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JP4091279B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents

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JP4091279B2
JP4091279B2 JP2001232149A JP2001232149A JP4091279B2 JP 4091279 B2 JP4091279 B2 JP 4091279B2 JP 2001232149 A JP2001232149 A JP 2001232149A JP 2001232149 A JP2001232149 A JP 2001232149A JP 4091279 B2 JP4091279 B2 JP 4091279B2
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JP
Japan
Prior art keywords
light emitting
light
current diffusion
diffusion layer
layer
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP2001232149A
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Japanese (ja)
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JP2003046121A (en
Inventor
一浩 滝本
敦子 山下
志津江 松田
仁 杉山
春二 吉武
克 江頭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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  • Led Devices (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード(LED)や半導体レーザ(LD)等の半導体発光素子に係わり、特に光取り出し面の改良をはかった半導体発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、高輝度の発光ダイオードは、半導体基板上にダブルへテロ構造等からなる発光部を形成し、その上に電流拡散層を形成して構成される。この発光ダイオードを樹脂にてパッケージする場合、電流拡散層の上部は、素子保護のための透明樹脂で覆われた構造となっている。
【0003】
この構造では、電流拡散層(屈折率:3.1〜3.5)と透明樹脂(屈折率:1.5程度)との間の臨界角は25〜29°となり、これより入射角が大きくなる光は全反射し、発光素子外部に放出される確率が著しく低下する。このため、実際に発生した光の取り出し効率は20%程度になっているのが現状である。
【0004】
なお、電流拡散層の上部に高屈折率膜を形成し、臨界角を上げることによって光取り出し効率を向上させる方法もあるが、効率向上は20%程度と低いものであった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、樹脂にてパッケージする発光ダイオードにおいては、発光層を含む半導体多層膜の最上層(一般には電流拡散層)と透明樹脂との境界で、界面に斜め方向から入射する光が全反射し、光取り出し効率が低下するという問題があった。また、この問題は発光ダイオードに限るものではなく、面発光型の半導体レーザに関しても同様に言えることである。
【0006】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、発光層を含む半導体多層膜の最上層と透明樹脂との境界における光の全反射の影響で光取り出し効率が低下するのを防止することができ、光取り出し効率の向上をはかり得る半導体発光素子を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
(構成)
上記課題を解決するために本発明は次のような構成を採用している。
【0012】
即ち本発明は、基板上に発光層を含む半導体積層部が形成され、その上に電流拡散層が形成され、基板と反対側の面から光を取り出す方式の半導体発光素子であって、一つの発光素子本体を構成するチップの形状を、発光層と平行な2つの面と、発光層と非平行な4つの面と、からなる6つの面を側面とする六角柱に形成してなることを特徴とする。さらに、前記六角柱のチップを、前記発光層と非平行な面同士が接触するように、複数個アレイ状に配置したことを特徴とする。
【0018】
(作用)
本発明によれば、チップ形状を発光層と平行な2つの面と、発光層と非平行な4つの面(斜面)と、からなる6つの面を側面とする六角柱に形成することにより、斜面部における光の全反射を低減することができ、光取り出し効率の向上をはかることが可能となる。さらに、六角柱状のチップを斜面同士が接するようにアレイ配置することにより、単位面積当たりの発光強度を増加させることも可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【0020】
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係わるLEDの素子構造を示す断面図である。
【0021】
図中の10は厚さ250μm前後のn型GaAs基板又はGaP基板であり、この基板10上に活性層(発光層)をn型及びp型のクラッド層で挟んだInGaAlP系材料からなるダブルへテロ構造部(発光部)20が成長形成され、その上にp型GaP電流拡散層30が成長若しくは接着によって厚さ200μm前後に形成されている。ここで、ダブルへテロ構造部20を構成する活性層は例えば厚さ0.6μm前後のInGaAlP、クラッド層は例えば厚さ0.6〜1.0μm前後のInAlPである。そして、電流拡散層30上の一部にp側電極41が形成され、基板10の裏面にn側電極42が形成されている。
【0022】
ここまでの基本構成は従来素子と同様であるが、本実施形態では、電流拡散層30の表面は上側に凸に湾曲して形成され、基板10の裏面は下側に凸に湾曲して形成され、素子全体が球状に形成されている。この形成方法としては、基板上に電極まで形成した後、ダイシングしてチップを切り離し、チップ全体を研磨することで球状体を得る。なお、図中の51は素子全体或いは素子の上面部を封止するための透明樹脂、52は基板側に漏れた光を上方に導くための反射ミラーを示している。
【0023】
このような構成であれば、電流拡散層30及び基板10の湾曲構造によって、電流拡散層側及び基板側における光取り出し効率の向上をはかることができる。即ち、電流拡散層30と透明樹脂51との界面が平坦な場合は、図2(b)に示すように、発光層30からの入射光は電流拡散層30と透明樹脂51の各々の屈折率の関係で決まる所定の入射角度で全反射となる。これに対し、本実施形態のように光取り出し面が湾曲された場合は、図2(a)に示すように、従来素子では全反射となった入射角度においても全反射することなく光を外部に取り出すことができる。これは、基板側に対しても同様に言えることである。従って本実施形態では、光取り出し効率の向上をはかることが可能となる。
【0024】
なお、この実施形態では素子全体を球状に形成したが、円柱状に形成してもよい。また、この実施形態では電流拡散層側及び基板側の両方に湾曲構造を設けたが、活性層20に対し基板10と反対側のみに光を取り出す構造の場合は、電流拡散層側のみに湾曲構造を設け、基板10の裏面は全面電極としてもよい。
【0025】
(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態に係わるLEDの素子構造を示す斜視図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【0026】
n型GaAs基板10上に活性層をクラッド層で挟んだInGaAlP系材料からなるダブルへテロ構造部(発光部)20が成長形成され、その上にp型GaP電流拡散層30が成長形成されている。そして、電流拡散層30上の一部にp側電極41が形成され、基板30の裏面の一部にn側電極42が形成されている。
【0027】
ここまでの基本構成は従来素子と同様であるが、本実施形態では、電流拡散層30の端部は斜めにカットされており、基板10の端部も斜めにカットされており、素子全体が六角柱状に形成されている。
【0028】
このような構成であれば、電流拡散層30及び基板10の傾斜部においては、ある角度で全反射されて取り出せなかった入射光も取り出せるようになり、光取り出し効率が向上する。従って、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
【0029】
また、素子全体が六角柱であることから、図4に示すように、六角柱のチップを傾斜部同士が接触するように複数個アレイ状に配置することができる。この場合、複数のチップを細密構造で並べることが可能となるので、単位面積当たりの発光強度も増加する。
【0030】
(第3の実施形態)
図5は、本発明の第3の実施形態に係わるLEDの素子構造を示す断面図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【0031】
n型GaAs基板10上に活性層をクラッド層で挟んだInGaAlP系材料からなるダブルへテロ構造部(発光部)20が成長形成され、その上にp型GaP電流拡散層30が成長形成されている。この電流拡散層30上には、多数のマイクロレンズ60が形成されている。そして、マイクロレンズ60を覆うように透明樹脂51が形成されている。
【0032】
ここで、本実施形態に用いたマイクロレンズ60は、単に凸型マイクロレンズを配列したものではなく、凸型マイクロレンズ61と凹型マイクロレンズ62を交互に配置したものである。凸型マイクロレンズ61と凹型マイクロレンズ62との配置関係は、図6(a)に示すようにライン毎に交互に配列してもよいし、図6(b)に示すように市松状に配列してもよい。マイクロレンズ60の材料としては、下地のクラッド層と同じ材料、又はクラッド層と屈折率差の小さいものを用いることができる。マイクロレンズの形成方法としては、マイクロレンズ材の上にレジストパターンを形成し、これをマスクにマイクロレンズ材をウェットエッチングした後、表面を研磨することで得ることができる。
【0033】
また、マイクロレンズ60の曲率半径rは次のように設定すればよい。即ち、図10(a)に示すように、ダブルへテロ構造部20の活性層からマイクロレンズ60までの距離をL、電流拡散層30の屈折率をn1、及びマイクロレンズ60を保護する透明樹脂51の屈折率をn2とするとき、全反射の式から臨界角は
sinφ=n2/n1
であり、これが全反射しないためには、
sinφ≦n2/n1
φ≦sin-1(n2/n1)
ここで、tanφ=L/rより
L/r≦tan{sin-1(n2/n1)}
故に、Lとrとの関係は
r≧L/[tan{sin-1(n2/n1)}]
に設定すればよい。
【0034】
また、図10(a)にはマイクロレンズが凹凸の場合を示すが、図10(b)には凸のみの場合を示す。図10(a)(b)において光が同じ点から出たとすると、角度φ1の光は、(a)よりも(b)の方で電流拡散層内を通る距離が長くなり、途中で減衰することが考えられる。従って、マイクロレンズとしては凹凸の組の方が光取り出し効率の点で効果が大きい。
【0035】
(第4の実施形態)
図7は、本発明の第4の実施形態に係わるLEDの要部構成を示す平面図である。
【0036】
素子の基本構成は図5に示す第3の実施形態と同様であり、第3の実施形態とはマイクロレンズの形状及び配置が異なっている。即ち、本実施形態におけるマイクロレンズ65は、図7(a)に示すように六角形状であり、互いに隙間が生じないようにハニカム配列となっている。また、マイクロレンズの種類は凸型であっても良いし、凸型と凹型を組み合わせたものであってもよい。
【0037】
このような構成であれば、光取り出し面に対してマイクロレンズを有効に配置することができ、光取り出し効率のより一層の向上をはかることができる。即ち、図7(b)に示すように複数の円形レンズ66を配置した場合、レンズ間にどうしても隙間が生じてしまう。これに対し、本実施形態のように複数の六角形レンズ65をハニカム状に配置すると、レンズ間の隙間を無くすことができるため、レンズを有効配置できることになる。つまり、光取り出し面の全面にマイクロレンズを配置することができ、全面に亘って光取り出し効率の向上をはかることが可能となる。
【0038】
(第5の実施形態)
図8は、本発明の第5の実施形態に係わるLEDの製造工程、特にマイクロレンズ部の製造工程を示す断面図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【0039】
まず、図8(a)に示すように、n型GaAs基板10上に活性層をn型及びp型のクラッド層で挟んだInGaAlP系材料からなるダブルへテロ構造部(発光部)20を成長形成し、その上にp型GaP電流拡散層30を成長形成する。
【0040】
次いで、図8(b)に示すように、電流拡散層30上にノボラック系やスチレン系のレジスト70を膜厚2μmに塗布形成した後、周知のフォトリソグラフィプロセスにより、電流拡散層30上にレジスト70を所定の間隔(ピッチ4〜6μm、スペース0.5μm)で島状に残す。
【0041】
次いで、図8(c)に示すように、レジスト70を150〜200℃に加熱してリフローすることにより、半球面状のレジストパターンを形成する。次いで、図8(d)に示すように、半球面状のレジスト70のパターン形状を電流拡散層30に転写することにより、電流拡散層30からなるマイクロレンズを形成されることになる。
【0042】
ここで、レジスト70のパターン形状を電流拡散層に転写する工程としては、マグネトロンRIE装置を用いて、エッチングガスにBCl3 ,Cl2 或いはその混合ガスを用い、更にO2 ,Arを添加ガスとして用い、レジスト70と電流拡散層30を同時にエッチングする。レジスト70と電流拡散層30のエッチング速度がほぼ等しいものであれば、RIEによりレジスト70の表面形状が電流拡散層30に反映されることになる。
【0043】
また、図9(a)に示すような、レジスト70のリフロー後の形状に対し、BCl3 ,Cl2 或いはその混合ガスで電流拡散層30を僅かにエッチングした後に、O2 ,Ar又はその混合ガスでレジスト70を単独で僅かにエッチングし、これらのエッチングを繰り返してステップエッチングすることで、図9(b)に示すように、電流拡散層30の表面を階段状形状にする。マイクロレンズの形状制御は、電流拡散層30をエッチングする時間とレジスト70をエッチングする時間をステップ毎に変えることにより可能である。そして、図9(c)に示すように電流拡散層30の表面全体が階段状になった後に、電流拡散層30の表面をCMPによりなだらかにすることにより、図9(d)に示すようなレンズ形状が得られる。
【0044】
(変形例)
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、発光層をクラッド層で挟んだダブルへテロ構造部を有する発光ダイオードについて説明したが、必ずしもダブルへテロ構造部を有する必要はなく、発光層を有する半導体積層部を有するものであればよい。さらに、実施形態では、発光ダイオードについて説明したが、面発光型の半導体レーザに適用することも可能である。
【0045】
また、発光素子を構成する各半導体層の材料,組成,厚さ等の条件は、仕様に応じて適宜変更可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【0046】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、半導体発光素子における光取り出し面の改良によって、発光層を含む半導体多層膜の最上層と透明樹脂との境界における全反射の影響で光取り出し効率が低下するのを防止することができ、光取り出し効率の向上をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係わるLEDの素子構造を示す断面図。
【図2】第1の実施形態の効果を説明するための模式図。
【図3】第2の実施形態に係わるLEDの素子構造を示す斜視図。
【図4】第2の実施形態における六角柱のチップを複数個アレイ状に配置した状態を示す図。
【図5】第3の実施形態に係わるLEDの素子構造を示す断面図。
【図6】第3の実施形態における凸型マイクロレンズと凹型マイクロレンズとの配置関係を示す平面図。
【図7】第4の実施形態に係わるLEDの要部構成を示す平面図。
【図8】第5の実施形態に係わるLEDの製造工程を示す断面図。
【図9】第5の実施形態におけるマイクロレンズ部の製造工程を示す断面図。
【図10】第3の実施形態を説明するためのもので、マイクロレンズが凹凸の場合と凸のみの場合を示す断面図。
【符号の説明】
10…n型GaAs基板
20…ダブルへテロ構造部(発光部)
30…p型GaP電流拡散層
41…p側電極
42…n側電極
51…透明樹脂
52…反射ミラー
60…マイクロレンズ
61…凸型マイクロレンズ
62…凹型マイクロレンズ
65…六角形レンズ
66…円形レンズ
70…レジスト
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light emitting diode (LED) and semiconductor lasers (LD) a semiconductor light emitting element such as, in particular relates to a semiconductor light emitting device aimed at improving the light extraction surface.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a high-intensity light emitting diode is configured by forming a light emitting portion having a double hetero structure or the like on a semiconductor substrate and forming a current diffusion layer thereon. When the light emitting diode is packaged with a resin, the upper portion of the current diffusion layer is covered with a transparent resin for protecting the element.
[0003]
In this structure, the critical angle between the current spreading layer (refractive index: 3.1 to 3.5) and the transparent resin (refractive index: about 1.5) is 25 to 29 °, and the incident angle is larger than this. The total light is totally reflected and the probability of being emitted to the outside of the light emitting element is significantly reduced. For this reason, the actual light extraction efficiency is about 20%.
[0004]
Although there is a method of improving the light extraction efficiency by forming a high refractive index film on the current diffusion layer and increasing the critical angle, the efficiency improvement is as low as about 20%.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, conventionally, in a light emitting diode packaged with a resin, all light incident on the interface from an oblique direction is formed at the boundary between the uppermost layer of the semiconductor multilayer film including the light emitting layer (generally a current diffusion layer) and the transparent resin. There is a problem that the light extraction efficiency is reduced due to reflection. This problem is not limited to light emitting diodes, but can be similarly applied to surface-emitting semiconductor lasers.
[0006]
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its object is to achieve light extraction efficiency due to the effect of total reflection of light at the boundary between the uppermost layer of the semiconductor multilayer film including the light emitting layer and the transparent resin. It is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device capable of preventing the decrease of the light emission and improving the light extraction efficiency.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
(Constitution)
In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.
[0012]
That is, the present invention is a semiconductor light emitting device of a type in which a semiconductor laminated portion including a light emitting layer is formed on a substrate, a current diffusion layer is formed thereon, and light is extracted from the surface opposite to the substrate. the shape of the chip constituting the light-emitting element body, a light emitting layer and two parallel faces, a light emitting layer and the non-parallel four surfaces, the six surfaces that obtained by forming a hexagonal cylinder to a side surface consisting of Features. Furthermore, a plurality of hexagonal column chips are arranged in an array so that non-parallel surfaces of the light emitting layer are in contact with each other .
[0018]
(Function)
According to the present invention, the two parallel faces and the light-emitting layer and tip shape, the light-emitting layer and the non-parallel four surfaces (the slope), the six surfaces by forming a hexagonal cylinder to a side surface consisting of, It is possible to reduce the total reflection of light on the slope portion and improve the light extraction efficiency. Furthermore, it is possible to increase the light emission intensity per unit area by arranging the hexagonal column-shaped chips in an array so that the inclined surfaces are in contact with each other.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.
[0020]
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the element structure of an LED according to the first embodiment of the present invention.
[0021]
In the figure, reference numeral 10 denotes an n-type GaAs substrate or GaP substrate having a thickness of about 250 μm, and an active layer (light-emitting layer) is sandwiched between n-type and p-type clad layers on the substrate 10 and is doubled. A terror structure portion (light-emitting portion) 20 is grown and formed, and a p-type GaP current diffusion layer 30 is formed on the terastructure portion (light-emitting portion) 20 to a thickness of about 200 μm by growth or adhesion. Here, the active layer constituting the double heterostructure 20 is, for example, InGaAlP having a thickness of about 0.6 μm, and the cladding layer is, for example, InAlP having a thickness of about 0.6 to 1.0 μm. A p-side electrode 41 is formed on a part of the current diffusion layer 30, and an n-side electrode 42 is formed on the back surface of the substrate 10.
[0022]
The basic configuration so far is the same as that of the conventional element, but in this embodiment, the surface of the current diffusion layer 30 is formed to be convexly curved upward, and the back surface of the substrate 10 is curved to be convex downward. The entire element is formed in a spherical shape. As this formation method, after forming electrodes on the substrate, dicing is performed to separate the chip, and the entire chip is polished to obtain a spherical body. In the figure, 51 is a transparent resin for sealing the entire element or the upper surface of the element, and 52 is a reflecting mirror for guiding light leaked to the substrate side upward.
[0023]
With such a configuration, the light extraction efficiency on the current diffusion layer side and the substrate side can be improved by the curved structure of the current diffusion layer 30 and the substrate 10. That is, when the interface between the current diffusion layer 30 and the transparent resin 51 is flat, the incident light from the light emitting layer 30 is reflected by the refractive indexes of the current diffusion layer 30 and the transparent resin 51 as shown in FIG. Total reflection occurs at a predetermined incident angle determined by the relationship. In contrast, when the light extraction surface is curved as in this embodiment, as shown in FIG. 2A, the light is externally reflected without being totally reflected even at an incident angle that is totally reflected by the conventional element. Can be taken out. This is also true for the substrate side. Therefore, in this embodiment, it is possible to improve the light extraction efficiency.
[0024]
In this embodiment, the entire element is formed in a spherical shape, but may be formed in a cylindrical shape. Further, in this embodiment, the curved structure is provided on both the current diffusion layer side and the substrate side. However, in the case of a structure in which light is extracted only on the side opposite to the substrate 10 with respect to the active layer 20, the curved structure is provided only on the current diffusion layer side. A structure may be provided, and the back surface of the substrate 10 may be a full-surface electrode.
[0025]
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a perspective view showing an element structure of an LED according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 1 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.
[0026]
A double heterostructure portion (light emitting portion) 20 made of an InGaAlP-based material with an active layer sandwiched between clad layers is grown on an n-type GaAs substrate 10, and a p-type GaP current diffusion layer 30 is grown thereon. Yes. A p-side electrode 41 is formed on a part of the current diffusion layer 30, and an n-side electrode 42 is formed on a part of the back surface of the substrate 30.
[0027]
The basic configuration so far is the same as that of the conventional element, but in this embodiment, the end portion of the current diffusion layer 30 is cut obliquely, the end portion of the substrate 10 is also cut obliquely, and the entire element is It is formed in a hexagonal column shape.
[0028]
With such a configuration, incident light that has been totally reflected at a certain angle and cannot be extracted can be extracted from the current diffusion layer 30 and the inclined portion of the substrate 10, thereby improving light extraction efficiency. Therefore, the same effect as the first embodiment can be obtained.
[0029]
Since the entire element is a hexagonal column, a plurality of hexagonal column chips can be arranged in an array so that the inclined portions are in contact with each other as shown in FIG. In this case, since a plurality of chips can be arranged in a fine structure, the light emission intensity per unit area also increases.
[0030]
(Third embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the element structure of an LED according to the third embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 1 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.
[0031]
A double heterostructure portion (light emitting portion) 20 made of an InGaAlP-based material with an active layer sandwiched between clad layers is grown on an n-type GaAs substrate 10, and a p-type GaP current diffusion layer 30 is grown thereon. Yes. A large number of microlenses 60 are formed on the current spreading layer 30. A transparent resin 51 is formed so as to cover the microlens 60.
[0032]
Here, the microlens 60 used in the present embodiment is not a simple arrangement of convex microlenses, but is one in which convex microlenses 61 and concave microlenses 62 are alternately arranged. The arrangement relationship between the convex microlenses 61 and the concave microlenses 62 may be arranged alternately for each line as shown in FIG. 6A, or in a checkered pattern as shown in FIG. 6B. May be. As the material of the microlens 60, the same material as the underlying cladding layer or a material having a small refractive index difference from the cladding layer can be used. The microlens can be formed by forming a resist pattern on the microlens material, wet etching the microlens material using the resist pattern as a mask, and then polishing the surface.
[0033]
Further, the radius of curvature r of the microlens 60 may be set as follows. That is, as shown in FIG. 10A, the distance from the active layer of the double heterostructure 20 to the microlens 60 is L, the refractive index of the current diffusion layer 30 is n1, and the transparent resin that protects the microlens 60. When the refractive index of 51 is n2, the critical angle is sinφ = n2 / n1 from the total reflection equation.
In order for this not to be totally reflected,
sinφ ≦ n2 / n1
φ ≦ sin −1 (n2 / n1)
Here, from tan φ = L / r, L / r ≦ tan {sin −1 (n2 / n1)}
Therefore, the relationship between L and r is r ≧ L / [tan {sin −1 (n2 / n1)}].
Should be set.
[0034]
FIG. 10A shows a case where the microlens is uneven, while FIG. 10B shows a case where only the convex is convex. 10 (a) and 10 (b), if the light is emitted from the same point, the light having an angle φ1 has a longer distance through the current diffusion layer in (b) than in (a) and attenuates in the middle. It is possible. Therefore, as a microlens, a concave / convex set is more effective in terms of light extraction efficiency.
[0035]
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a plan view showing the main configuration of an LED according to the fourth embodiment of the present invention.
[0036]
The basic configuration of the element is the same as that of the third embodiment shown in FIG. 5, and the shape and arrangement of the microlens are different from those of the third embodiment. That is, the microlens 65 in the present embodiment has a hexagonal shape as shown in FIG. 7A, and has a honeycomb arrangement so that no gaps are formed between them. Further, the type of the microlens may be a convex type, or a combination of a convex type and a concave type.
[0037]
With such a configuration, the microlens can be effectively arranged on the light extraction surface, and the light extraction efficiency can be further improved. That is, when a plurality of circular lenses 66 are arranged as shown in FIG. 7B, a gap is inevitably generated between the lenses. On the other hand, when a plurality of hexagonal lenses 65 are arranged in a honeycomb shape as in this embodiment, the gap between the lenses can be eliminated, so that the lenses can be effectively arranged. That is, the microlens can be disposed on the entire surface of the light extraction surface, and the light extraction efficiency can be improved over the entire surface.
[0038]
(Fifth embodiment)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an LED according to the fifth embodiment of the present invention, particularly a manufacturing process of a microlens portion. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 1 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.
[0039]
First, as shown in FIG. 8A, a double heterostructure part (light emitting part) 20 made of an InGaAlP material in which an active layer is sandwiched between n-type and p-type cladding layers on an n-type GaAs substrate 10 is grown. Then, a p-type GaP current diffusion layer 30 is grown thereon.
[0040]
Next, as shown in FIG. 8B, a novolac-based or styrene-based resist 70 is applied and formed on the current diffusion layer 30 to a thickness of 2 μm, and then the resist is formed on the current diffusion layer 30 by a known photolithography process. 70 is left in the form of islands at predetermined intervals (pitch 4-6 μm, space 0.5 μm).
[0041]
Next, as shown in FIG. 8C, the resist 70 is heated to 150 to 200 ° C. and reflowed to form a hemispherical resist pattern. Next, as shown in FIG. 8D, the microlens made of the current diffusion layer 30 is formed by transferring the pattern shape of the hemispherical resist 70 to the current diffusion layer 30.
[0042]
Here, as a process of transferring the pattern shape of the resist 70 to the current diffusion layer, using a magnetron RIE apparatus, BCl 3 , Cl 2 or a mixed gas thereof is used as an etching gas, and O 2 and Ar are used as additional gases. The resist 70 and the current diffusion layer 30 are simultaneously etched. If the etching rates of the resist 70 and the current diffusion layer 30 are substantially equal, the surface shape of the resist 70 is reflected in the current diffusion layer 30 by RIE.
[0043]
Further, for the shape after the reflow of the resist 70 as shown in FIG. 9A, the current diffusion layer 30 is slightly etched with BCl 3 , Cl 2 or a mixed gas thereof and then O 2 , Ar or a mixed state thereof. By slightly etching the resist 70 alone with a gas and repeating these etchings to perform step etching, the surface of the current diffusion layer 30 is formed into a stepped shape as shown in FIG. 9B. The microlens shape can be controlled by changing the time for etching the current diffusion layer 30 and the time for etching the resist 70 for each step. Then, after the entire surface of the current diffusion layer 30 is stepped as shown in FIG. 9 (c), the surface of the current diffusion layer 30 is smoothed by CMP, as shown in FIG. 9 (d). A lens shape is obtained.
[0044]
(Modification)
In addition, this invention is not limited to each embodiment mentioned above. In the embodiment, a light emitting diode having a double hetero structure portion in which a light emitting layer is sandwiched between cladding layers has been described. However, the light emitting diode is not necessarily required to have a double hetero structure portion, and may have a semiconductor stacked portion having a light emitting layer. That's fine. Furthermore, although the light emitting diode has been described in the embodiment, it can be applied to a surface emitting semiconductor laser.
[0045]
In addition, conditions such as a material, a composition, and a thickness of each semiconductor layer constituting the light emitting element can be appropriately changed according to specifications. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0046]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the light extraction efficiency of the semiconductor light emitting device is improved due to the influence of total reflection at the boundary between the uppermost layer of the semiconductor multilayer film including the light emitting layer and the transparent resin. Can be prevented and the light extraction efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an element structure of an LED according to a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an effect of the first embodiment.
FIG. 3 is a perspective view showing an element structure of an LED according to a second embodiment.
FIG. 4 is a view showing a state in which a plurality of hexagonal prism chips in a second embodiment are arranged in an array.
FIG. 5 is a sectional view showing an element structure of an LED according to a third embodiment.
FIG. 6 is a plan view showing an arrangement relationship between a convex microlens and a concave microlens in the third embodiment.
FIG. 7 is a plan view showing the main configuration of an LED according to a fourth embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an LED according to a fifth embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a microlens portion according to a fifth embodiment.
FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views illustrating a case where the microlens is uneven and only convex, for explaining the third embodiment.
[Explanation of symbols]
10 ... n-type GaAs substrate 20 ... Double hetero structure part (light emitting part)
30 ... p-type GaP current spreading layer 41 ... p-side electrode 42 ... n-side electrode 51 ... transparent resin 52 ... reflection mirror 60 ... micro lens 61 ... convex micro lens 62 ... concave micro lens 65 ... hexagonal lens 66 ... circular lens 70 ... resist

Claims (2)

基板上に発光層を含む半導体積層部が形成され、その上に電流拡散層が形成され、基板と反対側の面から光を取り出す方式の半導体発光素子であって、
一つの発光素子本体を構成するチップの形状を、前記発光層と平行な2つの面と、前記発光層と非平行な4つの面と、からなる6つの面を側面とする六角柱に形成してなることを特徴とする半導体発光素子。
A semiconductor light emitting device of a type in which a semiconductor laminated portion including a light emitting layer is formed on a substrate, a current diffusion layer is formed thereon, and light is extracted from a surface opposite to the substrate,
The one light emitting element shape of the chip that comprises the body, and the light-emitting layer and two parallel faces, and said light emitting layer and the non-parallel four surfaces, the six faces consisting of forming a hexagonal prism to the side surface A semiconductor light emitting element characterized by comprising:
前記六角柱のチップを、前記発光層と非平行な面同士が接触するように、複数個アレイ状に配置したことを特徴とする請求項記載の半導体発光素子。Wherein the hexagonal column of chips, the so-emitting layer and the non-parallel surfaces contact each other, the semiconductor light-emitting device according to claim 1, characterized in that arranged in plurality array.
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