed intermittently.
  • the groove is a light emitting element having a constant groove width or a non-constant groove width when viewed from a direction perpendicular to the light emitting surface.
  • the light emitting device according to any one of (1) to (11) above. A light emitting device in which the groove is covered with a dielectric film, and the dielectric film forms a groove wall of the groove.
  • the groove is a light emitting element in which a dielectric is filled or not filled.
  • a first electrode provided on the first surface and electrically connected to the first semiconductor layer, A second electrode provided on the second surface and electrically connected to the second semiconductor layer is further provided.
  • the groove is a light emitting element formed between the first electrode and the peripheral surface.
  • the groove is a light emitting element formed in an annular shape surrounding the first electrode when viewed from a direction perpendicular to the light emitting surface.
  • the first electrode is a light emitting element that crosses the groove.
  • the first electrode is a light emitting element that is electrically connected to the first semiconductor layer inside surrounded by the groove.
  • the light emitting device according to any one of (1) to (17) above.
  • the laminate further has a pore-shaped recess formed in the first semiconductor layer from the first surface toward the active layer and having a depth separated from the active layer.

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Abstract

【課題】発光効率及び光取り出し効率に優れる発光素子を提供すること。 【解決手段】本技術に係る発光素子は、積層体と、発光面と、反射体とを具備する。積層体は、第１の半導体型を有する第１の半導体層と、第２の半導体型を有する第２の半導体層と、第１の半導体層と第２の半導体層に挟まれた活性層を備える積層体であって、第１の半導体層の活性層とは反対側の面である第１の面と、第２の半導体層の活性層とは反対側の面である第２の面と、第１の面と第２の面の間を接続し、活性層の端面を含む周面とを有し、第１の半導体層において第１の面から活性層に向かって形成され、活性層と離間する深さを有し、第１の面に平行な方向に延伸する溝が形成されている。発光面は、第１の面の、活性層とは反対側に位置し、活性層において生じた光を出射する。反射体は、端面から出射された光を溝に向けて反射する。

Description

発光素子
　本技術は、発光ダイオード構造を備える発光素子に関する。
　発光ダイオード構造を備える発光素子は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層によって活性層を挟んだ構造を有し、活性層において生じる電子と正孔の再結合により発光する。活性層において生じた光は、発光素子の発光面から放出される。
　発光素子の発光効率や光取り出し効率を向上させるため、種々の素子構造が検討されている。例えば特許文献１には、発光素子の外周面のうち発光面を除く面に反射層を設け、発光面には光取り出し構造として凹凸構造を設けた発光素子が開示されている。この発光素子では、活性層において生じた光は反射層によって発光面に反射され、凹凸構造によって所定の方向に出射される。
　また、特許文献２では、発光素子の外縁部において半導体層の厚みを薄くした発光ダイオードが開示されている。この構成では、半導体層の厚みを薄くすることにより、半導体層の薄い部分に電流が流れにくくなる作用、即ち電流狭窄作用が生じ、活性層の発光箇所を発光素子中央部に集めることが可能となっている。
特開２０１５－３２８０９号公報 国際公開第２０１６／１２５３４４号
　しかしながら、近年、発光素子の微小化が進められており、活性層の外縁部における発光に寄与しない再結合（非発光再結合）による発光効率の低下や光取り出し効率の低下が問題となっている。
　例えば、引用文献１に記載の構成では、光取り出し効率を向上させる構造となっているが、発光素子の微小化による発光効率の低下を防止することは困難である。一方、引用文献２に記載の構成では、電流狭窄作用により、活性層外縁部における非発光再結合を抑制することは可能であるが、発光素子の微小化に伴い、光取り出し構造を設けることは困難である。
　以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、発光効率及び光取り出し効率に優れる発光素子を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る発光素子は、積層体と、発光面と、反射体とを具備する。
　上記積層体は、第１の半導体型を有する第１の半導体層と、第２の半導体型を有する第２の半導体層と、上記第１の半導体層と上記第２の半導体層に挟まれた活性層を備える積層体であって、上記第１の半導体層の上記活性層とは反対側の面である第１の面と、上記第２の半導体層の上記活性層とは反対側の面である第２の面と、上記第１の面と上記第２の面の間を接続し、上記活性層の端面を含む周面とを有し、上記第１の半導体層において上記第１の面から上記活性層に向かって形成され、上記活性層と離間する深さを有し、上記第１の面に平行な方向に延伸する溝が形成されている。
　上記発光面は、上記第１の面の、上記活性層とは反対側に位置し、上記活性層において生じた光を出射する。
　上記反射体は、上記端面から出射された光を上記溝に向けて反射する。
　この構成によれば、第１の半導体層に設けられた溝状凹部により、電流狭窄作用や光学的作用を及ぼし、発光効率及び光取り出し効率に優れる発光素子を実現することが可能である。
　上記反射体は、上記第２の面及び上記周面を被覆し、上記第２の面及び上記周面から出射された光を上記発光面に向けて反射してもよい。
　上記周面は、上記周面間の距離が上記第２の面から上記第１の面に向かって広がるように傾斜してもよい。
　上記溝は、上記溝の延伸方向に対する垂直面での断面形状が、Ｖ字型形状、Ｕ字型形状又は多角形状を有してもよい。
　上記溝の溝壁は、上記発光面に対して垂直面状、傾斜面状又は曲面状であってもよい。
　上記溝の溝壁は、平滑面状又は凹凸面状であってもよい。
　上記溝は、上記発光面に垂直な方向から見て上記光出射面の周縁に平行な方向又は非平行な方向に延伸してもよい。
　上記溝は、上記第１の電極と上記周面の間に設けられた複数本の溝を含んでもよい。
　上記溝は、上記発光面に垂直な方向から見て直線状又は曲線状に延伸してもよい。
　上記溝は、断続的に形成されていてもよい。
　上記溝は、上記発光面に垂直な方向から見て溝幅が一定、又は上記溝幅が一定ではなくてもよい。
　上記溝は、誘電体膜によって被覆され、上記誘電体膜が上記溝の溝壁を形成してもよい。
　上記溝は、内部に誘電体が充填されている、又は充填されていなくてもよい。
　上記発光素子は、上記第１の面に設けられ、上記第１の半導体層に電気的に接続された第１の電極と、上記第２の面に設けられ、上記第２の半導体層に電気的に接続された第２の電極とをさらに具備し、
　上記溝は、上記第１の電極と上記周面の間に形成されていてもよい。
　上記溝は、上記発光面に垂直な方向から見て上記第１の電極を囲む環状に形成されていてもよい。
　上記第１の電極は上記溝を横断してもよい。
　上記第１の電極は、上記溝に囲まれた内部で上記第１の半導体層に電気的に接続されていてもよい。
　上記積層体は、さらに、上記第１の半導体層において上記第１の面から上記活性層に向かって形成され、上記活性層と離間する深さを有する孔状凹部を有し、
　上記孔状凹部の内面上に誘電体膜が形成されていてもよい。
本技術の実施形態に係る発光素子の平面図である。 上記発光素子の断面図である。 上記発光素子が備える積層体の平面図である。 上記発光素子が備える積層体の断面図である。 上記発光素子の拡大断面図である。 上記発光素子の動作を示す模式図である。 上記発光素子の動作を示す模式図である。 上記発光素子の動作を示す模式図である。 上記発光素子の動作を示す模式図である。 上記発光素子が備える溝の幅と発光強度の関係を示すグラフである。 上記発光素子が備える溝の幅を示す模式図である。 上記発光素子が備える溝の位置と発光強度の関係を示すグラフである。 上記発光素子が備える溝の位置を示す模式図である。 上記発光素子が備える溝の平面形状を示す平面図である。 上記発光素子が備える溝の平面形状を示す平面図である。 上記発光素子が備える溝の平面形状を示す平面図である。 上記発光素子が備える溝の平面形状を示す平面図である。 上記発光素子が備える溝の平面形状を示す平面図である。 上記発光素子が備える溝の平面形状を示す平面図である。 上記発光素子が備える溝の平面形状を示す平面図である。 上記発光素子が備える溝の断面形状を示す断面図である。 上記発光素子が備える溝の断面形状を示す断面図である。 上記発光素子が備える溝の断面形状を示す断面図である。 上記発光素子が備える溝の断面形状を示す断面図である。 上記発光素子が備える溝の断面形状を示す断面図である。 上記発光素子が備える溝及び孔を示す平面図である。 上記発光素子が備える溝及び孔を示す断面図である。 上記発光素子が備える溝及び孔を示す平面図である。 上記発光素子の周面形状を示す断面図である。 本技術の変形例に係る発光素子の断面図である。 本技術の変形例に係る発光素子の断面図である。 本技術の実施形態に係る発光素子の、狭窄部の厚みと輝度の関係を示すグラフである。 本技術の実施形態に係る発光素子の、第１半導体層の幅と輝度の関係を示すグラフである。
　本技術の実施形態に係る発光素子について説明する。
　[発光素子の構造]
　図１は本実施形態に係る発光素子１００の平面図であり、図２は発光素子１００の断面図である。図２は図１のＡ－Ａ線での断面図である。
　図１及び図２に示すように、発光素子１００は、積層体１１０、誘電体膜１２１、反射体１２２、第１電極１３１及び第２電極１３２を備える。
　積層体１１０は、第１半導体層１１１、第２半導体層１１２及び活性層１１３が積層されて構成されている。
　第１半導体層１１１は、ｐ型半導体からなる層であり、ｐ型コンタクト層とｐ型クラッドを積層した構造とすることができる。ｐ型コンタクト層は例えばｐ－ＧａＰからなり、第１電極１３１側に積層されている。ｐ型クラッド層は例えばｐ－ＡｌＧａＩｎＰからなり、活性層１１３側に積層されている。第１半導体層１１１の層構造や材料はここに示すものに限られず、ｐ型半導体からなるものであればよい。
　第２半導体層１１２は、ｎ型半導体からなる層であり、ｎ型コンタクト層とｎ型クラッドを積層した構造とすることができる。ｎ型コンタクト層は例えばＧａＡｓからなり、第２電極１３２側に積層されている。ｎ型クラッド層は例えばｎ－ＡｌＧａＩｎＰからなり、活性層１１３側に積層されている。第２半導体層１１２の層構造や材料はここに示すものに限られず、ｎ型半導体からなるものであればよい。
　活性層１１３は、第１半導体層１１１と第２半導体層１１２の間に挟まれた層であり、第１半導体層１１１から流入する正孔と第２半導体層１１２から流入する電子の再結合により発光を生じる。活性層１１３は例えば、ＧａＩｎＰからなる量子井戸層とＡｌＧａＩｎＰからなる障壁層を交互に多数積層した多重量子井戸構造を有する層とすることができる。また、活性層１１３は、再結合による発光を生じる材料からなるものであればよく、単一の半導体層や単一量子井戸構造を有するものであってもよい。
　図３は、積層体１１０のみの平面図であり、図４は積層体１１０のみの断面図である。図４は図３のＢ－Ｂ線での断面図である。これらの図に示すように、第１半導体層１１１の活性層１１３とは反対側の面を第１面１１０ａとし、第２半導体層１１２の活性層１１３とは反対側の面を第２面１１０ｂとする。また、第１面１１０ａと第２面１１０ｂを接続する面であって、第１半導体層１１１、第２半導体層１１２及び活性層１１３の端面からなる面を周面１１０ｃとする。なお、本開示の各図において第１面１１０ａはＸ方向及びＹ方向に平行な面であり、即ち第１面１１０ａはＸ－Ｙ平面に平行な面である。
　図４に示すように、第１半導体層１１１には、第１面１１０ａから活性層１１３に向かって溝１５１が形成されている。溝１５１は、活性層１１３に到達する深さより浅い深さに形成され、即ち、活性層１１３とは離間する深さに形成されている。
　また、図３に示すように溝１５１は、第１面１１０ａに平行な方向（Ｘ－Ｙ方向）に延伸する。具体的には溝１５１は第１面１１０ａに垂直な方向（Ｚ方向）から見て第１電極１３１（図１参照）を囲む環状に形成されるものとすることができる。なお、溝１５１の形状についてはここに示すものに限られず、詳細については後述する。
　誘電体膜１２１は、ＳｉＮ等の誘電体からなる膜である。誘電体膜１２１は、第１面１１０ａ上及び溝１５１の内面上に形成され、図２に示すように溝１５１内に誘電体膜１２１にからなる溝壁１５２を形成する。
　図５は図２の拡大図である。以下、図５及び図１に示すように、溝壁１５２のうち、周面１１０ｃ側の溝壁を外壁１５２ａとし、第１電極１３１側の溝壁を内壁１５２ｂとする。外壁１５２ａ及び内壁１５２ｂは、第１面１１０ａに対して垂直な面であってもよく、後述するように傾斜面等を有するものであってもよい。溝１５１の内部は空隙でもよく、発光素子１００の周囲を被覆する封止樹脂（図示略）等が充填されてもよい。
　また、第１面１１０ａ上に設けられた誘電体膜１２１の表面は、発光素子１００で生成された光が放出される面であり、以下、発光面１２３とする。発光面１２３は、第１面１１０ａの活性層１１３とは反対側に位置する面である。
　さらに誘電体膜１２１は、第２面１１０ｂ及び周面１１０ｃ上にも形成され、積層体１１０の周囲を被覆する。誘電体膜１２１には図２に示すように、第１面１１０ａ上において開口１２１ａが設けられ、第２面１１０ｂ上において開口１２１ｂが設けられている。
　反射体１２２は、積層体１１０から入射する光を反射する。反射体１２２は、発光面１２３を除く積層体１１０の表面、即ち第２面１１０ｂ及び周面１１０ｃを被覆するように設けられるものが好適である。また、反射体１２２は、周面１１０ｃに露出する活性層１１３の端面上にのみ設けられてもよい。反射体１２２は、誘電体膜１２１中に埋設されてもよく、積層体１１０の表面と誘電体膜１２１の間に設けられてもよい。反射体１２２は例えば金属膜とすることができる。
　第１電極１３１は、第１面１１０ａ上に形成された誘電体膜１２１上に設けられ、開口１２１ａを介して第１半導体層１１１に当接し、第１半導体層１１１に電気的に接続されている。第１電極１３１は、図１に示すように発光面１２３の中央部に設けられるものが好適である。また、第１電極１３１は、溝１５１を横断するように形成されてもよく、溝１５１に囲まれた内部で第１半導体層１１１に当接し、第１半導体層１１１に電気的に接続されていてもよい。第１電極１３１は、金属等の導電性材料からなるものとすることができる。
　第２電極１３２は、第２面１１０ｂ上に形成された誘電体膜１２１上に設けられ、開口１２１ｂを介して第２半導体層１１２に当接し、第２半導体層１１２に電気的に接続されている。第２電極１３１は第２面１１０ｂの中央部、即ち積層体１１０を介して第１電極１３１に対向する位置に設けられるものが好適である。第２電極１３２は、金属等の導電性材料からなるものとすることができる。
　発光素子１００は以上のような構成を有する。発光素子１００は図１に示すように、発光面１２３に垂直な方向（Ｚ方向）から見て正方形とすることができるが、これに限られず、同方向から見て長方形、円形あるいは三角形以上の多角形等の他の形状であってもよい。発光素子１００のサイズは特に限定されないが、典型的には発光面１２３の一辺が数μｍ～数十μｍ程度であり、発光素子１００はマイクロＬＥＤ（light emitting diode）とすることができる。
　なお、上記説明において第１半導体層１１１をｐ型半導体層とし、第２半導体層１１２をｎ型半導体層としたが、第１半導体層１１１をｎ型半導体層とし、第２半導体層１１２をｐ型半導体層としてもよい。
　［発光素子の動作］
　発光素子１００の動作について説明する。図６及び図７は、発光素子１００の動作を示す模式図である。第１電極１３１と第２電極１３２の間に電流を印加すると、第１半導体層１１１から正孔が活性層１１３に流入し、第２半導体層１１２から電子が活性層１１３に流入する。活性層１１３において正孔と電子が再結合を生じ、発光する。
　活性層１１３における発光は、第１電極１３１と第２電極１３２の間の領域が中心となる。図６において、主に発光が生じる領域を発光領域Ｅとして示す。発光領域Ｅにおいて生じた光のうち発光面１２３に向かう光（図６中、光Ｌ１）はそのまま発光面１２３から出射される。一方、第２面１１０ｂ及び周面１１０ｃに向かう光（図６中、光Ｌ２）は反射体１２２によって反射され、発光面１２３から出射され、あるいは再度反射体１２２によって反射される。
　さらに、発光領域Ｅにおいて生じた光の一部（図６中、光Ｌ３）は活性層１１３の層内を周面１１０ｃに向かって伝搬し、周面１１０ｃにおいて反射体１２２によって反射され、発光面１２３から出射される。
　ここで、第１電極１３１と第２電極１３２の間で流れる電流の一部は活性層１１３の周縁領域において非発光再結合と呼ばれる発光を伴わない再結合を生じる。図７において、活性層１１３の周縁領域を周縁領域Ｒとして示す。周縁領域Ｒにおいて非発光再結合が生じると、電流が発光に利用されず、発光効率が低下する。
　これに対し、発光素子１００では、上記のように第１半導体層１１１において溝１５１が設けられている。溝１５１が設けられることによって、図７に示すように、溝１５１と活性層１１３の間の第１半導体層１１１の厚みが薄くなる。この厚みが薄くなった部分を狭窄部Ｎとすると、第１電極１３１と第２電極１３２の間で流れる電流は狭窄部Ｎを通過しにくくなり、即ち狭窄部Ｎによる電流狭窄作用を受ける。
　これにより、活性層１１３の周縁領域Ｒにおける非発光再結合が抑制され、電流は発光領域Ａにおける発光再結合を多く生じるため、発光効率が向上する。このため、溝１５１は、図１に示すように第１電極１３１の外周を囲むような環状形状とすると、発光領域Ａの周囲を狭窄部Ｎによって囲むことができ、好適である。また、溝１５１を環状形状としない場合であっても、部分的に狭窄部Ｎによる電流狭窄作用が得られるため、発光効率を向上させることができる。
　なお、狭窄部Ｎの厚み（図７中、厚みＴ）は電流狭窄作用が生じる厚みであればよい。図３２は厚みＴと発光素子１００の輝度の関係を模式的に示すグラフである。厚みＴを薄くしていくと、狭窄部Ｎの抵抗が増加して狭窄部Ｎを流れる電流が低減し、周縁領域Ｒへの電流が減るため、輝度は向上する。発光素子１００の輝度は、厚みＴが減少するに従って増加し、最大を示した後、Ｔ＝０に近づくにつれて急激に低下する。Ｔ＝０の場合、溝１５１に活性層１１３が露出し、その近傍で非発光再結合が生じるため、輝度が低下する。
　さらに、発光素子１００では、溝１５１による光学的作用も発生する。図８及び図９は、溝１５１による光学的作用を示す模式図であり、図６の拡大図である。上記のように活性層１１３を伝搬した光Ｌ３は反射体１２２によって反射され、発光素子１００の外周側から溝１５１に入射する。
　ここで、溝１５１の内部は空隙又は封止樹脂等の充填物であり、誘電体膜１２１との間で屈折率差が生じる。このため、図８に示すように光Ｌ３は外壁１５２ａにおいて、誘電体膜１２１の表面で屈折を生じ、発光面１２３に向かって出射される。光Ｌ３は、屈折しない場合に比べて発光面１２３に対して急角度で入射するため、発光面１２３からより前方に投射される。
　なお、図８では誘電体膜１２１の表面での屈折のみを示すが、第１半導体層１１１と誘電体膜１２１の界面での屈折が発生してもよい。さらに、光Ｌ３に加え、光Ｌ２（図６参照）も同様に外壁１５２ａによって屈折を生じてもよい。
　さらに、図９に示すように、溝１５１への入射した光Ｌ３は、外壁１５２ａで屈折した後、内壁１５２ｂにおいて反射され、発光面１２３に向かって出射されてもよい。光Ｌ２も光Ｌ３と同様に外壁１５２ａによって屈折した後、内壁１５２ｂによって反射されてもよい。
　［発光特性の調整について］
　発光素子１００では、溝１５１によって発光強度を調整することが可能である。図１０は、溝１５１の幅による発光強度の比率を示すグラフであり、図１１は溝１５１の幅が異なる発光素子１００の模式図である。
　図１０において「Ｗ１」で示す発光強度は、図１１（ａ）に示すように、発光面１２３において幅Ｗ１を有する溝１５１を備える発光素子１００の発光強度である。同様に、図１０「Ｗ２」は図１１（ｂ）に示す幅Ｗ２を有する溝壁１５２を備える発光素子１００の発光強度、図１０「Ｗ３」は図１１（ｃ）に示す幅Ｗ３を有する溝壁１５２を備える発光素子１００の発光強度である。図１０「Ｗ０」は比較として、溝１５１を有さず、他の構成は発光素子１００と同一の構成を有する発光素子の発光強度である。なお、ここでの溝１５１の「幅」は外壁１５２ａと内壁１５２ｂの間隔を意味する。
　図１０に示すように、溝１５１を設けることにより発光強度が向上する。また、溝１５１の幅によって発光強度が異なり、溝１５１の幅が大きいほど発光強度が向上する。これは、溝１５１の幅が大きいほど狭窄部Ｎ（図７参照）による電流狭窄作用が大きくなることによるものである。
　図３３は第１半導体層１１１の幅と発光素子１００の輝度の関係を模式的に示すグラフである。図７に示すように、周面１１０ｃ間の距離を距離Ｋ１、溝１５１の内周と周面１１０ｃ間の距離を距離Ｋ２とする。図３２に示すように、Ｋ２／Ｋ１＝０の場合からＫ２／Ｋ１が増加すると輝度は増加するが、Ｋ２／Ｋ１がさらに増加すると輝度は低下する。
　また、発光素子１００の発光強度は溝壁１５２の幅だけでなく、溝壁１５２の形成位置、具体的には内壁１５２ｂの内側の発光面１２３の面積によって調整することも可能である。
　さらに、発光素子１００では、溝壁１５２によって視野角特性を調整することが可能である。図１２は、外壁１５２ａと周面１１０ｃの距離による発光強度分布を示すグラフであり、図１３は外壁１５２ａと周面１１０ｃの距離の幅が異なる発光素子１００の模式図である。
　図１２において「Ｄ１」は、図１３（ａ）に示すように発光面１２３において外壁１５２ａと周面１１０ｃの距離が距離Ｄ１である発光素子１００の発光強度分布である。また、図１２において「Ｄ２」は、図１３（ｂ）に示すように発光面１２３において外壁１５２ａと周面１１０ｃの距離が距離Ｄ２である発光素子１００の発光強度分布である。
　図１２に示すように、外壁１５２ａと周面１１０ｃの距離が大きい（距離Ｄ１）場合、発光強度分布は広くなり、外壁１５２ａと周面１１０ｃの距離が小さい（距離Ｄ２）と
発光強度分布は狭くなる。これは、反射体１２２による反射光の外壁１５２ａへの入射角度（図８参照)等によるものである。
　このように、発光素子１００では、溝壁１５２の幅や形成位置により、発光強度や視野角特性といった発光特性を制御することが可能である。
　[発光素子による効果]
　上述したように、発光素子１００では、活性層１１３によって生じた光を反射体１２２によって発光面１２３に向けて反射し、第２面１１０ｂや周面１１０ｃに進行する光を無駄にすることなく利用することができる（図６参照）。
　また、溝１５１を設けることにより、電流狭窄作用を生じさせ、活性層１１３の周縁領域における非発光再結合を抑制することができ、電流のロスを低減することができる（図７参照）。さらに、溝壁１５２は、反射体１２２によって発光素子１００の外周側から入射する光を発光面１２３に向けて出射させ、発光面１２３の垂直方向における発光強度の向上に寄与する(図８及び図９参照）。
　一般に発光素子のサイズが微小化するに伴い、非発光再結合による発光効率の低下や光取り出し効率の低下が問題となる。発光素子１００では、上記のように発光効率や光取り出し効率を共に向上させることが可能であり、発光効率の低下や光取り出し効率の低下を抑制しながら発光素子サイズの微小化が実現可能である。
　加えて、溝１５１の幅や形成位置により発光強度や発光特性を制御することも可能であり、所望の特性に応じてこれらを調整することが可能である。また、溝１５１の形状は製造プロセスにおけるマスクパターン等によって制御可能であり、微細化に対応可能であると共に任意の形状とすることが容易である。
　[溝及び溝内壁の形状について]
　本実施形態に係る発光素子１００が備える溝１５１の形状は上述のものに限られない。図１４乃至図２５は、溝１５１の各種構成を示す模式図である。なお、図１４乃至図２０は、発光面１２３に垂直な方向（Ｚ方向）から見た溝１５１の形状を示し、図２０乃至図２５は、溝１５１の延伸方向に対する垂直面（Ｚ方向に平行な平面）での溝１５１の断面形状を示す。
　溝１５１は、図１に示すように、第１電極１３１を囲み、発行面Ｓの周縁に平行に延伸する環状であってもよく、図１４に示すように、第１電極１３１を囲み、発光面１２３の周縁に非平行に延伸する環状であってもよい。また、溝１５１は、図１５に示すように、第１電極１３１を中心とする円環状であってもよい。
　さらに、溝１５１は図１６に示すように、第１電極１３１を囲む環状部分と、発光面１２３の周縁に向かって延伸する分岐部分を有するものであってもよく、図１７に示すように、断続的な環状に形成されてもよい。また、溝１５１は、第１電極１３１と周面１１０ｃの間に複数本が設けられてもよく、図１８に示すように二重の環状に形成されてもよい。
　また、溝１５１は環状形状に限られず、図１９に示すように、発光面１２３と第１電極１３１の間を隔てる直線状に延伸するものであってもよく、直線状かつ二重に形成されてもよい。さらに、溝１５１は直線状に延伸するものに限られず、図２０に示すように、曲線状に延伸するものであってもよい。溝１５１の発光面１２３に垂直な方向（Ｚ方向）から見た溝幅は図１及び図１４乃至図１９に示すように一定でもよく、図２０に示すように一定でなくてもよい。
　溝１５１の、延伸方向に対する垂直面（Ｚ方向に平行な平面）での断面形状についても、図２に示す矩形状のものに限られない。図２１に示すように溝１５１は、溝壁１５２がＵ字型形状を有するものであってもよく、図２２に示すようなＶ字型形状や図２３に示すような多角形状を有するものであってもよい。
　また、溝壁１５２は、図５に示すように外壁１５２ａ及び内壁１５２ｂは発光面１２３に対して垂直面状であってもよく、図２３に示すように外壁１５２ａ及び内壁１５２ｂの一部が発光面１２３に垂直な面に対して傾斜した傾斜面状であってもよい。また、外壁１５２ａ及び内壁１５２ｂのいずれか一方のみが傾斜面状であってもよい。
　さらに、図２４に示すように溝壁１５２は、外壁１５２ａが曲面状に形成されてもよく、内壁１５２ｂが曲面状あるいは外壁１５２ａと内壁１５２ｂの両方が曲面状であってもよい。外壁１５２ａ及び内壁１５２ｂの壁面ついても、図１に示すように平滑面であってもよく、図２５に示すように凹凸が形成された凹凸面状であってもよい。
　以上のように、溝１５１及び溝壁１５２は各種形状とすることが可能であり、上述した各種形状の他にも発光素子１００のサイズや形状、所望の発光特性等に応じて適宜の形状とすることが可能である。
　[孔について]
　発光素子１００は、上記のように発光面１２３に形成された溝１５１を有するが、溝１５１に加え、発光面１２３に形成された孔を有するものとすることも可能である。図２６は孔１５３を有する発光素子１００の平面図であり、図２７は図２６のＣ線での断面図である。
　図２６及び図２７に示すように、孔１５３は、第１半導体層１１１において第１面１１０ａから活性層１１３に向かって形成され、活性層１１３と離間する深さを有する孔状凹部１５４と、孔状凹部１５４内に設けられた誘電体膜１２１によって構成されている。孔１５３は溝１５１と同等の深さを有するものであってもよく、溝１５１より浅い深さを有するものであってもよい。
　孔１５３によっても反射体１２２による反射光に対して光学的作用を付与することが可能であり、光のパスを増加させることにより、発光素子１００の発光特性の調整が可能である。孔１５３は図２６に示すように溝１５１と発光素子１００の周縁の間に設けることができる。また、図２８は、孔１５３の他の配置を示す平面図であり、同図に示すように溝１５１と第１電極１３１の間に孔１５３を設けてもよい。
　孔１５３の発光面１２３上での形状は図２６及び図２８に示すような円形でもよく、他の形状でもよい。孔１５３の大きさや数もここに示すものに限定されない。
　[周面について]
　上述のように発光素子１００は第１面１１０ａと第２面１１０ｂを接続する周面１１０ｃを有するが、周面１１０ｃは傾斜した面であってもよい。図２９は、傾斜した周面１１０ｃを有する発光素子１００の断面図である。
　同図に示すように、周面１１０ｃは、第２面１１０ｂから第１面１１０ａに向かって周面１１０ｃの間の距離が広がるように、発光面１２３に垂直な面に対して傾斜するものとすることができる。
　周面１１０ｃがこのように傾斜することにより、周面１１０ｃに入射する光が反射体１２２によって発光面１２３に向かって反射されやすくなり、発光面１２３から前方に投射される光の光量を増加させることが可能である。なお、周面１１０ｃの全部が図２９に示すように傾斜してもよく、周面１１０ｃの一部みが傾斜してもよい。また、周面１１０ｃは、第２面１１０ｂから第１面１１０ａに向かって周面１１０ｃの間の距離が広がるように形成された湾曲面であってもよく、多角形状であってもよい。
　[変形例]
　本実施形態に係る発光素子１００の変形例について説明する。図３０及び図３１は、変形例に係る発光素子１００の断面図である。
　上述のように、発光素子１００は、誘電体膜１２１からなる溝壁１５２を有するものとしたが、図３０に示すように、誘電体１２４が溝１５１内に充填されたものであってもよい。この構成であっても、溝１５１による電流狭窄作用を生じさせ、かつ溝１５１と誘電体１２４の界面での屈折といった光学的作用を生じさせることが可能である。
　さらに、図３１に示すように、溝１５１内には誘電体１２４が充填されないものであってもよい。この場合も同様に、溝１５１による電流狭窄作用を生じさせ、かつ溝１５１の表面での屈折といった光学的作用を生じさせることが可能である。
　なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
　（１）
　第１の半導体型を有する第１の半導体層と、第２の半導体型を有する第２の半導体層と、上記第１の半導体層と上記第２の半導体層に挟まれた活性層を備える積層体であって、上記第１の半導体層の上記活性層とは反対側の面である第１の面と、上記第２の半導体層の上記活性層とは反対側の面である第２の面と、上記第１の面と上記第２の面の間を接続し、上記活性層の端面を含む周面とを有し、上記第１の半導体層において上記第１の面から上記活性層に向かって形成され、上記活性層と離間する深さを有し、上記第１の面に平行な方向に延伸する溝が形成された積層体と、
　上記第１の面の、上記活性層とは反対側に位置し、上記活性層において生じた光を出射する発光面と、
　上記端面から出射された光を上記溝に向けて反射する反射体と
　を具備する発光素子。
　（２）
　上記（１）に記載の発光素子であって、
　上記反射体は、上記第２の面及び上記周面を被覆し、上記第２の面及び上記周面から出射された光を上記発光面に向けて反射する
　発光素子。
　（３）
　上記（１）又は（２）に記載の発光素子であって、
　請求項２に記載の発光素子であって、
　上記周面は、上記周面間の距離が上記第２の面から上記第１の面に向かって広がるように傾斜する
　発光素子。
　（４）
　上記（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の発光素子であって、
　上記溝は、上記溝の延伸方向に対する垂直面での断面形状が、Ｖ字型形状、Ｕ字型形状又は多角形状を有する
　発光素子。
　（５）
　上記（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の発光素子であって、
　上記溝の溝壁は、上記発光面に対して垂直面状、傾斜面状又は曲面状である
　発光素子。
　（６）
　上記（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の発光素子であって、
　上記溝の溝壁は、平滑面状又は凹凸面状である
　発光素子。
　（７）
　上記（１）から（６）のうちいずれか１つに記載の発光素子であって、
　上記溝は、上記発光面に垂直な方向から見て上記光出射面の周縁に平行な方向又は非平行な方向に延伸する
　発光素子。
　（８）
　上記（１）から（７）うちいずれか１つに記載の発光素子であって、
　上記溝は、上記第１の電極と上記周面の間に設けられた複数本の溝を含む
　発光素子。
　（９）
　上記（１）から（８）のうちいずれか１つに記載の発光素子であって、
　上記溝は、上記発光面に垂直な方向から見て直線状又は曲線状に延伸する
　発光素子。
　（１０）
　上記（１）から（９）のうちいずれか１つに記載の発光素子であって、
　上記溝は、断続的に形成されている
　発光素子。
　（１１）
　上記（１）から（１０）のうちいずれか１つに記載の発光素子であって、
　上記溝は、上記発光面に垂直な方向から見て溝幅が一定、又は上記溝幅が一定ではない
　発光素子。
　（１２）
　上記（１）から（１１）のうちいずれか１つに記載の発光素子であって、
　上記溝は、誘電体膜によって被覆され、上記誘電体膜が上記溝の溝壁を形成する
　発光素子。
　（１３）
　上記（１）から（１１）のうちいずれか１つに記載の発光素子であって、
　上記溝は、内部に誘電体が充填されている、又は充填されていない
　発光素子。
　（１４）
　請求項（１）から（１３）のうちいずれか１つに記載の発光素子であって、
　上記第１の面に設けられ、上記第１の半導体層に電気的に接続された第１の電極と、
　上記第２の面に設けられ、上記第２の半導体層に電気的に接続された第２の電極と
　をさらに具備し、
　上記溝は、上記第１の電極と上記周面の間に形成されている
　発光素子。
　（１５）
　上記（１４）に記載の発光素子であって、
　上記溝は、上記発光面に垂直な方向から見て上記第１の電極を囲む環状に形成されている
　発光素子。
　（１６）
　上記（１４）に記載の発光素子であって、
　上記第１の電極は上記溝を横断する
　発光素子。
　（１７）
　上記（１６）に記載の発光素子であって、
　上記第１の電極は、上記溝に囲まれた内部で上記第１の半導体層に電気的に接続されている
　発光素子。
　（１８）
　上記（１）から（１７）のうちいずれか１つに記載の発光素子であって、
　上記積層体は、さらに、上記第１の半導体層において上記第１の面から上記活性層に向かって形成され、上記活性層と離間する深さを有する孔状凹部を有し、
　上記孔状凹部の内面上に誘電体膜が形成されている
　発光素子。
　１００…発光素子
　１１０…積層体
　１１１…第１半導体層
　１１２…第２半導体層
　１１３…活性層
　１２１…誘電体膜
　１２２…反射体
　１２３…発光面
　１３１…第１電極
　１３２…第２電極
　１５１…溝
　１５２…溝壁
　１５２ａ…外壁
　１５２ｂ…内壁
　１５３…孔

Claims (18)

  1. 　第１の半導体型を有する第１の半導体層と、第２の半導体型を有する第２の半導体層と、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層に挟まれた活性層を備える積層体であって、前記第１の半導体層の前記活性層とは反対側の面である第１の面と、前記第２の半導体層の前記活性層とは反対側の面である第２の面と、前記第１の面と前記第２の面の間を接続し、前記活性層の端面を含む周面とを有し、前記第１の半導体層において前記第１の面から前記活性層に向かって形成され、前記活性層と離間する深さを有し、前記第１の面に平行な方向に延伸する溝が形成された積層体と、
    　前記第１の面の、前記活性層とは反対側に位置し、前記活性層において生じた光を出射する発光面と、
    　前記端面から出射された光を前記溝に向けて反射する反射体と
    　を具備する発光素子。
  2. 　請求項１に記載の発光素子であって、
    　前記反射体は、前記第２の面及び前記周面を被覆し、前記第２の面及び前記周面から出射された光を前記発光面に向けて反射する
    　発光素子。
  3. 　請求項２に記載の発光素子であって、
    　前記周面は、前記周面間の距離が前記第２の面から前記第１の面に向かって広がるように傾斜する
    　発光素子。
  4. 　請求項１から３のうちいずれか１項に記載の発光素子であって、
    　前記溝は、前記溝の延伸方向に対する垂直面での断面形状が、Ｖ字型形状、Ｕ字型形状又は多角形状を有する
    　発光素子。
  5. 　請求項１から３のうちいずれか１項に記載の発光素子であって、
    　前記溝の溝壁は、前記発光面に対して垂直面状、傾斜面状又は曲面状である
    　発光素子。
  6. 　請求項１から３のうちいずれか１項に記載の発光素子であって、
    　前記溝の溝壁は、平滑面状又は凹凸面状である
    　発光素子。
  7. 　請求項１から３のうちいずれか１項に記載の発光素子であって、
    　前記溝は、前記発光面に垂直な方向から見て前記光出射面の周縁に平行な方向又は非平行な方向に延伸する
    　発光素子。
  8. 　請求項１から３のうちいずれか１項に記載の発光素子であって、
    　前記溝は、前記第１の電極と前記周面の間に設けられた複数本の溝を含む
    　発光素子。
  9. 　請求項１から３のうちいずれか１項に記載の発光素子であって、
    　前記溝は、前記発光面に垂直な方向から見て直線状又は曲線状に延伸する
    　発光素子。
  10. 　請求項１から３のうちいずれか１項に記載の発光素子であって、
    　前記溝は、断続的に形成されている
    　発光素子。
  11. 　請求項１から３のうちいずれか１項に記載の発光素子であって、
    　前記溝は、前記発光面に垂直な方向から見て溝幅が一定、又は前記溝幅が一定ではない
    　発光素子。
  12. 　請求項１から３のうちいずれか１項に記載の発光素子であって、
    　前記溝は、誘電体膜によって被覆され、前記誘電体膜が前記溝の溝壁を形成する
    　発光素子。
  13. 　請求項１から３のうちいずれか１項に記載の発光素子であって、
    　前記溝は、内部に誘電体が充填されている、又は充填されていない
    　発光素子。　　
  14. 　請求項１から１３のうちいずれか１項に記載の発光素子であって、
    　前記第１の面に設けられ、前記第１の半導体層に電気的に接続された第１の電極と、
    　前記第２の面に設けられ、前記第２の半導体層に電気的に接続された第２の電極と
    　をさらに具備し、
    　前記溝は、前記第１の電極と前記周面の間に形成されている
    　発光素子。
  15. 　請求項１４に記載の発光素子であって、
    　前記溝は、前記発光面に垂直な方向から見て前記第１の電極を囲む環状に形成されている
    　発光素子。
  16. 　請求項１４に記載の発光素子であって、
    　前記第１の電極は前記溝を横断する
    　発光素子。
  17. 　請求項１６に記載の発光素子であって、
    　前記第１の電極は、前記溝に囲まれた内部で前記第１の半導体層に電気的に接続されている
    　発光素子。
  18. 　請求項１から１７のうちいずれか１項に記載の発光素子であって、
    　前記積層体は、さらに、前記第１の半導体層において前記第１の面から前記活性層に向かって形成され、前記活性層と離間する深さを有する孔状凹部を有し、
    　前記孔状凹部の内面上に誘電体膜が形成されている
    　発光素子。
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