JP2024086145A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】狭角な配光を有する出射光の強度を増加させることが可能な半導体発光素子を提供する。【解決手段】上面に周期的な凹凸構造を有する透光性基板を含む透光部と、透光性基板の上面に前記凹凸構造を埋め込むように形成された第１の導電型を有する第１の半導体層、第１の半導体層上に形成された発光層、及び発光層上に形成されかつ第１の導電型と反対の第２の導電型を有する第２の半導体層を有する半導体構造層と、第２の半導体層上に形成されかつ光反射性を有する第１の電極と、第１の半導体層上に形成された第２の電極と、を有し、透光部は、発光層から放出される光の可干渉距離以下の厚みを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体発光素子に関する。

発光素子から出射される光の配光を制御する技術が知られている。例えば、特許文献１には、下面に周期的な凸部が形成されたサファイア基板と、当該凸部を含んでサファイア基板の下面に形成された窒化物半導体からなる半導体積層部と、を有する発光素子が開示されている。

特開２０１５―１０９４７７号公報

特許文献１に開示されている発光素子においては、サファイア基板に形成された凸部の周期を変化させることで出射光の狭角化をなしている。しかしながら、凸部の周期を変化させるだけでは得られる出射光の強度に限界があり、例えば、上記した発光素子を車両の前照灯やプロジェクターの光源として用いるには更なる強度が求められる。

本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、狭角な配光を有する出射光の強度を増加させることが可能な半導体発光素子を提供することを目的とする。

本発明による半導体発光素子は、上面に周期的な凹凸構造を有する透光性基板を含む透光部と、前記透光性基板の上面に前記凹凸構造を埋め込むように形成された第１の導電型を有する第１の半導体層、前記第１の半導体層上に形成された発光層、及び前記発光層上に形成されかつ前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有する第２の半導体層を有する半導体構造層と、前記第２の半導体層上に形成されかつ光反射性を有する第１の電極と、前記第１の半導体層上に形成された第２の電極と、を有し、前記透光部は、前記発光層から放出される光の可干渉距離以下の厚みを有することを特徴とする。

実施例１に係る発光装置の上面図である。 実施例１に係る発光装置の断面図である。 実施例１に係る発光装置における断面の一部の拡大図である。 実施例１に係る発光装置の製造工程の一部を示す断面図である。 実施例１に係る発光装置の製造工程の一部を示す断面図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、図面において同一の構成要素については同一の符号を付け、重複する構成要素の説明は省略する。

図１～図３を参照しつつ、実施例１に係る発光装置１００の構成について説明する。図１は、実施例１に係る発光装置１００の上面図である。また、図２は、図１に示した発光装置１００の２－２線に沿った断面図である。また、図３は、図２に示した発光装置１００の断面のＡ部の拡大図である。

［保持基板］
保持基板１１は、上面形状が矩形を有し、絶縁性を有する平板状の基板である。保持基板１１は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）やアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等からなる。保持基板１１は、上面の中央に設けられた第１の配線１１Ａと、当該上面において第１の配線１１Ａと離隔して設けられた第２の配線１１Ｂとを有している。

［発光素子］
発光素子１２は、保持基板１１の上面に設けられており、かつ上面形状が矩形の発光ダイオード（ＬＥＤ:Light Emission Diode）である。発光素子１２は、発光層を含む半導体構造層１３と、半導体構造層１３の上面に配された透光性基板を含む透光部１４と、半導体構造層１３の下面に配されかつ保持基板１１に接合されたｐ電極１５及びｎ電極１６とを含んで構成されている。すなわち、発光素子１２は、保持基板１１にフリップチップ実装されている。

まず、半導体構造層１３の構成について説明する。第１の半導体層としてのｎ型半導体層１７は、第１の導電型としてのｎ型を有する窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる半導体層である。ｎ型半導体層１７は、透光部１４の下面に亘って形成された平板状の第１の部分１７Ａと第１の部分１７Ａの外縁を含む領域から図中下方に突出した第２の部分１７Ｂとを備える。言い換えれば、ｎ型半導体層１７は、メサ形状の構造を有している。

発光層１８は、ｎ型半導体層１７の第２の部分１７Ｂに亘って形成されており、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）からなる井戸層及びＧａＮからなる障壁層が積層された量子井戸構造を有する半導体層である。発光素子１２の駆動時には、発光層１８から中心波長が４５０ｎｍの青色光が放出される。発光層１８は、例えば、井戸層及び障壁層が互いに複数積層された多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）構造を有する。

第２の半導体層としてのｐ型半導体層１９は、発光層１８の下面に亘って形成されており、第２の導電型としてのｐ型を有するＧａＮからなる半導体層である。

次に、透光部１４の構成について説明する。透光性基板２１は、上面形状が矩形を有する平板状の基板である。透光性基板２１は、単結晶のサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）等の、発光層１８から放出される青色の波長の光に対して透光性を有する材料からなる。透光性基板２１は、上述した半導体構造層１３となる半導体結晶を成長させる成長基板でもある。

膜体２２は、透光性基板２１の上面に亘って形成された薄膜である。膜体２２は、非晶質のＡｌ_２Ｏ_３等の、発光層１８から放出される青色の波長の光に対して透光性を有しかつ透光性基板２１と同等の屈折率を有する材料からなる。

次に、ｐ電極１５及びｎ電極１６について説明する。第１の電極としてのｐ電極１５は、ｐ型半導体層１９に電気的に接続されている電極である。ｐ電極１５は、上述した第１の配線１１Ａに導電性を有する接合部材２３を介して接合されている。ｐ電極１５は、透光性を有する酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）電極及び銀（Ａｇ）がｐ型半導体層１９の下面にこの順で積層されて形成されている。

第２の電極としてのｎ電極１６は、ｎ型半導体層１７の第２の部分１７Ｂから露出している第１の部分１７Ａに電気的に接続されている電極である。ｎ電極１６は、上述した第２の配線１１Ｂに導電性を有する接合部材２３を介して接合されている。ｎ電極１６は、チタン（Ｔｉ）及びＡｇが第１の部分１７Ａにこの順で積層されて形成されている。

発光素子１２においては、保持基板１１の下面に形成された裏面電極（図示せず）を介してｐ電極１５及びｎ電極１６に電圧が印加されて半導体構造層１３内に電流が流れることで、発光層１８から青色光が放出される。発光層１８から放出された青色光のうち、ｐ電極１５に向かって進行する青色光は、ｐ電極１５によって反射されて透光部１４側へと進行する。

従って、透光部１４の上面１４Ｓからは、発光層１８から放出されてｐ電極１５によって反射された青色光と、発光層１８から放出されてそのまま透光部１４に進行した青色光とが出射される。すなわち、透光部１４の上面１４Ｓが発光素子１２の光出射面である（以下、出射面１４Ｓとも称する）。

ここで、図３を用いて、透光性基板２１の詳細な構造と発光素子１２内における青色光の進行態様について説明する。図３においては、半導体構造層１３内を進行する青色光を破線、透光部１４内を進行する青色光を一点鎖線、出射面１４Ｓから出射される青色光を実線で示している。

透光性基板２１の下面は、複数の凸部２１Ｃが周期Ｐで形成された凹凸構造２１Ｕを有している。複数の凸部２１Ｃの各々は、直径Ｗの底面及び高さＨを有する円錐形状を有している。

透光性基板２１の凹凸構造２１Ｕは、発光層１８から放出された青色光を、透光部１４の内部に透過させるように回折させる（以下、透過回折と称する）か又は半導体構造層１３の内部に反射させるように回折させる（以下、反射回折と称する）。すなわち、透光性基板２１は、透過型又は反射型の回折格子として機能する。

凹凸構造２１Ｕにおける凸部２１Ｃの周期Ｐ、底面の直径Ｗ及び高さＨは、出射面１４Ｓから出射される青色光が狭角化されるように設計される。ここで、青色光の狭角化とは、例えば、青色光が凹凸構造２１Ｕによって透過回折されることで±３０°以内の配光角度で出射される成分が増加されることを指し示す。

例えば、発光層１８から放出される青色光の中心波長が４５０ｎｍである場合には、凸部２１Ｃの周期Ｐを３２０ｎｍ、底面の直径Ｗを２４０ｎｍ、高さＨを１２０ｎｍと設計することにより、上述した青色光の狭角化が促される。

本実施例において、透光部１４は、発光層１８から放出される青色光の可干渉距離（コヒーレンス長）以下の厚みｄ_１を有している。すなわち、透光部１４は、発光層１８から放出される青色光同士の干渉によって干渉縞が形成される厚みｄ_１を有している。

具体的には、透光部１４は、発光層１８から放出された光Ｌ１が凹凸構造２１Ｕによって光Ｌ２として透過回折された後に出射面１４Ｓから出射された光Ｌ３と、光Ｌ２が出射面１４Ｓで光Ｌ４として反射され、凹凸構造２１Ｕによって反射された後に出射面１４Ｓから出射された、すなわち一度ｎ型半導体層１７と透光性基板２１との界面ＩＳで上方に反射された後に出射面１４Ｓから出射された光Ｌ５とが強め合うような厚みｄ_１を有している。なお、光Ｌ３と光Ｌ５とが強め合う厚みｄ_１の条件については、後に説明する。

従って、出射面１４Ｓから出射された光Ｌ３と光Ｌ５とは、出射面１４Ｓから出射された先で、例えば出射面１４Ｓから所定の距離離れた位置に配されたレンズにおいて明線となる。よって、透光部１４の厚みｄ_１を光Ｌ３と光Ｌ５とが強め合うような厚みとすることにより、出射面１４Ｓから出射された狭角な配光角度を有する青色光の強度を増加させることができる。

なお、透光部１４の厚みｄ_１は、例えば、発光層１８から放出される青色光の中心波長が４５０ｎｍであり、透光部１４の屈折率が１．７８である場合に、０．２６μｍ以上５．６９μｍ以下である。

また、本実施例において、半導体構造層１３は、上述した光Ｌ３と、発光層１８から放出された光Ｌ１が凹凸構造２１Ｕによって光Ｌ５として反射回折された後にｐ電極１５によって反射され、凹凸構造２１Ｕによって透過回折された後に出射面１４Ｓから出射された、すなわち一度界面ＩＳで下方に反射された後に出射面１４Ｓから出射された光Ｌ８とが強め合うような厚みｄ_２を有している。なお、光Ｌ３と光Ｌ８とが強め合う厚みｄ_２の条件については、後に説明する。

従って、出射面１４Ｓから出射された光Ｌ３と光Ｌ８とは、出射面１４Ｓから出射された先で、例えば出射面１４Ｓから所定の距離離れた位置に配されたレンズにおいて明線となる。よって、半導体構造層１３の厚みｄ_２を光Ｌ３と光Ｌ８とが強め合うような厚みとすることにより、出射面１４Ｓから出射された狭角な配光角度を有する青色光の強度を増加させることができる。

なお、半導体構造層１３の厚みｄ_２は、例えば、発光層１８から放出される青色光の中心波長が４５０ｎｍであり、半導体構造層１３の平均屈折率が２．４である場合に、およそ１．４μｍである。

ここで、図３を用いて、上述した光Ｌ３と光Ｌ５とが強め合うときの透光部１４の厚みｄ_１の条件と、上述した光Ｌ３と光Ｌ８とが強め合うときの半導体構造層１３の厚みｄ_２の条件について説明する。以下、発光層１８から放出された青色光である光Ｌ１が入射角θｅで凹凸構造２１Ｕに入射されるものとして説明する。

［凹凸構造によって透過回折された光同士の強め合い］
まずは、凹凸構造２１Ｕによって透過回折された後に出射面１４Ｓから出射された青色光である光Ｌ３と光Ｌ５との強め合いについて説明する。

発光層１８から放出された光Ｌ１が凹凸構造２１Ｕによって透過角θ１で透過回折された青色光である光Ｌ２は、出射面１４Ｓに対して入射角θ１で入射される。出射面１４Ｓに入射された光Ｌ２は、出射面１４Ｓからそのまま出射される光Ｌ３と出射面１４Ｓにて反射される光Ｌ４とに分かれる。

出射面１４Ｓで反射された光Ｌ４は、凹凸構造２１Ｕに入射角θ１で入射される。このとき、例えば、光Ｌ４が凹凸構造２１Ｕによって０次の反射回折がなされる場合、すなわち光Ｌ４が界面ＩＳにて上方に反射角θ１で反射される場合、光Ｌ４は入射角θ１で出射面１４Ｓに入射され、光Ｌ５として出射面１４Ｓから出射される。

このとき、透光部１４の屈折率を屈折率ｎ_１、透光部１４の厚みを厚みｄ_１、回折次数をｍ_ｐ（ｍ_ｐは整数）、発光層１８から放出される青色光の中心波長を波長λとすると、強め合いの条件式より、以下の関係式１を満たす。

ここで、係数ｆ_１は、半導体構造層１３の平均屈折率を屈折率ｎ_２としたときの、屈折率ｎ_１と屈折率ｎ_２に応じて決まる係数である。例えば、屈折率ｎ_１が屈折率ｎ_２よりも大きい場合（ｎ_１＞ｎ_２）にはｆ_１＝０であり、屈折率ｎ_１が屈折率ｎ_２よりも小さい場合（ｎ_１＜ｎ_２）にはｆ_１＝１である。

上記した関係式１より、出射面１４Ｓから出射された光Ｌ３と光Ｌ５とが強め合うときの透光部１４の厚みｄ_１は、以下の数式２によって求められる。

数式２において、例えば、光Ｌ２が５次回折で透過角θ１＝０°となる場合、すなわち光Ｌ２及び光Ｌ４が出射面１４Ｓに対して垂直に入射される場合、屈折率ｎ_１＝１．７８、屈折率ｎ_２＝２．４、ｍ_ｐ＝５、波長λ＝４５０ｎｍとしたときの透光部１４の厚みｄ_１はおよそ０．７μｍと求められる。

このように、透光部１４の厚みｄ_１を、凹凸構造２１Ｕによって透過回折されてそのまま出射面１４Ｓから出射された光Ｌ３と凹凸構造２１Ｕによって反射された後に出射面１４Ｓから出射された光Ｌ５とが強め合うような厚みとすることにより、光Ｌ３と光Ｌ５とが強め合って出射面１４Ｓの先で明線となる。従って、出射面１４Ｓから出射された狭角な配光を有する青色光の強度を増加させることができる。

［凹凸構造によって透過回折された光と反射回折された光との強め合い］
次に、凹凸構造２１Ｕによって透過回折された後に出射面１４Ｓから出射された青色光である光Ｌ３と凹凸構造２１Ｕによって反射回折された後に出射面１４Ｓから出射された青色光である光Ｌ８との強め合いについて説明する。

発光層１８から放出された光Ｌ１が凹凸構造２１Ｕによって反射角θ２で反射回折された青色光である光Ｌ６は、半導体構造層１３の内部を進行し、ｐ電極１５に対して入射角θ２で入射される。入射角θ２でｐ電極１５に入射された光Ｌ６は、当該ｐ電極１５によって反射角θ２で反射されて再び半導体構造層１３の内部を進行し、凹凸構造２１Ｕに入射角θ２で入射される。

凹凸構造２１Ｕに入射角θ２で入射された光Ｌ６は、凹凸構造２１Ｕによって光Ｌ７として透過角θ３で透過回折される。すなわち、光Ｌ７は入射角θ３で出射面１４Ｓに入射され、光Ｌ８として出射面１４Ｓから出射される。

ここで、例えば、透過角θ３と透過角θ１とが等しくなる場合、すなわち光Ｌ２と光Ｌ７とが同じ入射角度で出射面１４Ｓに入射される場合、光Ｌ３と光Ｌ８は同じ出射角度で出射される。このとき、半導体構造層１３の平均屈折率を屈折率ｎ_２、半導体構造層１３の厚みを厚みｄ_２、回折次数をｍ_ｐ′（ｍ_ｐ′は整数）とすると、強め合いの条件式より、以下の関係式３を満たす。

ここで、係数ｆ_２は、上述した屈折率ｎ_２とｐ電極１５の屈折率ｎ_ｍとに応じて決まる係数である。具体的には、係数ｆ_２は、以下の数式４によって求められる。なお、係数ｋ_ｍは物質中での光のエネルギーの損失を示す消衰係数である。

上記した関係式３より、出射面１４Ｓから出射された光Ｌ３と光Ｌ８とが強め合うときの半導体構造層１３の厚みｄ_２は、以下の数式５によって求められる。

このように、半導体構造層１３の厚みｄ_２を、凹凸構造２１Ｕによって透過回折されてそのまま出射面１４Ｓから出射された光Ｌ３と、凹凸構造２１Ｕによって反射回折された後にｐ電極１５で反射され、凹凸構造２１Ｕによって透過回折されて出射面１４Ｓから出射された光Ｌ８とが強め合うような厚みとすることにより、光Ｌ３と光Ｌ８とが強め合って出射面１４Ｓの先で明線となる。従って、出射面１４Ｓから出射された狭角な配光を有する青色光の強度を増加させることができる。

ここで、上述した光Ｌ２の透過角θ１と光Ｌ７の透過角θ３とが等しくなる場合の条件について説明する。

発光層１８から出射された光Ｌ１が凹凸構造２１Ｕによって光Ｌ２として透過角θ１で透過回折される際においては、ブラッグの回折条件より、以下の関係式６を満たす。

また、発光層１８から出射された光Ｌ１が凹凸構造２１Ｕによって光Ｌ６として反射角θ２で反射回折される際においては、ブラッグの回折条件より、以下の関係式７を満たす。

さらに、凹凸構造２１Ｕによって反射回折された光Ｌ６がｐ電極１５によって反射され、再度凹凸構造２１Ｕに入射し、当該凹凸構造２１Ｕによって光Ｌ７として透過角θ３で透過回折される際においては、関係式６及び関係式７より、以下の関係式８を満たす。

ここで、光Ｌ１が凹凸構造２１Ｕによって０次の反射回折がなされる場合、すなわち光Ｌ１が界面ＩＳにて反射され、光Ｌ１の入射角θｅと光Ｌ６の反射角θ２とが等しくなる場合、関係式８は以下の関係式９のように表される。

さらに、このとき、光Ｌ６が凹凸構造２１Ｕによって０次の透過回折がなされる場合、すなわち入射角θｅと同一の反射角で反射された光Ｌ６がｐ電極１５で反射され、入射角θｅで凹凸構造２１Ｕによって光Ｌ７として透過回折される場合、当該光Ｌ７の透過角θ３は、上述した光Ｌ２の透過角θ１と等しくなる。すなわち、出射面１４Ｓに入射される光Ｌ７の入射角θ３は、出射面１４Ｓに入射される光Ｌ２の入射角θ１と等しくなる。

このように、半導体構造層１３の厚みｄ_２を、出射面１４Ｓから出射される光Ｌ３と光Ｌ８とが強め合う厚みとすることにより、光Ｌ３と光Ｌ８とが強め合い、出射面１４Ｓから出射された狭角な配光を有する青色光の強度を増加させることができる。

なお、本実施例においては、ｐ型半導体層１９の下面に光反射性を有するｐ電極１５が形成されている場合について説明したが、発光層１８から放出される青色光を反射可能な構成であればよく、これに限られない。

例えば、ｐ型半導体層１９の下面には、高屈折率の誘電体薄膜と低屈折率の誘電体薄膜とを交互に重ねた多層膜反射鏡を形成する態様としてもよい。この場合、上述した関係式３において、係数ｆ_２は以下の数式１０によって求められる。なお、屈折率ｎ_Ｈは高屈折率を有する誘電体薄膜の屈折率であり、屈折率ｎ_Ｌは低屈折率を有する誘電体薄膜の屈折率であり、ｎ_meanは多層膜反射鏡の平均屈折率である。

本実施例において、発光素子１２は、出射光が青色光である場合を例として、透光性基板２１がサファイアからなり、半導体構造層１３がＧａＮ系の発光層１８を含んで構成されるとして説明したが、他の波長の光を出射させる場合には、当該構成以外の構成を適用してもよい。

例えば、出射光が赤外光である場合、発光素子１２は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）からなる透光性基板２１とインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）からなる発光層１８を含む半導体構造層１３との組み合わせによって構成されてもよい。

［発光装置の製造方法］
以下に、図２、図４及び図５を参照しつつ、本実施例における発光装置１００の製造方法について説明する。図４及び図５は、発光装置１００の製造工程の一部を示す断面図である。

まず、透光性基板２１の基材となる透光性基板２１Ｂにナノサイズの周期的な凹凸構造２１Ｕを形成する。当該凹凸構造２１Ｕは、例えばナノインプリントにより、各々が円錐形状を有する凸部２１Ｃが上述した周期Ｐで設けられるように形成する。

次に、透光性基板２１Ｂに形成された凹凸構造２１Ｕを埋め込んでｎ型半導体層１７の基材となる半導体層、発光層１８及びｐ型半導体層１９をこの順で形成する。続いて、当該ｐ型半導体層１９の上面の一部をマスクし、マスクされていない箇所のｐ型半導体層１９、発光層１８及びｎ型半導体層１７の一部をエッチングすることにより、上述したメサ構造を有するｎ型半導体層１７、発光層１８及びｐ型半導体層１９を含む半導体構造層１３を形成する。

次に、ｐ型半導体層１９の上面にＩＴＯ／Ａｇからなるｐ電極１５を形成し、ｎ型半導体層１７の第１の部分１７ＡにＴｉ／Ａｇからなるｎ電極１６を形成する。なお、ｐ電極１５及びｎ電極１６の構成はこれに限られず、例えばニッケル（Ｎｉ）／ＡｇやＴｉ／Ａｇから構成されてもよい。

次に、発光素子１２を保持基板１１にフリップチップ実装する。具体的には、発光素子１２に設けられたｐ電極１５及びｎ電極１６を、導電性を有する接合部材２３を用いて保持基板１１の第１の配線１１Ａ及び第２の配線１１Ｂにそれぞれ接合させる。なお、分かりやすくするために発光素子１２を一つだけ実装した形態として説明しているが、実際は透光性基板２１Ｂに複数の発光素子１２を形成したものをまとめて保持基板１１に実装する。

図４は、発光素子１２を保持基板１１にフリップチップ実装させた後の発光装置１００の断面図を示している。透光性基板２１Ｂは、例えば１２０μｍ程度の厚みｄ_ａを有している。

次に、透光性基板２１Ｂの上面２１ＢＳの研磨を実施する。具体的には、まず、＃３２０程度の粗さを有するグラインダーにより、透光性基板２１Ｂの厚みｄ_ａが４０μｍ程度となるまで研磨する。続いて、＃６００、＃１２００と粗さを細かくして研磨を実施し、厚みｄ_ａが１０μｍ程度となるまで研磨する。

上記研磨の後、厚みｄ_ａが１０μｍ程度となった透光性基板２１Ｂに対して、さらにアルミナやダイヤモンドサスペションなどにより研磨を実施し、厚みｄ_ａが１μｍ程度となるまで研磨する。図５は、当該研磨を実施した後の透光性基板２１Ｂを有する発光装置１００の断面図を示している。

最後に、透光性基板２１Ｂの上面２１ＢＳに厚みを調整するための膜体２２を形成する。具体的には、イオンアシスト蒸着装置を用いて、透光性基板２１Ｂの上面２１ＢＳに透光性基板２１Ｂと屈折率の近い膜体２２が所望の膜厚となるように成膜する。

このとき、干渉法膜厚計などによって膜体２２の厚みを正確に計測することにより、１ｎｍ程度の精度を有する透光部１４を形成することができる。当該工程により、図２に示すような、厚みｄ_１を有する透光部１４を形成することができる。なお、膜体２２は、必ずしも必要ではなく、上述した研磨工程等によって透光性基板２１の厚みｄ_１を制御可能であれば設けなくてもよい。

最後に、複数の発光素子１２が実装された保持基板１１を個別の発光素子にダイシング等のプロセスで発光素子１２を個片化する。

以上の工程により、発光装置１００を製造することができる。なお、凹凸構造２１Ｕにおける凸部２１Ｃの周期Ｐや高さＨ、底面の直径Ｗ、形状などは、狭角な配光特性を有する出射光が得られればよく、その数値は上述したものに限られない。

１００ 発光装置
１１ 保持基板
１２ 発光素子
１３ 半導体構造層
１４ 透光部
１５ ｐ電極
１６ ｎ電極
１７ ｎ型半導体層
１８ 発光層
１９ ｐ型半導体層
２１ 透光性基板
２２ 膜体
２３ 接合部材

Claims (7)

1. 上面に周期的な凹凸構造を有する透光性基板を含む透光部と、
   前記透光性基板の上面に前記凹凸構造を埋め込むように形成された第１の導電型を有する第１の半導体層、前記第１の半導体層上に形成された発光層、及び前記発光層上に形成されかつ前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有する第２の半導体層を有する半導体構造層と、
   前記第２の半導体層上に形成されかつ光反射性を有する第１の電極と、
   前記第１の半導体層上に形成された第２の電極と、を有し、
   前記透光部は、前記発光層から放出される光の可干渉距離以下の厚みを有することを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記透光部は、前記透光性基板の下面に亘って形成された膜体を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記凹凸構造の凸部は、前記発光層から放出される前記光の中心波長よりも小さい間隔で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
4. 前記透光部の屈折率をｎ_１、前記透光部の厚みをｄ_１、前記凹凸構造によって透過回折された前記光の透過角をθ１、回折次数をｍ_ｐ、前記光の中心波長をλ、前記透光部の屈折率と前記第１の半導体層の屈折率とに応じて決まる係数をｆ_１としたとき、以下の関係式、
   ２・ｎ_１・ｄ_１・cosθ１＝（ｍ_ｐ＋０．５・ｆ_１）λ
   を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
5. 前記半導体構造層の平均屈折率をｎ_２、前記半導体構造層の厚みをｄ_２、前記凹凸構造によって反射回折された前記光の反射角をθ２、回折次数をｍ_ｐ′、前記光の中心波長をλ、前記半導体構造層の平均屈折率と前記第２の電極の屈折率とに応じて決まる係数をｆ_２としたとき、以下の関係式、
   ２・ｎ_２・ｄ_２・cosθ２＝（ｍ_ｐ′＋０．５・ｆ_２）λ
   を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
6. 前記透光性基板は、サファイアからなることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
7. 前記膜体は、非晶質のＡｌ_２Ｏ_３からなることを特徴とする請求項６に記載の半導体発光素子。

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