JP3255220B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- 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
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Description
に達成することができる半導体発光素子に関する。
示すようにP型半導体領域1とN型半導体領域2とを備
え、両半導体領域1、2の界面に形成されるPN接合3
を含む例えばAlGaAs半導体基体4の側面に傾斜面
5を設けたいわゆるメサ構造の半導体発光素子即ち発光
ダイオードは公知である。この半導体発光素子におい
て、半導体基体4の上面(一方の主面)即ちP型半導体
領域2の上面の一部にアノード電極6が形成され、半導
体基体4の下面(他方の主面)即ちN型半導体領域2の
下面に部分的にカソード電極7が格子状又は点在するよ
うに形成されている。なお、半導体基体4の露出表面は
実質的に鏡面になっており、またPN接合3は傾斜面5
に露出している。図1の半導体発光素子の光取り出し方
向は上方向であり、PN接合3から上方に放射された光
は、基板4の上面のアノード電極6が形成されていない
領域から取り出される。また、PN接合3から下方に放
射された光は基板4の下面で反射されて上方に向う。図
1のメサ構造の発光素子の傾斜面5は、ダイス型の発光
素子の垂直な側面に比べてPN接合3から放射された光
に対する全反射の確率を減少させる働きを有する。従っ
て、図1の発光素子においては、PN接合3から放射さ
れた光の一部が傾斜面5を通り抜けて外部に取り出さ
れ、光出力の増大を図ることができる。
であっても十分なレベルの光出力を得ることができない
のが実情である。そこで、光出力の増大を目的として図
2の半導体発光素子が提案されている。図2の半導体発
光素子はP型半導体領域1の上面が粗面(微小凹凸面)
8とされている点で図1と異なり、その他は図1と同一
に構成されている。上面の粗面8はPN接合3から放射
された光の上面での全反射を防いで上方に向う光を効率
良く取り出すためのものである。下面の露出部9はPN
接合3から下面方向に向う光を上方に反射させるもので
ある。即ち、N型半導体領域2とカソ−ド電極7との界
面には光を吸収する合金層が形成されるため、カソ−ド
電極7の面積を減少させて露出部9を設け、ここで下に
向う光を上に反射させて発光効率の増大を図っている。
図2のようにすると、図1の半導体発光素子よりも光出
力の増大を図ることができる。しかしながら、まだ十分
な光出力の増大を図ることができなかった。
ることができる半導体発光素子を提供することを目的と
する。
の本発明は、第1導電型の第1の半導体領域と、PN接
合を形成するように前記第1の半導体領域に隣接してい
る第2導電型の第2の半導体領域とを有する半導体基体
と、前記半導体基体の一方の主面において前記第1の半
導体領域に接続された第1の電極と、前記半導体基体の
他方の主面において前記第2の半導体領域に接続された
第2の電極とを備え、前記一方の主面側に光を取り出す
ように構成され、且つ前記PN接合が前記半導体基体の
側面に露出するように形成された半導体発光素子におい
て、前記第2の半導体領域のが、前記PN接合から前記
他方の主面に向って末広がりに傾斜した側面とこの傾斜
した側面から前記他方の主面に至る垂直な側面とを有
し、前記第1の半導体領域の側面が、前記PN接合から
放射された光を内側に反射させて前記一方の主面側から
取り出すことができるような鏡面に形成され、前記第2
の半導体領域の前記末広がりの傾斜した側面が、光を外
部に放射することができるように前記第1の半導体領域
の側面よりも粗い粗面に形成されていることを特徴とす
る半導体発光素子に係わるものである。
る。 (イ) 第2の半導体領域のが、PN接合から他方の主
面(下面)に向って末広がりに形成された側面を有し、
この側面が粗面にされている。従って、PN接合から他
方の主面(下面)に向って放射され、他方の主面(下
面)で反射して上方に向う光を末広がりの側面から外部
に良好に取り出すことができ、光出力の増大を図ること
ができる。 (ロ) 第1の半導体領域の側面は、光を内部に反射さ
せる機能即ち全反射させる機能を有する鏡面となるよう
に形成されているので、PN接合よりも上方に向う光を
第1の半導体領域の側面から側方に放出させないで一方
の主面(上面)から取り出すことが可能になり、上方へ
の光出力の増大を図ることができる。
に係わる半導体発光素子即ち発光ダイオードを説明す
る。この発光素子は、第1の半導体領域としてのP型半
導体領域11と、第2の半導体領域としてのN型半導体
領域12とから成る例えばAlGaAs半導体基体13
を備えている。半導体基体13の上面(一方の主面)1
4即ちP型半導体領域11の上面の中央に第1の電極と
してのアノード電極15が形成され、半導体基体13の
下面(他方の主面)16即ちN型半導体領域12の下面
に第2の電極としてのカソード電極17が格子状又は点
在するように形成されている。なお、カソ−ド電極17
は例えば銀を含むペ−スト状導電性接着剤によって外部
の配線導体に接続される。この導電性接着剤は半導体基
体13の下面のカソ−ド電極17が設けられていない部
分にも付着し、下に向う光を上に反射させるために寄与
する。
及び下面16に対して平行に形成されているので、この
端は側面に露出している。半導体基体13の側面の形状
はPN接合18の露出位置を境界にして変化している。
PN接合18の露出位置よりも下方のN型半導体領域1
2の側面の上方部分はPN接合18から下面16に向っ
て末広がりに形成された傾斜面19となっている。ま
た、PN接合18の露出位置よりも上方のP型半導体領
域11の側面は、一対の傾斜面20a、20bと一対の
垂直面21a、21bとから成る。なお、P型半導体領
域11の一対の傾斜面20a、20bはPN接合18か
ら上面14に向って末広がりに形成されており、オーバ
ーハングな側面である。
ングな一対の傾斜面20a、20bと一対の垂直面21
a、21bはPN接合18から放射された光をほぼ全反
射即ち内部に反射させることが可能な鏡面になってい
る。N型半導体領域12の末広がりの傾斜面19は半導
体基体13の下面16で反射して上方に向う光の全反射
を阻止して光を外部に取り出すことができる粗面(微小
凹凸面)になっている。即ち、傾斜面19はP型半導体
領域11の傾斜面20a、20b及び垂直面21a、2
1bよりも凹凸の多い粗い面になっている。なお、図4
及び図5と図1との比較から明らかなように、本実施例
の発光素子は傾斜面19を粗面としたこと、P型半導体
領域11の側面をオーバーハングの傾斜面20a、20
bと垂直面21a、21bとにしたことにおいて図1の
従来の発光素子と相違し、その他は実質的に同一に構成
されている。
形成する時には、1枚の半導体ウエハに複数の発光素子
を配列して設け、これ等の境界を選択的にエッチングす
る。即ち、各発光素子の周辺に相当する領域の上面に開
口を有するマスクを設け、開口を介して半導体基体をエ
ッチングする。本実施例では、H2 SO4 (硫酸):H
2 O2 (過酸化水素):H2 O(水)=1:3:1の混
合液をエッチング液としてAlGaAs半導体基体13
をエッチングした。このエッチング液を使用してP型の
AlGaAsから成るP型半導体領域11のエッチング
をこの上面から進めると結晶方向の差によって一対の側
面がオーバーハングの傾斜面20a、20bとなり、別
の一対の側面がほぼ垂直な面21a、21bとなる。ま
た、このエッチング液によってN型半導体領域12をエ
ッチングすると、図1のメサ構造と同様な傾斜面19が
得られる。また、P型半導体領域11の傾斜面20a、
20b及び垂直面21a、21bは鏡面となり、N型半
導体領域12の傾斜面19は粗面となる。従って、図4
及び図5に示す傾斜面19、オーバーハング傾斜面20
a、20b、垂直面21a、21bを容易に得ることが
できる。なお、N型半導体領域12の傾斜面19の下の
垂直な側面は半導体ウエハのブレーキングによって生じ
た面である。
る。 (1) N型半導体領域12の傾斜面19は末広がり状
であって上方に向いている。このため、図4で破線で示
すようにPN接合18から下方に放射された光が半導体
基体13の下面16(半導体基体13の下面のうちカソ
−ド電極7が形成されていない部分と導電性接着剤との
界面)で反射して生じた上方に向う光が傾斜面19に入
射し、ここを通過して光出力となる。この時、傾斜面1
9が全反射を抑制する粗面となっているので、傾斜面1
9からの光の取り出し量が図1及び図2のような鏡面の
傾斜面5よりも多くなる。 (2) P型半導体領域11の側面は鏡面であるので、
この鏡面に入射した光はほぼ全反射し、上面14に向う
ものが生じ、上面14からの光の取り出し量が多くな
る。 (3) P型半導体領域11のオーバーハングの一対の
傾斜面20a、20bは、PN接合18から小さな角度
で横方向成分を有するように放出された光を上面14の
方向に全反射させるために有効である。即ち、図4で破
線で示すようにPN接合18から横方向成分を有して放
射された光が傾斜面20bで全反射して上面14に至
り、ここから取り出される現象、及びPN接合18から
横方向成分を有して放射された光が上面14で全反射し
て傾斜面20aに入射し、ここで再び全反射されて主面
14に至り、ここから取り出される現象が生じ、光出力
の増大に寄与する。
く、例えば次の変形が可能なものである。 (1) 半導体基体13をAlGaAs以外の例えばG
aAs等の種々の半導体とすることができる。また、P
型半導体領域11とN型半導体領域12とを異なる半導
体にすることができる。 (2) N型半導体領域12をN型又はN+ 型半導体基
板領域とこの上にエピタキシャル成長させたN型半導体
領域との組み合せにすることができる。また、P型半導
体領域11も複数の半導体領域の組み合せとすることが
できる。 (3) 基体13の下面16に光の反射を助ける層を設
けることができる。
Claims (1)
- 【請求項1】 第1導電型の第1の半導体領域と、PN
接合を形成するように前記第1の半導体領域に隣接して
いる第2導電型の第2の半導体領域とを有する半導体基
体と、 前記半導体基体の一方の主面において前記第1の半導体
領域に接続された第1の電極と、 前記半導体基体の他方の主面において前記第2の半導体
領域に接続された第2の電極とを備え、前記一方の主面
側に光を取り出すように構成され、且つ前記PN接合が
前記半導体基体の側面に露出するように形成された半導
体発光素子において、 前記第2の半導体領域が、前記PN接合から前記他方の
主面に向って末広がりに傾斜した側面とこの傾斜した側
面から前記他方の主面に至る垂直な側面とを有し、 前記第1の半導体領域の側面が、前記PN接合から放射
された光を内側に反射させて前記一方の主面側から取り
出すことができるような鏡面に形成され、 前記第2の半導体領域の前記末広がりの傾斜した側面
が、光を外部に放射することができるように前記第1の
半導体領域の側面よりも粗い粗面に形成されていること
を特徴とする半導体発光素子。
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JP26357296A Expired - Fee Related JP3255220B2 (ja) | 1996-09-11 | 1996-09-11 | 半導体発光素子 |
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1996
- 1996-09-11 JP JP26357296A patent/JP3255220B2/ja not_active Expired - Fee Related
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