JP2008283037A - 発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】放射角による発光強度や波長のばらつきを抑制しつつ、光取出効率を向上させた発光素子を提供する。
【解決手段】基板（１）上に発光層（４）を含む化合物半導体層を有する発光素子（１０）において、前記化合物半導体層の光取出面となる主表面を含む部分に、誘電率の異なる二種類以上の物質が前記主表面（６ａ）内に二次元格子状に周期的に交互に並んだフォトニック結晶構造における、前記誘電率の二次元格子状の周期性をランダムに変動させて非回転対称性の誘電率分布とした誘電率変化構造（１１）を備えた発光素子（１０）である。
【選択図】図１

Description

本発明は化合物半導体の発光層を有する発光素子に関し、更に詳しくは、放射角による発光強度や波長のばらつきを抑えつつ、光取出効率の向上を図った発光素子に関する。本発明の発光素子は、例えば、照明機器、液晶用バックライト、各種インジケータ、表示パネル等のデバイスに使用できる。

近年、発光ダイオード（Light Emitting Diode；ＬＥＤ）の応用分野の拡大に伴い、光出力の増大に対する要求が高まっている。
このような要求に対し、発光ダイオードの主表面に２次元周期構造の凹凸を形成し、その回折効果を利用して凹凸形成面からの光取出効率を向上させる方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法では、主表面に２次元周期構造、いわゆるフォトニック結晶を形成している。フォトニック結晶は、光の入射波長や方向、偏光に大きく依存した透過率を持つことが知られている（例えば、非特許文献１参照）。

このようなフォトニック結晶の性質を利用した例として、フォトニック結晶に非対称性を持たせることで偏光方向を制御する、２次元フォトニック結晶面発光レーザが知られている（特許文献２参照）。

特開２００６−４９８５５号公報 特許３５６１２４４号公報 井上久遠、「フォトニック結晶による光の場の制御」、表面科学、２００１、第２２巻、第１１号

上記特許文献１の方法は、光取出効率の向上という観点からは優れている。しかしながら、発光ダイオードに適用した場合には、次のような問題がある。

フォトニック結晶は、レーザ応用には極めて有効であるが、発光ダイオードの場合には事情が異なる。まず、第一に、発光ダイオードはレーザに比べて発光波長に広がりがある。第二に、発光ダイオードはレーザに比べて光の放射角が極めて広い。従って、上記の非特許文献１にも述べらるように、フォトニック結晶の透過率が入射波長や方向に依存することから、次のような現象が発生することは明らかである。

第一に、発光ダイオードの放射角によって光強度が異なること、第二に、発光ダイオードの放射角によって発光スペクトルが異なることである。より具体的には、発光ダイオードを覗き込む角度によって、光の明るさや色が大きく異なって見える。
このような現象は、特に発光ダイオードを照明や液晶のバックライトヘと応用した場合に、色ムラや照度ムラの原因となり得る。

本発明は、上記課題を解決し、放射角による発光強度や波長のばらつきを抑制しつつ、光取出効率を向上させた発光素子を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第１の態様は、基板上に発光層を含む化合物半導体層を有する発光素子におい
て、前記化合物半導体層の光取出面となる主表面を含む部分に、誘電率の異なる二種類以上の物質が前記主表面内に二次元格子状に周期的に交互に並んだフォトニック結晶構造における、前記誘電率の二次元格子状の周期性をランダムに変動させて非回転対称性の誘電率分布とした誘電率変化構造を備えた発光素子である。

本発明の第２の態様は、第１の態様の発光素子において、前記誘電率変化構造が、前記主表面に前記非回転対称性の配置で形成された凹凸形状を有する発光素子である。

本発明の第３の態様は、第１の態様又は第２の態様の発光素子において、前記発光層が、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ層（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を少なくとも１層以上含む発光素子である。

本発明の第４の態様は、第１〜第３の態様のいずれかの発光素子おいて、前記基板が、ＧａＡｓからなる発光素子である。

本発明によれば、発光素子の光取出面となる主表面を含む部分に、フォトニック結晶構造における誘電率の二次元格子状の周期性をランダムに変動させた、非回転対称性の誘電率分布の誘電率変化構造を設けることにより、光取出効率を向上でき、且つ、放射角による発光強度や波長のばらつきを抑制した発光素子が得られる。

以下、本発明の実施形態に係る発光ダイオードを図面を用いて説明する。

図１は、この実施形態の発光ダイオード（ベアチップ）を示すもので、図１（ａ）は縦断面図、図１（ｂ）は上面図である。
図１に示す発光ダイオード１０の作製にあっては、まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５、ｐ型ＧａＡｓ保護層６を、有機金属化学的気相成長（ＭＯＶＰＥ）法で順次成長し、発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。

次に、このエピタキシャルウェハのｐ型ＧａＡｓ保護層６に対し、フォトリソグラフィ装置と反応性イオンエッチング装置を用いて、光取出面となるｐ型ＧａＡｓ保護層６表面からｐ型ＧａＡｓ保護層６を貫通してｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５に達する円柱状の孔７を多数形成した。各孔７の配置においては、図２に点線で示すフォトニック結晶のような２次元正方格子状（最も近接した孔１５，１５間の距離（格子定数）ａ）の周期的な孔１５の配置を想定したときの配置位置に対して、ランダムな変動（位置ずれ）を与えた位置に孔７を形成している。ただし、後工程でｐ型ＧａＡｓ保護層６上に上部電極８が形成される部位・領域には、孔７は形成していない。

即ち、光取出面となるｐ型ＧａＡｓ保護層６の主表面６ａの部分に、誘電率（屈折率）の異なる二種類以上の物質（ＧａＡｓ保護層６のＧａＡｓと、ＧａＡｓ保護層６に形成された孔７の部分の空気）が、主表面６ａ内に二次元格子状に周期的に交互に並んだフォトニック結晶構造に対して、当該誘電率の二次元格子状の周期性をランダムに変動させて非回転対称性（主表面６ａに垂直な直線の回りに回転させたときに、孔７の配置が回転対称性を持たない）の誘電率分布とした誘電率変化構造１１が形成される。なお、例えば、図１の発光ダイオード（ベアチップ）を実装時に樹脂封止して孔７に樹脂が充填される場合などには、孔７に充填された樹脂等の物質（孔７に樹脂等が充填されないときの空気も含む）とＧａＡｓとから誘電率変化構造１１が形成される。

次に、ｐ型ＧａＡｓ保護層６上の孔７を形成していない領域に上部電極８を、ＧａＡｓ基板１裏面に下部電極９をそれぞれ形成した。その後、ウェハを各上部電極８が中心部に位置するように所定寸法角のチップヘと切り出して、図１に示すダブルへテロ構造のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード（ベアチップ）を作製した。

ｐ型ＧａＡｓ保護層６に孔７を形成せずに主表面が平坦である従来の発光ダイオードと比較して、上記主表面６ａ部の誘電率変化構造１１による回折効果によって、全反射が抑制され、活性層（発光層）４からの光はＬＥＤ１０の外へと出やすくなり、光取出効率が向上する。その一方で、誘電率変化構造１１は回転対称性を有していないため、フォトニック結晶のように透過率が入射光の波長や入射方向に大きく依存することはない。すなわち、全ての方向に平均的に光を取り出すことができ、ＬＥＤ１０の主表面６ａから放射される光の放射角による強度や波長のばらつきは生じにくい。

本発明の発光素子の誘電率変化構造は、どのような構造・形状であってもよいが、製作の容易さおよび効果を考慮すると、上記実施形態のように、主表面に凹凸構造・形状を設けることが望ましい。この凹凸構造・形状は、主表面上でより大きな面積を占める部位が凹部、凸部のどちらであってもよい。

さらに、本発明の発光素子の発光層（活性層）は、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される層を少なくとも１層以上を有し、さらに発光層を支持する基板はＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）からなることが望ましい。
これは、高出力型の赤色発光ダイオードとしてよく用いられるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの構造である。一般にＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、格子整合性を考慮してＧａＡｓ基板上に形成されるが、ＧａＡｓは赤色光に対して不透明である。そのため、ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、例えばサファイア基板上の窒化ガリウム系発光ダイオードでよく利用されるフリップチップ実装のような手法を用いることができない。それゆえ、ＧａＡｓ基板を用いたＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードに対して、本発明の誘電率変化構造を適用することは光取出効率の向上に極めて有効である。

なお、上記実施形態では、主表面内に直交する２方向に沿ってそれぞれ周期的に交互に誘電率の異なる二種類の物質が２次元正方格子状に配置されたフォトニック結晶の誘電率構造を基礎としたが、これに限らず、例えば、６０度に交差する２方向に沿ってそれぞれ周期的に配置された２次元三角格子状のフォトニック結晶の誘電率構造を基礎として、この２次元三角格子状の配置にランダムな変動を持たせた配置に孔７を形成するようにしてもよい。
また、基礎となるフォトニック結晶の配置の周期（格子定数ａ）は、通常、発光波長（発光波長帯のピークの波長）の半波長程度であるが、発光波長の数分の一〜数倍程度の周期としてもよい。
また、２次元格子状の周期性をランダムに変動させる程度・割合は、例えば、２次元格子状に孔（半径ｒ）を形成してなるフォトニック結晶（格子定数ａ）の配置に対してランダムな位置ずれを与える場合には、隣り合う孔が接触しない程度、すなわち、位置ずれｄは、ｄ＝（ａ／２）−ｒ未満であればよい。更には、孔を形成する手段（エッチング等）によるバラツキなどを考慮すると、位置ずれの程度は、上記ｄの半分程度以下がより望ましい。
また、上記実施形態では、２次元格子状の配置に対してランダムな位置ずれを与えた配置位置に孔７を形成したが、例えば、２次元格子状に孔を配置するが、ランダムに選択された位置の孔に対して孔径や孔の形成を変更して周期性に変動を与えた誘電率変化構造としてもよい。

上記実施形態では、孔７の形成に反応性イオンエッチングを用いたが、例えば硫酸や塩酸、あるいはそれらの混合溶液を用いたウエットエッチング等の手法を用いて形成してもよい。

また、上記実施形態の誘電率変化構造１１にあっては、孔７は円筒状であるが、必ずしも円筒状である必要はなく、例えば円錐、角柱、角錐、あるいはその他の形状であってもよい。

さらに、上記実施形態では、誘電率変化構造１１は、主表面に凹部（孔７）を形成したが、主表面上に円筒、円錐、角柱、角錐、あるいはその他の形状の凸部が多数形成されたものであってもよい。

また、上記実施形態では、回転対称性を有さない誘電率変化構造１１の形成にフォトリソグラフィ技術を用いたが、必ずしもフォトリソグラフィ技術を用いる必要はない。例えば、ウェハにパターン等を形成せずにウエットエッチングを適用する方法がある。また、自己組織化を利用したマスクパターンを適用してもよい。

さらに、上記実施形態では、発光層にＡｌＧａＩｎＰを用いた赤色の発光素子について説明したが、例えば発光層にＡｌＧａＡｓやＧａＰを用いてもよい。また、ＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰを用いた赤外発光素子、ＩｎＧａＮやＡｌＧａＮを用いた青色および紫外発光素子にも適用することができる。

また、本発明に関する発光素子は、必ずしも支持基板をＧａＡｓ基板とする発光素子だけではなく、例えば、F.A.Kish,et al.,“Very high efficiency semiconductor wafer-bonded transparent substrate light emitting diodes", Appl. Phys. Lett., vol.64, no.21, pp.2839-2841, May 1994.にあるように、発光層を支持する基板を発光波長に対し
て透明な材料に置き換え、高効率化を図った発光素子や、特表２００５−５１３７８７にあるように、反射サブマウントを有する高効率の発光素子にも適用することが可能である。

次に、本発明の実施例の発光ダイオードを説明する。

図３に本実施例の発光ダイオードを示す。図３（ａ）はステムに実装した状態の発光ダイオードの縦断面図、図３（ｂ）はステムに実装される発光ダイオード（ベアチップ）の上面図である。

まず、上記実施形態と同様に、発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。厚さ３００μｍのＳｉドープのｎ型ＧａＡｓ基板（円形ウェハ）１を有機金属気相成長装置に設置して加熱し、水素キャリアガスと共にIII族有機金属原料ガス、Ｖ族原料ガス及び
必要なドーパント原料ガスをｎ型ＧａＡｓ基板１に供給して、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、Ｓｅドープのｎ型ＧａＡｓバッファ層２、Ｓｅドープのｎ型（Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３）_０.
５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層３、アンドープ（Ａｌ_０.１５Ｇａ_０.８５）_０.５Ｉｎ_０.５Ｐ
活性層４、Ｚｎドープのｐ型（Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３）_０.５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層５、Ｚｎドープのｐ型ＧａＡｓ保護層６を、ＭＯＶＰＥ法で順次成長し、発光波長６３０ｎｍの発光ダイオード用エピタキシャルウェハを得た。

得られた円形のエピタキシャルウェハを、１／４円ずつに４つに分割し、そのうちの３つをそれぞれエピタキシャルウェハＡ、エピタキシャルウェハＢ、エピタキシャルウェハＣとした。残るひとつはウェハを４等分に分割した都合上生じたものであり、本実施例で
は使用していない。

エピタキシャルウェハＡには、フォトリソグラフィ装置と反応性イオンエッチング装置を用い、ｐ型ＧａＡｓ保護層６を貫通してｐ型（Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３）_０.５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層５に達する、直径２０ｎｍ、深さｌ００ｎｍの円柱状の孔７を多数形成した（図３（ａ）、（ｂ））。孔７の配置は、図２と同様に、２次元正方格子状（最近接の孔の間の距離、即ち格子定数は２２０ｎｍ）の２次元フォトニック結晶の誘電率構造をベースにし、２次元正方格子状の配置位置からランダムに位置をずらして孔７を形成した。なお、後にｐ型ＧａＡｓ保護層６上に上部電極８が形成される部位には、孔７は形成していない。

次に、エピタキシャルウェハＡに対し、ｐ型ＧａＡｓ保護層６上に孔７が形成されていない部位に上部電極８を、ＧａＡｓ基板１の裏面全面に下部電極９をそれぞれ形成した。上部電極８は直径１００μｍの円形である。その後、エピタキシャルウェハＡを各上部電極８が中心部に位置するように３００μｍ角のチップヘと切り出した。更に、得られたチップの下部電極９を金属ステム２０上に設置し、上部電極８と金属ステム２０に絶縁して設けられたピン２２との間を金属ワイヤ２１によりボンディングした（図３（ａ））。以上の工程を経て、エピタキシャルウェハＡからダブルヘテロ構造のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを得た。こうして得られた本実施例の発光ダイオードを発光ダイオードＡという。

上述したエピタキシャルウェハＡへの孔７の配置は次の手順により決定した。
本実施例では、２２０μｍピッチの２次元正方格子をベースに、乱数で孔７の配置位置をずらすという方法を用いた。これは計算が容易であるという理由によるものであり、全く別のアルゴリズムを用いて孔７の位置を決めてもよい。

発光ダイオードＡの主表面を、任意のひとつのチップの角を原点（０，０）とした２次元直交座標（ｘ，ｙ）で表す。ｘおよびｙの単位はｎｍとする。チップは３００μｍ角のため、ｘおよびｙの取り得る値はそれぞれ０以上３００,０００以下となる。

ｘ_００＝２２０，ｙ_００＝２２０を最初の孔７の位置とし、まず、ｙ＝２２０上に並ぶ正方格子の格子点(４４０，２２０)、(６６０，２２０)、(８８０，２２０)、…を変動させた孔７の位置(ｘ_０１，ｙ_０１)、(ｘ_０２，ｙ_０２)、(ｘ_０３，ｙ_０３)、…を決定する。位置決定にあっては、混合合同法を用いて、２桁の擬似乱数α_ｍｎを発生させた。

本実施例では混合合同法による擬似乱数を用い、回転対称性を有しないように孔７の配置を決定した。しかし、擬似乱数の発生アルゴリズムとしては、例えばメルセンヌ・ツイスタのようなより優れた方法があるが、本発明の本質は乱数の品質にあるわけではないため、より容易である混合合同法を採用した。

本実施例で用いた混合合同法について述べる。
次の式に従い、α_ｍｎからα'_ｍｎを求める。
α'_ｍｎ＝α_ｍｎ×ｐ＋ｑ
求められたα'_ｍｎの下２桁が擬似乱数α_ｍｎ＋１となる。同様にして、α_ｍｎ＋１か
らα'_ｍｎ＋１を求め、α'_ｍｎ＋１の下２桁が次の擬似乱数α_ｍｎ＋２となる。
本実施例では、初期値として以下の値を用いた。
α_００＝５９６３、ｐ＝７６５、ｑ＝５７３
このとき得られる擬似乱数の一例を以下に示す。
α_０１＝６８、α_０２＝９３、α_０３＝１８、…

上記方法によって得られた擬似乱数α_０１を用いて、２つ目の孔７の位置（ｘ_０１，ｙ_０１）を次のように決定した。
ｘ_０１＝ｘ_００＋α_０１＋１７０
ｙ_０１＝ｙ_００＋α_０１−５０
次に、α_０１から擬似乱数α_０２を発生させ、３つ目の孔の位置（ｘ_０２，ｙ_０２）を次のように決定する。
ｘ_０２＝ｘ_０１＋α_０２＋１７０
ｙ_０２＝ｙ_０１＋α_０２−５０
これを繰り返して、孔７の位置を順次決定する。まとめて書くと、次のようになる。
ｘ_０ｎ＝ｘ_０ｎ−１＋α_０ｎ＋１７０
ｙ_０ｎ＝ｙ_０ｎ−１＋α_０ｎ−５０
ｎ＝１,２,３…
ｘ_０ｎが３００,０００以上となると、チップ外となってしまうため、適当なｎをもっ
て以上の操作はいったん終了する。このときのｎをｎ_０ｍａｘとする。

その次の孔７の位置は、ｘ_１０＝２２０，ｙ_１０＝４４０を最初の位置とし、ｙ＝４４０上に並ぶ正方格子の格子点(４４０，４４０)、(６６０，４４０)、(８８０，４４０)、…を変動させた孔７の位置(ｘ_１１，ｙ_１１)、(ｘ_１２，ｙ_１２)、(ｘ_１３，ｙ_１３)、…を同様に決定してゆく。このとき、はじめの擬似乱数α_１１は、直前のｎ_０ｍａｘのときの擬似乱数を用いて決定する。
これらをまとめると以下のようになる。
ｘ_ｍｎ＝ｘ_ｍｎ−１＋α_ｍｎ＋１７０、 ｘ_ｍ０＝２２０
ｙ_ｍｎ＝ｙ_ｍ０＋α_ｍｎ−５０、 ｙ_ｍ０＝２２０×（ｍ＋１）
ｎ＝１,２,３…
ｍ＝０,１,２,３…
α_ｍｎはα_ｍｎ−１を用いて混合合同法で決定する（ただしα_ｍ１は直前の擬似乱数を用いて決定する）。ただし、これらのうち、上部電極８を形成する部分に含まれる孔は除外される。以上の操作により、厳密に周期性を持たない孔の集合がＬＥＤチップ表面に形成される。このとき、当然ながら、これらの孔の集合は主表面の中心と垂直に交わる直線に対して回転対称性を有してない。

上記実施例と比較するための比較例として、上記１／４円の１つであるエピタキシャルウェハＢには、図４に示すように、孔を形成せずに、ｐ型ＧａＡｓ保護層６上に直径１００μｍの上部電極８を、ＧａＡｓ基板１裏面に下部電極９をそれぞれ形成した。このエピタキシャルウェハＢを、エピタキシャルウェハＡと同様に、３００μｍ角のチップヘと切り出して金属ステム２０上に設置し、上部電極８には金属ワイヤ２１をボンディングした（図４（ａ））。こうして、ダブルヘテロ構造のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを得た。これは、従来の発光ダイオードであり、これを発光ダイオードＢという。

また、上記実施例と比較するための他の比較例として、上記１／４円の１つであるエピタキシャルウェハＣには、図５に示すように、フォトリソグラフィ装置と反応性イオンエッチング装置を用い、ｐ型ＧａＡｓ保護層６を貫通してｐ型（Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３）_０.
５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層５に達する、直径２０ｎｍ、深さｌ００ｎｍの孔１５を、２次
元正方格子状に多数形成した。最も近接した孔１５，１５間の距離（格子定数）は２２０ｎｍとした。このエピタキシャルウェハＣにおいても、エピタキシャルウェハＡと同様に、上部電極８と下部電極９を形成した後、３００μｍ角のチップヘと切り出して金属ステム２０上へ設置し、金属ワイヤ２１でボンディングした（図５（ａ））。上記２次元正方格子状に配置された孔７は２次元フォトニック結晶であり、この発光ダイオードを発光ダイオードＣという。

このようにして得られた発光ダイオードＡ、Ｂ、Ｃに、それぞれ２０ｍＡの電流を通電して発光出力を調べた結果、発光ダイオードＡの発光出力は２.５ｍＷ、発光ダイオード
Ｂの発光出力は１.２ｍＷ、発光ダイオードＣの発光出力は２.７ｍＷであった。発光ダイオードＡおよびＣの発光出力が発光ダイオードＢの発光出力よりも大きく増加したのは、主表面に孔７、孔１５をそれぞれ多数形成した誘電率分散構造によって光取出効率が向上したことを示すものである。

次に、発光ダイオードＡ，Ｂ，Ｃについて、それぞれの配光特性を測定した。図６に示すように、発光ダイオードＡ，Ｂ，Ｃの主表面の中心において主表面と垂直に交わる直線（中心軸）から３０°の角度をなす位置に光センサ２５を設置し、発光ダイオードＡ，Ｂ，Ｃを中心軸の回りに回転させて光強度を測定し、配光特性を求めた。ここでは、主表面上の任意の一辺に平行な方向を０°とし、発光ダイオードＡ，Ｂ，Ｃを上部電極８を形成した側から見て右回り（時計回り）に回転して各角度で光強度を測定した。測定結果を図７に示す。図７（Ａ）は本実施例の発光ダイオードＡの配光特性、図７（Ｂ）は比較例（平坦な主表面）の発光ダイオードＢの配光特性、図７（Ｃ）は比較例（２次元フォトニック結晶構造）の発光ダイオードＣの配光特性をそれぞれ示す。

図７に示すように、発光ダイオードＡおよび発光ダイオードＢでは、全方向でほぼ均等な配光特性が得られていることがわかる。一方、発光ダイオードＣは０度，９０度，１８０度，２７０度の方向で特に光強度が大きい傾向が見られる。これは、発光ダイオードＣの表面に形成した２次元正方格子状のフォトニック結晶が持つ４回対称性を強く反映したものである。
以上の結果から、本実施例の発光ダイオードＡでは、放射角による光強度のばらつきを抑制しつつ、光取出効率を向上できることが示された。

本発明の実施形態に係る発光ダイオード（ベアチップ）を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は上面図である。 図１の孔の配置を説明する説明図である。 実施例の発光ダイオードを示すもので、（ａ）はステムに実装した状態の発光ダイオードの縦断面図、（ｂ）はステムに実装される発光ダイオード（ベアチップ）の上面図である。 比較例の発光ダイオードを示すもので、（ａ）はステムに実装した状態の発光ダイオードの縦断面図、（ｂ）はステムに実装される発光ダイオード（ベアチップ）の上面図である。 比較例の発光ダイオードを示すもので、（ａ）はステムに実装した状態の発光ダイオードの縦断面図、（ｂ）はステムに実装される発光ダイオード（ベアチップ）の上面図である。 実施例及び比較例の発光ダイオードの配光特性の測定方法を示す模式図である。 実施例及び比較例の発光ダイオードの配光特性を示す図である。

符号の説明

ｌ ｎ型ＧａＡｓ基板
２ ｎ型ＧａＡｓバッフア層
３ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
４ アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層
５ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
６ ｐ型ＧａＡｓ保護層
７ 孔
８ 上部電極
９ 下部電極
１０ 発光ダイオード
１１ 誘電率変化構造
１５ ２次元正方格子状の配置の孔
２０ ステム
２１ 金属ワイヤ
２５ 光センサ
Ａ，Ｂ，Ｃ 発光ダイオード

Claims (4)

1. 基板上に発光層を含む化合物半導体層を有する発光素子において、
   前記化合物半導体層の光取出面となる主表面を含む部分に、誘電率の異なる二種類以上の物質が前記主表面内に二次元格子状に周期的に交互に並んだフォトニック結晶構造における、前記誘電率の二次元格子状の周期性をランダムに変動させて非回転対称性の誘電率分布とした誘電率変化構造を備えたことを特徴とする発光素子。
2. 前記誘電率変化構造が、前記主表面に前記非回転対称性の配置で形成された凹凸形状を有することを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
3. 前記発光層が、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ層（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を少なくとも１層以上含むことを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。
4. 前記基板が、ＧａＡｓからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光素子。

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