JP2002353497A - 発光素子 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発光素子において、結晶からの光の取り出し
効率を増して光出力を向上できること。 【解決手段】 発光素子１においては、ＧａＡｓ基板３
上にＧａＡｓ系の結晶層７をエピタキシャル成長させ
て、発光層４を形成している。そして、基板３側を上
面、結晶層７側を底面として基板３の中央部に一方の電
極２を設け、結晶層７の底面全体にもう一方の電極５を
設けた後に、底面側に一定の間隔で楔形の反射溝６を形
成している。発光素子１においては発光層４が底面側に
あるために、発光層４から水平に近い斜め下方向に放射
される光をも反射溝６で上方に反射することができる。
これによって、反射溝６がない場合には結晶層７の底面
で横方向に反射されて結晶層７の内部に閉じ込められて
吸収されてしまう光が、反射溝６によって上方へ反射さ
れて基板３から外部放射される。
効率を増して光出力を向上できること。 【解決手段】 発光素子１においては、ＧａＡｓ基板３
上にＧａＡｓ系の結晶層７をエピタキシャル成長させ
て、発光層４を形成している。そして、基板３側を上
面、結晶層７側を底面として基板３の中央部に一方の電
極２を設け、結晶層７の底面全体にもう一方の電極５を
設けた後に、底面側に一定の間隔で楔形の反射溝６を形
成している。発光素子１においては発光層４が底面側に
あるために、発光層４から水平に近い斜め下方向に放射
される光をも反射溝６で上方に反射することができる。
これによって、反射溝６がない場合には結晶層７の底面
で横方向に反射されて結晶層７の内部に閉じ込められて
吸収されてしまう光が、反射溝６によって上方へ反射さ
れて基板３から外部放射される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に発光層を
形成して電圧を印加することによって発光層から発光す
るＬＥＤチップ（以下、「発光素子」という。）に関す
るものである。
形成して電圧を印加することによって発光層から発光す
るＬＥＤチップ（以下、「発光素子」という。）に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】発光素子は、例えば、ＧａＡｓ等の結晶
基板の上にＧａＡｓ系等の結晶層をエピタキシャル成長
させて発光層を形成し、アノードとカソードの電極を設
けて電圧を印加することによって、発光層から光が発せ
られて上面（発光面）から光が放射されるものである。
基板の上にＧａＡｓ系等の結晶層をエピタキシャル成長
させて発光層を形成し、アノードとカソードの電極を設
けて電圧を印加することによって、発光層から光が発せ
られて上面（発光面）から光が放射されるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、一般に発光素
子の発光層を含む結晶層は屈折率が高く、発光した光の
吸収率も高いため、発光素子からの光の取り出し効率が
低いという問題点があった。即ち、発光層で光が発生す
るが、上面（発光面）に臨界角以内で入射する光だけが
効率良く外部放射される。ところが発光層の屈折率が高
いため、この臨界角は非常に小さく、一部の光しか外部
放射されず、それ以外の光は吸収率の高い結晶層中で吸
収されて、大部分が熱に変換されてしまう。
子の発光層を含む結晶層は屈折率が高く、発光した光の
吸収率も高いため、発光素子からの光の取り出し効率が
低いという問題点があった。即ち、発光層で光が発生す
るが、上面（発光面）に臨界角以内で入射する光だけが
効率良く外部放射される。ところが発光層の屈折率が高
いため、この臨界角は非常に小さく、一部の光しか外部
放射されず、それ以外の光は吸収率の高い結晶層中で吸
収されて、大部分が熱に変換されてしまう。
【０００４】そこで、本発明は、発光層で発した光のう
ち発光層に対し水平な方向成分の大きい伝播光を反射さ
せることにより上面に臨界角以内で入射させ、結晶から
の光の取り出し効率を増して光出力を向上できる発光素
子を提供することを課題とするものである。
ち発光層に対し水平な方向成分の大きい伝播光を反射さ
せることにより上面に臨界角以内で入射させ、結晶から
の光の取り出し効率を増して光出力を向上できる発光素
子を提供することを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかる
発光素子は、発光素子の底面に発光層から発せられた光
を上方へ反射する反射溝及び／または反射孔が形成され
ているものである。
発光素子は、発光素子の底面に発光層から発せられた光
を上方へ反射する反射溝及び／または反射孔が形成され
ているものである。
【０００６】発光層内の発光点から斜め横方向に放射さ
れる光は結晶界面までの距離が長く、吸収率の高い結晶
層中で吸収されて熱変換される。しかも、横方向は立体
角が大きく、この範囲へ放射される光量は大きい。この
従来外部放射されなかった光を、発光素子の底面に光を
上方へ反射する反射溝または反射孔あるいはその両方を
形成することによって外部放射することができ、光の取
り出し効率を増大させることができる。
れる光は結晶界面までの距離が長く、吸収率の高い結晶
層中で吸収されて熱変換される。しかも、横方向は立体
角が大きく、この範囲へ放射される光量は大きい。この
従来外部放射されなかった光を、発光素子の底面に光を
上方へ反射する反射溝または反射孔あるいはその両方を
形成することによって外部放射することができ、光の取
り出し効率を増大させることができる。
【０００７】このようにして、発光層で発した光のうち
発光層に対し水平な方向成分の大きい伝播光を反射させ
ることにより上面に臨界角以内で入射させ、結晶からの
光の取り出し効率を増して光出力を向上できる発光素子
となる。
発光層に対し水平な方向成分の大きい伝播光を反射させ
ることにより上面に臨界角以内で入射させ、結晶からの
光の取り出し効率を増して光出力を向上できる発光素子
となる。
【０００８】請求項２の発明にかかる発光素子は、請求
項１の構成において、前記発光層が前記底面側に形成さ
れているものである。
項１の構成において、前記発光層が前記底面側に形成さ
れているものである。
【０００９】これによって、発光層と底面との上下方向
の差が殆どなくなるため、発光層内の発光点からほぼ水
平方向に放射された光をも底面に形成された反射溝また
は反射孔によって上方へ反射して外部放射することがで
きるので、光量の大きい横方向への放射光の大部分を外
部放射することができる。また、発光層が底面の電極に
近接して設けられるので、発光層の熱を底面の電極を介
して逃がすことができ、放熱性が向上するため発光効率
も増大する。
の差が殆どなくなるため、発光層内の発光点からほぼ水
平方向に放射された光をも底面に形成された反射溝また
は反射孔によって上方へ反射して外部放射することがで
きるので、光量の大きい横方向への放射光の大部分を外
部放射することができる。また、発光層が底面の電極に
近接して設けられるので、発光層の熱を底面の電極を介
して逃がすことができ、放熱性が向上するため発光効率
も増大する。
【００１０】このようにして、底面に向かって横方向か
ら放射される光をも上方へ反射させることによって光の
取り出し効率をさらに増すとともに、放熱性の向上によ
って発光効率も増大して、光出力をより向上できる発光
素子となる。
ら放射される光をも上方へ反射させることによって光の
取り出し効率をさらに増すとともに、放熱性の向上によ
って発光効率も増大して、光出力をより向上できる発光
素子となる。
【００１１】請求項３の発明にかかる発光素子は、請求
項１または請求項２の構成において、両極の電極が前記
底面側に形成されているものである。
項１または請求項２の構成において、両極の電極が前記
底面側に形成されているものである。
【００１２】したがって、上面に電極を形成する必要が
ないので、発光素子を小チップ化しても、本発明にかか
る底面に形成された反射溝または反射孔によって光を上
方へ反射して外部放射効率を向上させる効果は維持され
る。そして、発光素子が小チップ化されることによっ
て、発光素子の結晶層内で何回か反射されて外部放射さ
れる光の経路が短くなるため、光の吸収率が高い結晶層
中で吸収される割合が減少して外部放射効率が一段と向
上する。
ないので、発光素子を小チップ化しても、本発明にかか
る底面に形成された反射溝または反射孔によって光を上
方へ反射して外部放射効率を向上させる効果は維持され
る。そして、発光素子が小チップ化されることによっ
て、発光素子の結晶層内で何回か反射されて外部放射さ
れる光の経路が短くなるため、光の吸収率が高い結晶層
中で吸収される割合が減少して外部放射効率が一段と向
上する。
【００１３】このようにして、上面に電極を形成する必
要がないので小チップ化が可能となり、光の取り出し効
率を一段と向上させることができる発光素子となる。
要がないので小チップ化が可能となり、光の取り出し効
率を一段と向上させることができる発光素子となる。
【００１４】請求項４の発明にかかる発光素子は、請求
項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記
反射溝及び／または反射孔が前記発光層内にまで達して
いるものである。
項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記
反射溝及び／または反射孔が前記発光層内にまで達して
いるものである。
【００１５】かかる構成の発光素子においては、発光層
内の各発光点から水平方向に放射される光は勿論、やや
斜め上方へ放射される光をも発光層内に達して形成され
た反射溝または反射孔によって上方へ反射することがで
きる。これによって、光量の大きい横方向への放射光の
殆ど全てを外部放射することができる。
内の各発光点から水平方向に放射される光は勿論、やや
斜め上方へ放射される光をも発光層内に達して形成され
た反射溝または反射孔によって上方へ反射することがで
きる。これによって、光量の大きい横方向への放射光の
殆ど全てを外部放射することができる。
【００１６】このようにして、発光層内の各発光点から
横方向に放射される光の殆ど全てを上方へ反射させるこ
とによって光の取り出し効率をさらに増して光出力をよ
り向上できる発光素子となる。
横方向に放射される光の殆ど全てを上方へ反射させるこ
とによって光の取り出し効率をさらに増して光出力をよ
り向上できる発光素子となる。
【００１７】請求項５の発明にかかる発光素子は、請求
項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記
発光層の発光エリアが前記反射溝及び／または反射孔の
形成されている箇所以外に形成された分割発光エリアと
なっているものである。
項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記
発光層の発光エリアが前記反射溝及び／または反射孔の
形成されている箇所以外に形成された分割発光エリアと
なっているものである。
【００１８】かかる構成の発光素子においては、発光層
内に反射溝または反射孔が形成されていないので、反射
溝または反射孔形成時の発光層への影響を小さくするこ
とができ、物理的に弱い発光層にも対応できる。そし
て、反射溝または反射孔を発光層の発光エリアを超える
高さまで形成することによって、反射溝または反射孔を
発光層内に達して形成した場合と同様に、発光層内の各
発光点から水平方向に放射される光は勿論、やや斜め上
方へ放射される光をも反射溝または反射孔によって上方
へ反射することができる。これによって、光量の大きい
横方向への放射光の殆ど全てを外部放射することができ
る。
内に反射溝または反射孔が形成されていないので、反射
溝または反射孔形成時の発光層への影響を小さくするこ
とができ、物理的に弱い発光層にも対応できる。そし
て、反射溝または反射孔を発光層の発光エリアを超える
高さまで形成することによって、反射溝または反射孔を
発光層内に達して形成した場合と同様に、発光層内の各
発光点から水平方向に放射される光は勿論、やや斜め上
方へ放射される光をも反射溝または反射孔によって上方
へ反射することができる。これによって、光量の大きい
横方向への放射光の殆ど全てを外部放射することができ
る。
【００１９】このようにして、物理的に弱い発光層にも
対応することができるとともに、発光層内の各発光点か
ら横方向に放射される光の殆ど全てを上方へ反射させる
ことによって光の取り出し効率をさらに増して光出力を
より向上できる発光素子となる。
対応することができるとともに、発光層内の各発光点か
ら横方向に放射される光の殆ど全てを上方へ反射させる
ことによって光の取り出し効率をさらに増して光出力を
より向上できる発光素子となる。
【００２０】請求項６の発明にかかる発光素子は、請求
項１乃至請求項５のいずれか１つの構成において、前記
発光層より屈折率の小さい基板が前記発光層の上方に位
置しているものである。
項１乃至請求項５のいずれか１つの構成において、前記
発光層より屈折率の小さい基板が前記発光層の上方に位
置しているものである。
【００２１】このように屈折率の小さい基板が屈折率の
大きい発光層の上にあることによって、発光層から横方
向に放射される光は高い屈折率の結晶層内に閉じ込めら
れるので、横方向に放射される光のうち上成分を有する
光についても、底面に形成された反射溝によって上方へ
の反射がなされる。この結果、上方へ反射される光の割
合が増大して、外部放射効率がさらに向上する。また、
屈折率の大きい発光層から直接空気中に光が放射される
場合に比べて、各界面における臨界角が大きくなって光
が取り出しやすくなる。
大きい発光層の上にあることによって、発光層から横方
向に放射される光は高い屈折率の結晶層内に閉じ込めら
れるので、横方向に放射される光のうち上成分を有する
光についても、底面に形成された反射溝によって上方へ
の反射がなされる。この結果、上方へ反射される光の割
合が増大して、外部放射効率がさらに向上する。また、
屈折率の大きい発光層から直接空気中に光が放射される
場合に比べて、各界面における臨界角が大きくなって光
が取り出しやすくなる。
【００２２】このようにして、屈折率の大きい結晶層に
閉じ込められた光を上方へ反射するとともに、各界面に
おける臨界角が大きくなって光が取り出しやすくなり、
より光の取り出し効率を増して光出力を向上できる発光
素子となる。
閉じ込められた光を上方へ反射するとともに、各界面に
おける臨界角が大きくなって光が取り出しやすくなり、
より光の取り出し効率を増して光出力を向上できる発光
素子となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
て図面を参照しながら説明する。
【００２４】実施の形態１ まず、本発明の実施の形態１について、図１を参照して
説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態１にかかる
発光素子の構成を示す縦断面図、（ｂ）は底面図、
（ｃ）は反射溝と発光層の位置関係を説明する図であ
る。
説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態１にかかる
発光素子の構成を示す縦断面図、（ｂ）は底面図、
（ｃ）は反射溝と発光層の位置関係を説明する図であ
る。
【００２５】図１（ａ）に示されるように、本実施の形
態１の発光素子１においては、ＧａＡｓ基板３（屈折率
ｎ＝３．０）上にＧａＡｓ系の結晶層７をエピタキシャ
ル成長させて、発光層４を形成している。そして、基板
３側を上面、結晶層７側を底面として基板３の中央部に
一方の電極２を設け、結晶層７の底面全体にもう一方の
電極５を設けた後に、底面側に一定の間隔で楔形の反射
溝６を形成している。図１（ｂ）に示されるように、こ
の楔形の反射溝６は発光素子１の底面に格子状に形成さ
れており、底面側の電極５は縦横に分断されている。
態１の発光素子１においては、ＧａＡｓ基板３（屈折率
ｎ＝３．０）上にＧａＡｓ系の結晶層７をエピタキシャ
ル成長させて、発光層４を形成している。そして、基板
３側を上面、結晶層７側を底面として基板３の中央部に
一方の電極２を設け、結晶層７の底面全体にもう一方の
電極５を設けた後に、底面側に一定の間隔で楔形の反射
溝６を形成している。図１（ｂ）に示されるように、こ
の楔形の反射溝６は発光素子１の底面に格子状に形成さ
れており、底面側の電極５は縦横に分断されている。
【００２６】図１（ｃ）に示されるように、反射溝６の
楔形の角度は約９０度であり、本実施の形態１の発光素
子１においては発光層４が底面側にあるために、水平に
近い斜め下方向に放射される光をも反射溝６で上方に反
射することができる。反射溝６上の発光点４ａから隣接
する反射溝６へ放射される光の角度θ１は、結晶層７か
ら外部への臨界角θｃよりもずっと大きなものである必
要がある。また、一方で反射溝６上の発光点と隣接する
反射溝６の頂部とのなす角θ２はできるだけ大きい方が
望ましい。即ち、発光層４と反射溝６の頂部とはできる
だけ近い方が望ましい。これによって、反射溝６がない
場合には結晶層７の底面で横方向に反射されて結晶層７
の内部に閉じ込められて吸収されてしまう光が、反射溝
６によって上方へ反射されて基板３から外部放射され
る。
楔形の角度は約９０度であり、本実施の形態１の発光素
子１においては発光層４が底面側にあるために、水平に
近い斜め下方向に放射される光をも反射溝６で上方に反
射することができる。反射溝６上の発光点４ａから隣接
する反射溝６へ放射される光の角度θ１は、結晶層７か
ら外部への臨界角θｃよりもずっと大きなものである必
要がある。また、一方で反射溝６上の発光点と隣接する
反射溝６の頂部とのなす角θ２はできるだけ大きい方が
望ましい。即ち、発光層４と反射溝６の頂部とはできる
だけ近い方が望ましい。これによって、反射溝６がない
場合には結晶層７の底面で横方向に反射されて結晶層７
の内部に閉じ込められて吸収されてしまう光が、反射溝
６によって上方へ反射されて基板３から外部放射され
る。
【００２７】このようにして、本実施の形態１の発光素
子１においては、発光層４が底面側にあるために、水平
に近い斜め下方向に放射される光をも反射溝６で上方に
反射することができ、光の取り出し効率が増して光出力
を向上することができる。
子１においては、発光層４が底面側にあるために、水平
に近い斜め下方向に放射される光をも反射溝６で上方に
反射することができ、光の取り出し効率が増して光出力
を向上することができる。
【００２８】実施の形態２ 次に、本発明の実施の形態２について、図２を参照して
説明する。図２は本発明の実施の形態２にかかる発光素
子の構成を示す縦断面図である。なお、実施の形態１と
同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
説明する。図２は本発明の実施の形態２にかかる発光素
子の構成を示す縦断面図である。なお、実施の形態１と
同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２９】図２に示されるように、本実施の形態２の
発光素子１１が実施の形態１の発光素子１と異なるの
は、反射溝１２が発光層４を突き抜けて発光層４の上ま
で達して形成されている点である。これによって、発光
層４内の各発光点から水平方向に放射される光は勿論、
やや斜め上方へ放射される光をも発光層４を突き抜けて
形成された反射溝１２によって上方へ反射することがで
きる。これによって、光量の大きい横方向への放射光の
殆ど全てを外部放射することができる。
発光素子１１が実施の形態１の発光素子１と異なるの
は、反射溝１２が発光層４を突き抜けて発光層４の上ま
で達して形成されている点である。これによって、発光
層４内の各発光点から水平方向に放射される光は勿論、
やや斜め上方へ放射される光をも発光層４を突き抜けて
形成された反射溝１２によって上方へ反射することがで
きる。これによって、光量の大きい横方向への放射光の
殆ど全てを外部放射することができる。
【００３０】このようにして、本実施の形態２の発光素
子１１においては、発光層４内の各発光点から横方向に
放射される光の殆ど全てを上方へ反射させることによっ
て、光の取り出し効率をさらに増して光出力をより向上
させることができる。
子１１においては、発光層４内の各発光点から横方向に
放射される光の殆ど全てを上方へ反射させることによっ
て、光の取り出し効率をさらに増して光出力をより向上
させることができる。
【００３１】実施の形態３ 次に、本発明の実施の形態３について、図３を参照して
説明する。図３（ａ）は本発明の実施の形態３にかかる
発光素子の構成を示す縦断面図、（ｂ）は底面図であ
る。なお、実施の形態１，２と同一の部分には同一の符
号を付して説明を省略する。
説明する。図３（ａ）は本発明の実施の形態３にかかる
発光素子の構成を示す縦断面図、（ｂ）は底面図であ
る。なお、実施の形態１，２と同一の部分には同一の符
号を付して説明を省略する。
【００３２】図３に示されるように、本実施の形態３の
発光素子２１が実施の形態１，２の発光素子１，１１と
異なるのは、発光層１４の発光エリアが、反射溝１２が
形成される箇所を避けて分割発光エリアとなって形成さ
れている点である。そして、反射溝１２は、結晶層１３
内のこの発光層１４の形成されていない部分を突き抜け
て、発光層１４の上まで達して形成されている。これに
よって、反射溝１２を形成する際の発光層１４への影響
を小さくすることができるので、物理的に弱い発光層１
４にも対応することができる。この効果は、本実施の形
態３の発光素子２１のように反射溝１２が発光層１４の
上まで達して形成される場合のみならず、実施の形態１
の発光素子１のように反射溝６が発光層４まで達しない
場合にも同様に得ることができる。
発光素子２１が実施の形態１，２の発光素子１，１１と
異なるのは、発光層１４の発光エリアが、反射溝１２が
形成される箇所を避けて分割発光エリアとなって形成さ
れている点である。そして、反射溝１２は、結晶層１３
内のこの発光層１４の形成されていない部分を突き抜け
て、発光層１４の上まで達して形成されている。これに
よって、反射溝１２を形成する際の発光層１４への影響
を小さくすることができるので、物理的に弱い発光層１
４にも対応することができる。この効果は、本実施の形
態３の発光素子２１のように反射溝１２が発光層１４の
上まで達して形成される場合のみならず、実施の形態１
の発光素子１のように反射溝６が発光層４まで達しない
場合にも同様に得ることができる。
【００３３】そして、反射溝１２が発光層１４の上まで
達して形成されていることによって、発光層１４内の各
発光点から水平方向に放射される光は勿論、やや斜め上
方へ放射される光をも反射溝１２によって上方へ反射す
ることができる。これによって、光量の大きい横方向へ
の放射光の殆ど全てを外部放射することができる。
達して形成されていることによって、発光層１４内の各
発光点から水平方向に放射される光は勿論、やや斜め上
方へ放射される光をも反射溝１２によって上方へ反射す
ることができる。これによって、光量の大きい横方向へ
の放射光の殆ど全てを外部放射することができる。
【００３４】このようにして、本実施の形態３の発光素
子２１においては、物理的に弱い発光層１４にも対応す
ることができるとともに、発光層１４内の各発光点から
横方向に放射される光の殆ど全てを上方へ反射させるこ
とによって、光の取り出し効率をさらに増して光出力を
より向上させることができる。
子２１においては、物理的に弱い発光層１４にも対応す
ることができるとともに、発光層１４内の各発光点から
横方向に放射される光の殆ど全てを上方へ反射させるこ
とによって、光の取り出し効率をさらに増して光出力を
より向上させることができる。
【００３５】実施の形態４ 次に、本発明の実施の形態４について、図４を参照して
説明する。図４（ａ）は本発明の実施の形態４にかかる
発光素子の構成を示す縦断面図、（ｂ）は底面図であ
る。
説明する。図４（ａ）は本発明の実施の形態４にかかる
発光素子の構成を示す縦断面図、（ｂ）は底面図であ
る。
【００３６】図４（ａ）に示されるように、本実施の形
態４の発光素子３１においては、Ａｌ2Ｏ3 基板３３
（屈折率ｎ＝１．７）上にＧａＮ系の結晶層３７（ｎ＝
２．４）をエピタキシャル成長させて、発光層３４を形
成している。そして、基板３３側を上面、結晶層３７側
を底面として、結晶層３７の一角を取り除いて基板３３
の底面に一方の電極３２を設け、結晶層３７の底面全体
にもう一方の電極３５を設けている。即ち、発光素子３
１においては、両極の電極が底面側に形成されている。
そして、結晶層３７の底面側に一定の間隔で楔形の反射
溝３６を形成している。図４（ｂ）に示されるように、
この楔形の反射溝３６は発光素子３１の底面に格子状に
形成されており、結晶層３７の底面側の電極３５は縦横
に分断されている。
態４の発光素子３１においては、Ａｌ2Ｏ3 基板３３
（屈折率ｎ＝１．７）上にＧａＮ系の結晶層３７（ｎ＝
２．４）をエピタキシャル成長させて、発光層３４を形
成している。そして、基板３３側を上面、結晶層３７側
を底面として、結晶層３７の一角を取り除いて基板３３
の底面に一方の電極３２を設け、結晶層３７の底面全体
にもう一方の電極３５を設けている。即ち、発光素子３
１においては、両極の電極が底面側に形成されている。
そして、結晶層３７の底面側に一定の間隔で楔形の反射
溝３６を形成している。図４（ｂ）に示されるように、
この楔形の反射溝３６は発光素子３１の底面に格子状に
形成されており、結晶層３７の底面側の電極３５は縦横
に分断されている。
【００３７】このように、本実施の形態４の発光素子３
１においては、両極の電極が底面側に形成されているた
めに上面に電極を形成する必要がないので、発光素子３
１を小チップ化しても、結晶層３７の底面に形成された
反射溝３６によって発光層３４からの光を上方へ反射し
て外部放射効率を向上させる効果は維持される。そし
て、発光素子３１が小チップ化されることによって、結
晶層３７内で何回か反射されて外部放射される光の経路
が短くなるため、光の吸収率が高い結晶層３７中で吸収
される割合が減少して外部放射効率が一段と向上する。
勿論、発光素子３１を大チップ化した場合でも、結晶層
３７の底面に形成された反射溝３６によって発光層３４
からの光を上方へ反射して外部放射効率を向上させる効
果は得ることができる。
１においては、両極の電極が底面側に形成されているた
めに上面に電極を形成する必要がないので、発光素子３
１を小チップ化しても、結晶層３７の底面に形成された
反射溝３６によって発光層３４からの光を上方へ反射し
て外部放射効率を向上させる効果は維持される。そし
て、発光素子３１が小チップ化されることによって、結
晶層３７内で何回か反射されて外部放射される光の経路
が短くなるため、光の吸収率が高い結晶層３７中で吸収
される割合が減少して外部放射効率が一段と向上する。
勿論、発光素子３１を大チップ化した場合でも、結晶層
３７の底面に形成された反射溝３６によって発光層３４
からの光を上方へ反射して外部放射効率を向上させる効
果は得ることができる。
【００３８】さらに、発光層３４を含むＧａＮ系の結晶
層３７の屈折率（ｎ＝２．４）より屈折率の小さいＡｌ
2Ｏ3 基板３３（ｎ＝１．７）が発光層３４の上方に位
置しているため、発光層３４から横方向に放射される光
は高い屈折率の結晶層３７内に閉じ込められるので、横
方向に放射される光のうち上成分を有する光について
も、結晶層３７の底面に形成された反射溝３６によって
上方への反射がなされる。この結果、上方へ反射される
光の割合が増大して、外部放射効率がさらに向上する。
層３７の屈折率（ｎ＝２．４）より屈折率の小さいＡｌ
2Ｏ3 基板３３（ｎ＝１．７）が発光層３４の上方に位
置しているため、発光層３４から横方向に放射される光
は高い屈折率の結晶層３７内に閉じ込められるので、横
方向に放射される光のうち上成分を有する光について
も、結晶層３７の底面に形成された反射溝３６によって
上方への反射がなされる。この結果、上方へ反射される
光の割合が増大して、外部放射効率がさらに向上する。
【００３９】このようにして、本実施の形態４の発光素
子３１においては、上面に電極を形成する必要がないの
で小チップ化が可能となり、外部放射効率が一段と向上
する。また、屈折率の小さい基板３３が発光層３４の上
方に位置していることによって、屈折率の大きい発光層
３４に閉じ込められた光を上方へ反射するとともに、各
界面における臨界角が大きくなって光が取り出しやすく
なり、より光の取り出し効率を増して光出力を向上する
ことができる。
子３１においては、上面に電極を形成する必要がないの
で小チップ化が可能となり、外部放射効率が一段と向上
する。また、屈折率の小さい基板３３が発光層３４の上
方に位置していることによって、屈折率の大きい発光層
３４に閉じ込められた光を上方へ反射するとともに、各
界面における臨界角が大きくなって光が取り出しやすく
なり、より光の取り出し効率を増して光出力を向上する
ことができる。
【００４０】上記各実施の形態においては、反射溝を縦
横の格子状に形成した例について説明したが、反射溝は
発光素子の底面の輪郭に対して斜めに形成しても良い
し、縦横と斜めが入り混じったパターンに形成しても良
い。また、反射溝の断面形状を約９０度の楔形とした場
合について説明したが、発光層からの光を効率良く上方
へ反射できる形状であれば、どのような断面形状であっ
ても構わない。さらに、反射溝を一定間隔で形成した場
合について説明したが、必ずしも一定間隔でなくても良
い。
横の格子状に形成した例について説明したが、反射溝は
発光素子の底面の輪郭に対して斜めに形成しても良い
し、縦横と斜めが入り混じったパターンに形成しても良
い。また、反射溝の断面形状を約９０度の楔形とした場
合について説明したが、発光層からの光を効率良く上方
へ反射できる形状であれば、どのような断面形状であっ
ても構わない。さらに、反射溝を一定間隔で形成した場
合について説明したが、必ずしも一定間隔でなくても良
い。
【００４１】また、上記各実施の形態においては、発光
層からの光を上方へ反射するものとして反射溝を形成し
た場合について説明したが、反射溝の代わりに円錐形等
の反射孔を発光素子の底面一面に亘って形成しても良
い。さらには、反射溝と反射孔の両方を発光素子の底面
に形成することもできる。
層からの光を上方へ反射するものとして反射溝を形成し
た場合について説明したが、反射溝の代わりに円錐形等
の反射孔を発光素子の底面一面に亘って形成しても良
い。さらには、反射溝と反射孔の両方を発光素子の底面
に形成することもできる。
【００４２】また、基板に対し発光層を底面側とした場
合について説明したが、この限りではなく、例えば発光
素子サイズの大きいもの（厚みは同じ）では、上側を発
光層としても有効である。
合について説明したが、この限りではなく、例えば発光
素子サイズの大きいもの（厚みは同じ）では、上側を発
光層としても有効である。
【００４３】発光素子のその他の部分の構成、形状、数
量、材質、大きさ、接続関係等についても、上記各実施
の形態に限定されるものではない。
量、材質、大きさ、接続関係等についても、上記各実施
の形態に限定されるものではない。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
かかる発光素子は、発光素子の底面に発光層から発せら
れた光を上方へ反射する反射溝及び／または反射孔が形
成されているものである。
かかる発光素子は、発光素子の底面に発光層から発せら
れた光を上方へ反射する反射溝及び／または反射孔が形
成されているものである。
【００４５】発光層内の発光点から斜め横方向に放射さ
れる光は結晶界面までの距離が長く、吸収率の高い結晶
層中で吸収されて熱変換される。しかも、横方向は立体
角が大きく、この範囲へ放射される光量は大きい。この
従来外部放射されなかった光を、発光素子の底面に光を
上方へ反射する反射溝または反射孔あるいはその両方を
形成することによって外部放射することができ、光の取
り出し効率を増大させることができる。
れる光は結晶界面までの距離が長く、吸収率の高い結晶
層中で吸収されて熱変換される。しかも、横方向は立体
角が大きく、この範囲へ放射される光量は大きい。この
従来外部放射されなかった光を、発光素子の底面に光を
上方へ反射する反射溝または反射孔あるいはその両方を
形成することによって外部放射することができ、光の取
り出し効率を増大させることができる。
【００４６】このようにして、底面に向かって放射され
る光を上方へ反射させることによって光の取り出し効率
を増して光出力を向上できる発光素子となる。
る光を上方へ反射させることによって光の取り出し効率
を増して光出力を向上できる発光素子となる。
【００４７】請求項２の発明にかかる発光素子は、請求
項１の構成において、前記発光層が前記底面側に形成さ
れているものである。
項１の構成において、前記発光層が前記底面側に形成さ
れているものである。
【００４８】これによって、請求項１に記載の効果に加
えて、発光層と底面との上下方向の差が殆どなくなるた
め、発光層内の発光点からほぼ水平方向に放射された光
をも底面に形成された反射溝または反射孔によって上方
へ反射して外部放射することができるので、光量の大き
い横方向への放射光の大部分を外部放射することができ
る。また、発光層が底面の電極に近接して設けられるの
で、発光層の熱を底面の電極を介して逃がすことがで
き、放熱性が向上するため発光効率も増大する。
えて、発光層と底面との上下方向の差が殆どなくなるた
め、発光層内の発光点からほぼ水平方向に放射された光
をも底面に形成された反射溝または反射孔によって上方
へ反射して外部放射することができるので、光量の大き
い横方向への放射光の大部分を外部放射することができ
る。また、発光層が底面の電極に近接して設けられるの
で、発光層の熱を底面の電極を介して逃がすことがで
き、放熱性が向上するため発光効率も増大する。
【００４９】このようにして、底面に向かって横方向か
ら放射される光をも上方へ反射させることによって光の
取り出し効率をさらに増すとともに、放熱性の向上によ
って発光効率も増大して、光出力をより向上できる発光
素子となる。
ら放射される光をも上方へ反射させることによって光の
取り出し効率をさらに増すとともに、放熱性の向上によ
って発光効率も増大して、光出力をより向上できる発光
素子となる。
【００５０】請求項３の発明にかかる発光素子は、請求
項１または請求項２の構成において、両極の電極が前記
底面側に形成されているものである。
項１または請求項２の構成において、両極の電極が前記
底面側に形成されているものである。
【００５１】したがって、請求項１または請求項２に記
載の効果に加えて、上面に電極を形成する必要がないの
で、発光素子を小チップ化しても、本発明にかかる底面
に形成された反射溝または反射孔によって光を上方へ反
射して外部放射効率を向上させる効果は維持される。そ
して、発光素子が小チップ化されることによって、発光
素子の結晶層内で何回か反射されて外部放射される光の
経路が短くなるため、光の吸収率が高い結晶層中で吸収
される割合が減少して外部放射効率が一段と向上する。
載の効果に加えて、上面に電極を形成する必要がないの
で、発光素子を小チップ化しても、本発明にかかる底面
に形成された反射溝または反射孔によって光を上方へ反
射して外部放射効率を向上させる効果は維持される。そ
して、発光素子が小チップ化されることによって、発光
素子の結晶層内で何回か反射されて外部放射される光の
経路が短くなるため、光の吸収率が高い結晶層中で吸収
される割合が減少して外部放射効率が一段と向上する。
【００５２】このようにして、上面に電極を形成する必
要がないので小チップ化が可能となり、光の取り出し効
率を一段と向上させることができる発光素子となる。
要がないので小チップ化が可能となり、光の取り出し効
率を一段と向上させることができる発光素子となる。
【００５３】請求項４の発明にかかる発光素子は、請求
項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記
反射溝及び／または反射孔が前記発光層内にまで達して
いるものである。
項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記
反射溝及び／または反射孔が前記発光層内にまで達して
いるものである。
【００５４】かかる構成の発光素子においては、請求項
１乃至請求項３のいずれか１つに記載の効果に加えて、
発光層内の各発光点から水平方向に放射される光は勿
論、やや斜め上方へ放射される光をも発光層内に達して
形成された反射溝または反射孔によって上方へ反射する
ことができる。これによって、光量の大きい横方向への
放射光の殆ど全てを外部放射することができる。
１乃至請求項３のいずれか１つに記載の効果に加えて、
発光層内の各発光点から水平方向に放射される光は勿
論、やや斜め上方へ放射される光をも発光層内に達して
形成された反射溝または反射孔によって上方へ反射する
ことができる。これによって、光量の大きい横方向への
放射光の殆ど全てを外部放射することができる。
【００５５】このようにして、発光層内の各発光点から
横方向に放射される光の殆ど全てを上方へ反射させるこ
とによって光の取り出し効率をさらに増して光出力をよ
り向上できる発光素子となる。
横方向に放射される光の殆ど全てを上方へ反射させるこ
とによって光の取り出し効率をさらに増して光出力をよ
り向上できる発光素子となる。
【００５６】請求項５の発明にかかる発光素子は、請求
項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記
発光層の発光エリアが前記反射溝及び／または反射孔の
形成されている箇所以外に形成された分割発光エリアと
なっているものである。
項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記
発光層の発光エリアが前記反射溝及び／または反射孔の
形成されている箇所以外に形成された分割発光エリアと
なっているものである。
【００５７】かかる構成の発光素子においては、請求項
１乃至請求項３のいずれか１つに記載の効果に加えて、
発光層内に反射溝または反射孔が形成されていないの
で、反射溝または反射孔形成時の発光層への影響を小さ
くすることができ、物理的に弱い発光層にも対応でき
る。そして、反射溝または反射孔を発光層の発光エリア
を超える高さまで形成することによって、反射溝または
反射孔を発光層内に達して形成した場合と同様に、発光
層内の各発光点から水平方向に放射される光は勿論、や
や斜め上方へ放射される光をも反射溝または反射孔によ
って上方へ反射することができる。これによって、光量
の大きい横方向への放射光の殆ど全てを外部放射するこ
とができる。
１乃至請求項３のいずれか１つに記載の効果に加えて、
発光層内に反射溝または反射孔が形成されていないの
で、反射溝または反射孔形成時の発光層への影響を小さ
くすることができ、物理的に弱い発光層にも対応でき
る。そして、反射溝または反射孔を発光層の発光エリア
を超える高さまで形成することによって、反射溝または
反射孔を発光層内に達して形成した場合と同様に、発光
層内の各発光点から水平方向に放射される光は勿論、や
や斜め上方へ放射される光をも反射溝または反射孔によ
って上方へ反射することができる。これによって、光量
の大きい横方向への放射光の殆ど全てを外部放射するこ
とができる。
【００５８】このようにして、物理的に弱い発光層にも
対応することができるとともに、発光層内の各発光点か
ら横方向に放射される光の殆ど全てを上方へ反射させる
ことによって光の取り出し効率をさらに増して光出力を
より向上できる発光素子となる。
対応することができるとともに、発光層内の各発光点か
ら横方向に放射される光の殆ど全てを上方へ反射させる
ことによって光の取り出し効率をさらに増して光出力を
より向上できる発光素子となる。
【００５９】請求項６の発明にかかる発光素子は、請求
項１乃至請求項５のいずれか１つの構成において、前記
発光層より屈折率の小さい基板が前記発光層の上方に位
置しているものである。
項１乃至請求項５のいずれか１つの構成において、前記
発光層より屈折率の小さい基板が前記発光層の上方に位
置しているものである。
【００６０】このように屈折率の小さい基板が屈折率の
大きい発光層の上にあることによって、請求項１乃至請
求項５のいずれか１つに記載の効果に加えて、発光層か
ら横方向に放射される光は高い屈折率の結晶層内に閉じ
込められるので、横方向に放射される光のうち上成分を
有する光についても、底面に形成された反射溝によって
上方への反射がなされる。この結果、上方へ反射される
光の割合が増大して、外部放射効率がさらに向上する。
また、屈折率の大きい発光層から直接空気中に光が放射
される場合に比べて、各界面における臨界角が大きくな
って光が取り出しやすくなる。
大きい発光層の上にあることによって、請求項１乃至請
求項５のいずれか１つに記載の効果に加えて、発光層か
ら横方向に放射される光は高い屈折率の結晶層内に閉じ
込められるので、横方向に放射される光のうち上成分を
有する光についても、底面に形成された反射溝によって
上方への反射がなされる。この結果、上方へ反射される
光の割合が増大して、外部放射効率がさらに向上する。
また、屈折率の大きい発光層から直接空気中に光が放射
される場合に比べて、各界面における臨界角が大きくな
って光が取り出しやすくなる。
【００６１】このようにして、屈折率の大きい結晶層に
閉じ込められた光を上方へ反射するとともに、各界面に
おける臨界角が大きくなって光が取り出しやすくなり、
より光の取り出し効率を増して光出力を向上できる発光
素子となる。
閉じ込められた光を上方へ反射するとともに、各界面に
おける臨界角が大きくなって光が取り出しやすくなり、
より光の取り出し効率を増して光出力を向上できる発光
素子となる。
【図１】 図１（ａ）は本発明の実施の形態１にかかる
発光素子の構成を示す縦断面図、（ｂ）は底面図、
（ｃ）は反射溝と発光層の位置関係を説明する図であ
る。
発光素子の構成を示す縦断面図、（ｂ）は底面図、
（ｃ）は反射溝と発光層の位置関係を説明する図であ
る。
【図２】 図２は本発明の実施の形態２にかかる発光素
子の構成を示す縦断面図である。
子の構成を示す縦断面図である。
【図３】 図３（ａ）は本発明の実施の形態３にかかる
発光素子の構成を示す縦断面図、（ｂ）は底面図であ
る。
発光素子の構成を示す縦断面図、（ｂ）は底面図であ
る。
【図４】 図４（ａ）は本発明の実施の形態４にかかる
発光素子の構成を示す縦断面図、（ｂ）は底面図であ
る。
発光素子の構成を示す縦断面図、（ｂ）は底面図であ
る。
１，１１，２１，３１ 発光素子 ３，３３ 基板 ４，１４，３４ 発光層 ６，１２，３６ 反射溝 ３２，３５ 両極の電極
Claims (6)
- 【請求項１】 発光素子の底面に発光層から発せられた
光を上方へ反射する反射溝及び／または反射孔が形成さ
れていることを特徴とする発光素子。 - 【請求項２】 前記発光層が前記底面側に形成されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。 - 【請求項３】 両極の電極が前記底面側に形成されてい
ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発
光素子。 - 【請求項４】 前記反射溝及び／または反射孔が前記発
光層内にまで達していることを特徴とする請求項１乃至
請求項３のいずれか１つに記載の発光素子。 - 【請求項５】 前記発光層の発光エリアが前記反射溝及
び／または反射孔の形成されている箇所以外に形成され
た分割発光エリアとなっていることを特徴とする請求項
１乃至請求項３のいずれか１つに記載の発光素子。 - 【請求項６】 前記発光層より屈折率の小さい基板が前
記発光層の上方に位置していることを特徴とする請求項
１乃至請求項５のいずれか１つに記載の発光素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001159991A JP3767420B2 (ja) | 2001-05-29 | 2001-05-29 | 発光素子 |
| EP05017307.9A EP1596443B1 (en) | 2001-05-29 | 2002-05-29 | Light-emitting element |
| US10/156,502 US6946788B2 (en) | 2001-05-29 | 2002-05-29 | Light-emitting element |
| EP02011635A EP1263058B1 (en) | 2001-05-29 | 2002-05-29 | Light-emitting element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001159991A JP3767420B2 (ja) | 2001-05-29 | 2001-05-29 | 発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002353497A true JP2002353497A (ja) | 2002-12-06 |
| JP3767420B2 JP3767420B2 (ja) | 2006-04-19 |
Family
ID=19003478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001159991A Expired - Lifetime JP3767420B2 (ja) | 2001-05-29 | 2001-05-29 | 発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3767420B2 (ja) |
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- 2001-05-29 JP JP2001159991A patent/JP3767420B2/ja not_active Expired - Lifetime
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