(57)【要約】      （修正有）【課題】出射強度および出射光の配向性を高めることが可能な半導体発光素子および電子機器を提供する。【解決手段】半導体発光素子１は、第１の電極７１０と、第２の電極７２０と、半導体からなる発光層２０と、光学機能膜５０とを具備する。上記発光層２０は、上記第１の電極７１０と接続され第１の凹凸構造２１０を有する第１の面２０１と、上記第２の電極７２０と接続され第２の凹凸構造２２０を有し上記第１の面２０１とは反対側の第２の面２０２と、上記第１の面２０１と上記第２の面２０２とを連接する周面２０３とを有する。上記光学機能膜５０は、上記第２の面２０２および上記周面２０３を被覆し上記発光層２０が発する光を反射することが可能な反射層５３を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と接続され第１の凹凸構造を有する第１の面と、前記第２の電極と接続され第２の凹凸構造を有し前記第１の面とは反対側の第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とを連接する周面とを有し、半導体からなる発光層と、
前記第２の面および前記周面を被覆し前記発光層が発する光を反射することが可能な反射層を有する光学機能膜と
を具備する半導体発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体発光素子であって、
前記周面は、テーパ面で構成される
半導体発光素子。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体発光素子であって、
前記光学機能膜は、
前記発光層と前記反射層との間に形成される第１の絶縁層と、
前記反射層上に形成される第２の絶縁層と、をさらに有する
半導体発光素子。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体発光素子であって、
前記第２の凹凸構造は、少なくとも１つの半球、楕円半球、円錐、円錐台、角錐、角錐台またはこれら２種以上の組み合わせを含む
半導体発光素子。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体発光素子であって、
前記第１の凹凸構造は、稜線を有するプリズムを含む
半導体発光素子。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体発光素子であって、
前記第１の凹凸構造は、少なくとも１つの半球、楕円半球、円錐、円錐台、角錐、角錐台またはこれら２種以上の組み合わせを含む
半導体発光素子。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体発光素子であって、
前記第１の面を被覆する透光性の封止樹脂層をさらに具備する
半導体発光素子。
【請求項８】
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と接続される第１の面と、前記第２の電極と接続され凹凸構造を有し前記第１の面とは反対側の第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とを連接する周面とを有し、半導体からなる発光層と、
前記第２の面および前記周面を被覆し前記発光層が発する光を反射することが可能な反射層を有する第１の光学機能膜と、
前記第１の面を被覆し、前記第１の面からの光の出射角を制限する第２の光学機能膜と
を具備する半導体発光素子。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体発光素子であって、
前記周面は、テーパ面で構成される
半導体発光素子。
【請求項１０】
請求項８に記載の半導体発光素子であって、
前記第１の光学機能膜は、
前記発光層と前記反射層との間に形成される第１の絶縁層と、
前記反射層上に形成される第２の絶縁層と、をさらに有する
半導体発光素子。
【請求項１１】
請求項８に記載の半導体発光素子であって、
前記凹凸構造は、少なくとも１つの半球、楕円半球、円錐、円錐台、角錐、角錐台またはこれら２種以上の組み合わせを含む
半導体発光素子。
【請求項１２】
請求項８に記載の半導体発光素子であって、
前記第２の光学機能膜は、誘電体多層膜である
半導体発光素子。
【請求項１３】
請求項８に記載の半導体発光素子であって、
前記第２の光学機能膜は、回折光学素子である
半導体発光素子。
【請求項１４】
請求項８に記載の半導体発光素子であって、
前記第１の面を被覆する透光性の封止樹脂層をさらに具備する
半導体発光素子。
【請求項１５】
駆動回路が形成された基板と、
前記駆動回路に接続される第１の電極と、
前記駆動回路に接続される第２の電極と、
前記第１の電極と接続され第１の凹凸構造を有する第１の面と、前記第２の電極と接続され第２の凹凸構造を有し前記第１の面とは反対側の第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とを連接する周面とを有し、半導体からなる発光層と、
前記第２の面および前記周面を被覆し前記発光層が発する光を反射することが可能な反射層を有する光学機能膜と
を有し、前記第２の面が前記光学機能膜を介して前記基板上に配置された少なくとも１つの第１の半導体発光素子と
を具備する電子機器。
【請求項１６】
請求項１５に記載の電子機器であって、
前記第１の半導体発光素子は、赤色光を発する複数の第１の半導体発光素子であり、
前記電子機器は、
前記基板上に配置され、青色光を発する複数の第２の半導体発光素子と、
前記基板上に配置され、緑色光を発する複数の第３の半導体発光素子と
をさらに具備する電子機器。
【請求項１７】
駆動回路が形成された基板と、
前記駆動回路に接続される第１の電極と、
前記駆動回路に接続される第２の電極と、
前記第１の電極と接続される第１の面と、前記第２の電極と接続され凹凸構造を有し前記第１の面とは反対側の第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とを連接する周面とを有し、半導体からなる発光層と、
前記第２の面および前記周面を被覆し前記発光層が発する光を反射することが可能な反射層を有する第１の光学機能膜と、
前記第１の面を被覆し、前記第１の面からの光の出射角を制限する第２の光学機能膜と
を有し、前記第２の面が前記第１の光学機能膜を介して前記基板上に配置された少なくとも１つの第１の半導体発光素子と
を具備する電子機器。
【請求項１８】
請求項１７に記載の電子機器であって、
前記第１の半導体発光素子は、赤色光を発する複数の第１の半導体発光素子であり、
前記電子機器は、
前記基板上に配置され、青色光を発する複数の第２の半導体発光素子と、
前記基板上に配置され、緑色光を発する複数の第３の半導体発光素子と
をさらに具備する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、半導体からなる発光層を有する半導体発光素子およびこれを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレイ光源として採用される半導体発光素子には、高い光取り出し効率と等方的な配向性が求められる。一方、半導体発光素子は、信頼性の確保を目的として透光性の樹脂で封止される。このような半導体発光素子の光取り出し効率を下げる要因は、半導体発光素子の光出射面と封止樹脂との界面および封止樹脂と空気との界面で全反射が生じることによる光の閉じ込めであった。
【０００３】
例えば、半導体発光素子の光出射面と封止樹脂との界面における全反射を抑制し、光取り出し効率を高めるため、半導体発光素子の光出射面に三角波状の断面をもつ凹凸構造を形成した半導体発光素子が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、半導体発光素子の封止樹脂と空気との界面における全反射を抑制し、光取り出し効率を高めるため、封止樹脂の光出射面に三角波状の断面をもつ凹凸構造を形成した半導体発光素子パッケージが知られている（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１７１３４１号公報
【特許文献２】特開２００８−２２７４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の半導体発光素子によれば、半導体発光素子の光出射面に形成された三角波状の断面をもつ凹凸形状により出射面の傾斜角が離散的となるため、出射光の配向性にうねりが生じる。また、傾斜角を正しく選ばなければ、封止樹脂と空気との界面における全反射の臨界角を超える出射光が多くなり、封止樹脂内で光が閉じ込められ、光取り出し効率を高めることができない。
【０００７】
一方、特許文献２に記載の半導体発光素子パッケージによれば、封止樹脂の光出射面に形成された凹凸形状により外光反射の散乱が生じるため、ディスプレイ光源として利用される場合、コントラスト低下が問題となる。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、出射強度および出射光の配向性を高めることが可能な半導体発光素子および電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本技術の一形態に係る半導体発光素子は、第１の電極と、第２の電極と、半導体からなる発光層と、光学機能膜とを具備する。
上記発光層は、上記第１の電極と接続され第１の凹凸構造を有する第１の面と、上記第２の電極と接続され第２の凹凸構造を有し上記第１の面とは反対側の第２の面と、上記第１の面と上記第２の面とを連接する周面とを有する。
上記光学機能膜は、上記第２の面および上記周面を被覆し上記発光層が発する光を反射することが可能な反射層を有する。
【００１０】
上記半導体発光素子によれば、第２の面における光の反射方向および第１の面からの光の出射方向が調整可能となるため、出射光の強度と配光性を高めることができる。
【００１１】
上記周面は、テーパ面で構成されてもよい。
これにより、発光層の内部において第１の面に向けて光を効率よく反射させることができる。
【００１２】
上記光学機能膜は、上記発光層と上記反射層との間に形成される第１の絶縁層と、上記反射層上に形成される第２の絶縁層と、をさらに有してもよい。
上記構成によれば、第１の絶縁層により、発光層と反射層との絶縁性を確保できるとともに、第２の絶縁層により、発光層と外部との絶縁性も高めることができる。
【００１３】
上記第２の凹凸構造は特に限定されず、典型的には、少なくとも１つの半球、楕円半球、円錐、円錐台、角錐、角錐台またはこれら２種以上の組み合わせを含む。
これにより、第２の面の光学特性を調整し、出射光の配向性を高めることができる。
【００１４】
上記第１の凹凸構造は、稜線を有するプリズムを含んでもよい。
あるいは、上記第１の凹凸構造は、少なくとも１つの半球、楕円半球、円錐、円錐台、角錐、角錐台またはこれら２種以上の組み合わせを含んでもよい。
これにより、第１の面の光学特性を調整し、上記半導体発光素子が樹脂封止された形態においても、出射光の出射強度を高めることができる。
【００１５】
上記半導体発光素子は、上記第１の面を被覆する透光性の封止樹脂層をさらに具備してもよい。
これにより、半導体発光素子の信頼性を確保することができる。
【００１６】
本技術の他の形態に係る半導体発光素子は、第１の電極と、第２の電極と、半導体からなる発光層と、第１の光学機能膜と、第２の光学機能膜とを具備する。
上記発光層は、上記第１の電極と接続される第１の面と、上記第２の電極と接続され凹凸構造を有し上記第１の面とは反対側の第２の面と、上記第１の面と上記第２の面とを連接する周面とを有する。
上記第１の光学機能膜は、上記第２の面および上記周面を被覆し上記発光層が発する光を反射することが可能な反射層を有する。
上記第２の光学機能膜は、上記第１の面を被覆し、上記第１の面からの光の出射角を制限する。
【００１７】
上記半導体発光素子によれば、第２の面における光の反射方向および第１の面からの光の出射方向が調整可能となるため、出射光の強度と配光性を高めることができる。
【００１８】
上記周面は、テーパ面で構成されてもよい。
これにより、発光層の内部において第１の面に向けて光を効率よく反射させることができる。
【００１９】
上記第１の光学機能膜は、上記発光層と上記反射層との間に形成される第１の絶縁層と、上記反射層上に形成される第２の絶縁層と、をさらに有してもよい。
上記構成によれば、第１の絶縁層により、発光層と反射層との絶縁性を確保できるとともに、第２の絶縁層により、発光層と外部との絶縁性も高めることができる。
【００２０】
上記凹凸構造は特に限定されず、典型的には、少なくとも１つの半球、楕円半球、円錐、円錐台、角錐、角錐台またはこれら２種以上の組み合わせを含む。
これにより、第２の面の光学特性を調整し、出射光の配向性を高めることができる。
【００２１】
上記第２の光学機能膜は、例えば、誘電体多層膜あるいは回折光学素子で構成される。
これにより、第２の面の光学特性を調整し、上記半導体発光素子が樹脂封止された形態においても、出射光の出射強度を高めることができる。
【００２２】
上記半導体発光素子は、上記第１の面を被覆する透光性の封止樹脂層をさらに具備してもよい。
これにより、半導体発光素子の信頼性を確保することができる。
【００２３】
本技術の一形態に係る電子機器は、基板と、少なくとも１つの第１の半導体発光素子とを具備する。
上記基板には駆動回路が形成される。
上記第１の半導体発光素子は、第１の電極と、第２の電極と、半導体からなる発光層と、光学機能膜とを有する。
上記第１および第２の電極は、上記駆動回路に接続される。
上記発光層は、上記第１の電極と接続され第１の凹凸構造を有する第１の面と、上記第２の電極と接続され第２の凹凸構造を有し上記第１の面とは反対側の第２の面と、上記第１の面と上記第２の面とを連接する周面とを有する。
上記光学機能膜は、上記第２の面および上記周面を被覆し上記発光層が発する光を反射することが可能な反射層を有する。
上記第２の面は、上記光学機能膜を介して上記基板上に配置される。
【００２４】
上記第１の半導体発光素子は、赤色光を発する複数の第１の半導体発光素子であってもよい。上記電子機器は、上記基板上に配置され青色光を発する複数の第２の半導体発光素子と、上記基板上に配置され緑色光を発する複数の第３の半導体発光素子とをさらに具備してもよい。
【００２５】
本技術の他の形態に係る電子機器は、基板と、少なくとも１つの第１の半導体発光素子とを具備する。
上記基板には駆動回路が形成される。
上記第１の半導体発光素子は、第１の電極と、第２の電極と、半導体からなる発光層と、第１の光学機能膜と、第２の光学機能膜とを有する。
上記発光層は、上記第１の電極と接続される第１の面と、上記第２の電極と接続され凹凸構造を有し上記第１の面とは反対側の第２の面と、上記第１の面と上記第２の面とを連接する周面とを有する。
上記第１の光学機能膜は、上記第２の面および上記周面を被覆し上記発光層が発する光を反射することが可能な反射層を有する。
上記第２の光学機能膜は、上記第１の面を被覆し、上記第１の面からの光の出射角を制限する。
上記第２の面は、上記光学機能膜を介して上記基板上に配置される。
【００２６】
上記第１の半導体発光素子は、赤色光を発する複数の第１の半導体発光素子であってもよい。上記電子機器は、上記基板上に配置され青色光を発する複数の第２の半導体発光素子と、上記基板上に配置され緑色光を発する複数の第３の半導体発光素子とをさらに具備してもよい。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本技術によれば、出射強度および出射光の配向性を高めることができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本技術の第１の実施形態に係る半導体発光素子を含む発光装置の概略断面図である。
【図２】上記半導体発光素子が封止樹脂で封止された形態における、出射光の出射強度を示すグラフである。
【図３】上記半導体発光素子における第１の凹凸構造が有する出射光の方向制御作用を説明するための模式的な図である。
【図４】上記第１の凹凸構造が有する出射光の方向制御作用を示すグラフである。
【図５】上記半導体発光素子における第１の面の法線方向と直交する複数の方向から、活性層から発せられた光が第１の凹凸構造に入射する角度強度分布を示すグラフである。
【図６】図５のグラフにおける入射角度と、入射光を見た方向に係る角度とを説明するための模式的な図である。
【図７】活性層から発せられた光のうち、活性層内部を全反射しつつ導波する光線が第１の光学機能膜で反射される光路を説明するための模式的な図である。
【図８】上記半導体発光素子における第２の面をＺ軸方向から見た概略平面図である。
【図９】上記半導体発光素子における第１の面の法線方向と直交する複数の方向から出射光を見た際の放射強度分布を示すグラフである。
【図１０】上記半導体発光素子の比較例における第１の面の法線方向と直交する複数の方向から出射光を見た際の放射強度分布を示すグラフである。
【図１１】上記半導体発光素子を備えたディスプレイ装置の概略平面図である。
【図１２】本技術の第２の実施形態に係る半導体発光素子を含む発光装置の概略断面図である。
【図１３】上記半導体発光素子が封止樹脂で封止された形態における、第２の光学機能膜に求められる光学作用を説明するための模式的な図である
【図１４】上記第２の光学機能膜の透過率の入射角度依存性を説明する模式図である。
【図１５】上記半導体発光素子が封止樹脂で封止された形態における、出射光の出射強度を示すグラフである。
【図１６】上記半導体発光素子における第１の面の法線方向と直交する複数の方向から出射光を見た際のＦＦＰを示すグラフである。
【図１７】上記半導体発光素子の比較例における第１の面の法線方向と直交する複数の方向から出射光を見た際のＦＦＰを示すグラフである。
【図１８】本技術の第３の実施形態に係る半導体発光素子を含む発光装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
＜第１の実施形態＞
図１は、本技術の第１の実施形態に係る半導体発光素子１を含む発光装置１００の概略断面図である。以下、本実施形態に係る半導体発光素子１の構成について説明する。
なお図中、Ｘ軸およびＹ軸は相互に直交する方向（半導体発光素子１の面内方向）を示し、Ｚ軸はＸ軸およびＹ軸に直交する方向（半導体発光素子１の厚み方向すなわち上下方向）を示している。
【００３１】
［半導体発光素子］
本実施形態の発光装置１００は、半導体発光素子１と、半導体発光素子１を封止する封止樹脂層９０とを有する。
【００３２】
半導体発光素子１は、半導体化合物の積層構造を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成される。半導体発光素子１の大きさは、半導体発光素子１を搭載する電子機器の構成等に応じて適宜調整でき、例えばＸ軸方向に沿った長さが１μｍ以上３００μｍ以下、Ｙ軸方向に沿った長さが１μｍ以上３００μｍ以下、Ｚ軸方向に沿った長さが１μｍ以上２０μｍ以下とすることができる。
【００３３】
半導体発光素子１は、第１の電極７１０と、第２の電極７２０と、発光層２０と、無機膜４０と、第１の光学機能膜５０とを有し、表面および周囲を封止樹脂層９０で封止される。
【００３４】
発光層２０は、第１の電極７１０と接続される第１の面２０１と、第２の電極７２０と接続される第２の面２０２と、第１の面２０１と第２の面２０２とを連接する周面２０３とを有し、半導体からなる。
無機膜４０は、第１の面２０１を被覆する絶縁性の無機膜として機能する。
第１の光学機能膜５０は、発光層２０が発する光を反射することが可能な反射層５３を有する光学機能膜として機能する。
【００３５】
以下、半導体発光素子１の各要素について説明する。
【００３６】
（発光層）
発光層２０は、本実施形態において、赤色光を発する半導体の積層構造からなり、例えばＧａＡｓ系およびＡｌＧａＩｎＰ系の半導体化合物を含む。発光層２０は、第１の導電型を有する第１の半導体層２１と、第１の半導体層２１上に形成された活性層２３と、活性層２３上に形成された第２の導電型を有する第２の半導体層２２とを有する。本実施形態において、第１の導電型はｎ型であり、第２の導電型はｐ型とするが、これに限定されない。
【００３７】
第１の面２０１と第２の面２０２とは、Ｚ方向に相互に対向して配置される。発光層２０全体の厚みは、例えば、１μｍ以上２０μｍ以下である。
発光層２０の形状は特に限定されない。例えば第１の面２０１は、Ｚ軸方向から見た平面視において、第２の面２０２よりも大きく形成され、四角錐台状に構成される。この場合には、Ｚ軸方向と直交する断面の面積が、第２の面２０２から第１の面２０１に向かって次第に大きくなるように構成され、周面２０３は、４つのテーパ面を含むように構成される。
【００３８】
第１の面２０１は、第１の電極７１０が形成された接続領域２０１１と、第１の凹凸構造２１０が形成された光取り出し領域２０１２とを含む。接続領域２０１１は、第１の面２０１の中央部を占め、光取り出し領域２０１２は、接続領域２０１１の周囲を取り囲むように形成される。接続領域２０１１の位置および形状は限定されないが、例えば、円形、楕円形、四角形状に形成されてもよく、また島状に複数配置されてもよい。
【００３９】
第１の凹凸構造２１０は、出射光の所望の光学特性を得られるように適宜構成することが可能である。本実施形態において第１の構造体２１０は、図１に示すように、Ｙ軸方向に平行な稜線を有する複数のプリズム形状の構造体がＸ軸方向に配置された構造を有する。第１の構造体２１０はこれに限られず、少なくとも１つの半球、楕円半球、円錐、円錐台、角錐、角錐台またはこれら２種以上の組み合わせを２次元的に配置した形状でもよい。第１の凹凸構造２１０の数や大きさ、配列ピッチ等も特に限定されず、目的とする光学特性が得られるように適宜選定可能である。
【００４０】
第１の面２０１は、Ｚ軸方向に略直交する。第１の面２０１がＺ軸方向に略直交するとは、第１の面２０１の基準面２０１ｓがＺ軸方向に略直交していることをいう。第１の面２０１の基準面２０１ｓは、図１に示すように、第１の凹凸構造２１０を構成する複数の凸部の頂部（頂面）により構成される仮想的な平面に相当する。
【００４１】
第２の面２０２は、第２の電極７２０が形成された接続領域２０２１と、第２の凹凸構造２２０が形成された反射領域２０２２を含む。接続領域２０２１は、第２の面２０２の中央部を占め、反射領域２０２２は、接続領域２０２１の周囲を取り囲むように配置される。反射領域２０２２は、第１の光学機能膜５０によって被覆される。
【００４２】
第２の凹凸構造２２０は、出射光の所望の光学特性を得られるように適宜構成することが可能である。本実施形態において第２の構造体２２０は、図１に示すように、複数の半球状の凹部が第２の面２０２内に２次元的に配置された構造を有する。第２の構造体２２０はこれに限られず、少なくとも１つの半球、楕円半球、円錐、円錐台、角錐、角錐台またはこれら２種以上の組み合わせを２次元的に配置した形状でもよい。第２の凹凸構造２２０の数や大きさ、配列ピッチ等も特に限定されず、目的とする光学特性が得られるように適宜選定可能である。
【００４３】
本実施形態において、第２の構造体２２０を構成する個々の半球状の凹部は、第１の光学機能膜５０を構成する第１の絶縁層５１の構成材料で充填されている。これに限られず、第１の絶縁層５１の構成材料以外の他の材料で上記凹部の内部が充填されてもよい。
【００４４】
発光層２０は、活性層２３により発せられた光が第１の面２０１の光取り出し領域２０１２を介して出射される。本実施形態においては、テーパ状の周面２０３が第１の光学機能膜５０の反射層５３に被覆され、第１の面２０１の光取り出し領域２０１２が第１の凹凸構造２１０を有し、さらに、第２の面２０２の光取り出し領域２０２２が第２の凹凸構造２２０を有する。これにより、上記光をＺ軸方向上方に向かって反射させて出射効率を高め、かつ光の配向性を制御することが可能となる。以下の説明では、Ｚ軸方向上方を、半導体発光素子１の正面方向とも称する。
【００４５】
第１の半導体層２１は、第１のコンタクト層２１１と、第１のクラッド層２１２との積層構造を有する。
第１のコンタクト層２１１は、第２の電極７２０と接続され、例えばＺ軸方向から見た場合に、第２の電極７２０と略同一の面積を有する。第１のコンタクト層２１１は、第２の電極７２０とオーミックコンタクトが可能な材料で構成され、例えばｎ型のＧａＡｓを含む。
第１のクラッド層２１２は、第１のコンタクト層２１１上に形成され、Ｚ軸方向から見た場合に、発光層２０の第２の面２０２全体を占めるように構成される。すなわち、第１のクラッド層２１２の露出された表面は、第２の面２０２の反射領域２０２２を構成する。第１のクラッド層２１２は、例えばｎ型のＡｌＧａＩｎＰを含む。
【００４６】
活性層２３は、例えば、相互に組成の異なる半導体によりそれぞれ形成された井戸層と障壁層との多重量子井戸構造を有し、所定波長の光を発することが可能に構成される。本実施形態に係る活性層２３は、発光波長が約５００〜７００ｎｍの赤色の光を発することが可能である。活性層２３は、例えば、ＧａＩｎＰを含む約１０〜２０層の井戸層と、ＡｌＧａＩｎＰを含む約１０〜２０層の障壁層からなり、井戸層および障壁層が相互に積層されている。
【００４７】
第２の半導体層２２は、第２のクラッド層２２１と、第２のコンタクト層２２２との積層構造を有する。第２のクラッド層２２１は、活性層２３上に形成され、例えばｐ型のＡｌＧａＩｎＰを含む。第２のコンタクト層２２２は、第２のクラッド層２２１上に形成され、第１の電極７１０と接続される。第２のコンタクト層２２２は、Ｚ軸方向から見た場合に、発光層２０の第１の面２０１の全体を占め、第１の電極７１０が形成されずに露出された表面は、第１の面２０１の光取り出し領域２０１２を構成する。第２のコンタクト層２２２は、第１の電極７１０とオーミックコンタクトが可能な材料で構成され、例えばｐ型のＧａＰを含む。
【００４８】
第１および第２の半導体層２１、２２の間には、活性層２３以外の他の層が設けられてもよい。例えば、活性層２３と第２のクラッド層２２１との間に、例えばアンドープのＡｌＧａＩｎＰを含む保護層が設けられてもよい。上記保護層により、第２のクラッド層２２１等のドーパントの活性層２３側への拡散を防止することができる。また、発光層２０の各層で示した材料は例示であり、発光素子１の構成や所望の発光特性等に鑑みて適宜選択することができる。
【００４９】
第１の電極７１０は、発光層２０の第１の面２０１の接続領域２０１１に形成され、第２のコンタクト層２２２に電気的に接続される。第１の電極７１０の形状は特に限定されず、例えばＸ軸方向に沿った短軸の長さが約１〜１０μｍ、Ｙ軸方向に沿った長軸の長さが約１〜１０μｍの楕円形状や、円形状、矩形状等で構成される。第１の電極７１０の厚みは、例えば０．２〜０．６μｍとすることができる。第１の電極７１０は、例えばＴｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐｄ等の金属材料またはこれらを含む合金や積層体、あるいはＩＴＯなどの透明導電性材料等で構成される。
【００５０】
第２の電極７２０は、発光層２０の第２の面２０２の接続領域２０２１に形成され、第１のコンタクト層２１１に電気的に接続される。第２の電極７２０の形状は特に限定されず、例えば円形状に構成されるが、楕円形状、あるいは矩形状等でもよい。第２の電極７２０の厚みは、例えば０．２〜０．６μｍとすることができる。第２の電極７２０は、例えばＴｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐｄ等の金属材料またはこれらを含む合金や積層体、あるいはＩＴＯなどの透明導電性材料等で構成される。
【００５１】
（無機膜）
無機膜４０は、発光層２０の第１の面２０１の光取り出し領域２０１２を被覆するように構成される。すなわち無機膜４０は、第１の電極７１０（接続領域２０１１）上に形成され、第１の電極７１０を臨む接続孔４２０を有する。無機膜４０の厚みは特に限定されず、例えば０．２μｍ以上０．６μｍ以下、より好ましくは０．３μｍ以上０．５μｍ以下である。
【００５２】
無機膜４０は、第１の凹凸構造２１０に対応する形状を有する凹凸部４１０と、凹凸部４１０の周縁に形成された第１の端部４１とを有する。第１の端部４１は、発光層２０の第１の面２０１と平行な平坦面であり、第１の面２０１の周縁部から外方に突出する。「第１の面２０１と平行な平坦面」とは、第１の面２０１の基準面２０１ｓと平行な面をいう。
【００５３】
無機膜４０は、透光性を有し、例えば屈折率が１．９以上２．３以下のシリコン窒化物（以下、ＳｉＮと表記する）や、ＳｉＯ２等のシリコン酸化物、ＳｉＮとＳｉＯ２との積層体等で構成される。あるいは、ＴｉＮ、ＴｉＯ２等の絶縁材料で構成されていてもよい。これにより、発光層２０の第１の面２０１の絶縁性を確保し、かつ無機膜４０を第１の面２０１の保護膜として機能させることができる。
【００５４】
（第１の光学機能膜）
第１の光学機能膜５０は、全体として、発光層２０の第２の面２０２および周面２０３を被覆するように構成される。第１の光学機能膜５０は、発光層２０から発せられた光を第１の面２０１側に反射させ、出射効率の向上に寄与する。
【００５５】
具体的には、第１の光学機能膜５０は、第２の面２０２上においては反射領域２０２２を被覆するように構成されており、周面２０３においては全体を被覆するように構成される。第１の光学機能膜５０の第２の面２０２上における厚みは特に限定されず、例えば０．１μｍ以上であり、周面２０３に沿った領域の厚みも特に限定されず、例えば０．１μｍ以上である。
【００５６】
さらに第１の光学機能膜５０は、発光層２０の外方に突出する第２の端部５１０を有する。本実施形態において、第２の端部５１０は、発光層２０の第１の面２０１の周縁部からそれと平行な方向へ突出する。すなわち、第２の端部５１０は、無機膜４０の第１の端部４１の下地層を形成する、第１の光学機能膜５０のフランジ部として構成される。第２の端部５１０の厚みは特に限定されず、例えば０．２μｍ以上０．５μｍ以下である。
【００５７】
第１の光学機能膜５０は、発光層２０が発する光を反射することが可能な反射層５３と、発光層２０と反射層５３との間に形成される第１の絶縁層５１と、反射層５３上に形成される第２の絶縁層５２とを有する。すなわち第１の光学機能膜５０は、発光層２０上に、第１の絶縁膜層５１、反射層５３および第２の絶縁層５２がこの順で積層された構造を有する。
【００５８】
第１の絶縁層５１は、第２の面２０２の反射領域２０２２から周面２０３までを被覆し、第２の端部５１０の主要部を構成する。一方、第２の絶縁層５２は、Ｚ軸方向から見て第１の絶縁層５１と重複する領域に形成される。第１および第２の絶縁層５１，５２の構成材料は特に限定されず、例えば、ＳｉＯ２等のシリコン酸化物、ＳｉＮ、ＴｉＮ、ＴｉＯ２、その他の絶縁性の無機材料、あるいはこれらの積層膜で構成される。
【００５９】
反射層５３は、後述する接続孔５４０よりも大きな開口部５３４を含み、第１および第２の絶縁層５１，５２に挟まれて形成される。反射層５３は、発光層２０から発せられた光を第１の面２０１へ向けて反射する機能を有する。反射層５３は、発光層２０から発せられる光の反射効率が高い材料で構成され、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ等の金属材料、あるいはこれらの合金や積層体等で構成される。
【００６０】
反射層５３は、第１および第２の絶縁層５１、５２に挟まれて形成される。これにより、反射層５３は、発光層２０および半導体発光素子１の外部との絶縁性が確保される。すなわち、反射層５３は、電気的に浮遊した状態とされる。
【００６１】
反射層５３は、発光層２０の第２の面２０２および周面２０３を被覆する第１の領域５３１と、第１の領域５３１から発光層２０の周縁部の外方に突出する第２の領域５３２とを含む。第２の領域５３２は、第２の端部５１０内に形成された領域として構成され、第１の面２０１（第１の面２０１の基準面２０１ｓ）と平行な方向へ突出するように形成される。反射層５３が第２の領域５３２を有することで、第１の端部４１へ入り込んだ光をＺ軸上方へ反射し、出射させることが可能となる。これにより、正面方向における出射光の強度を高めることが可能となる。第１および第２の端部４１、５１０は、Ｚ軸方向と平行な端面をそれぞれ有し、これらの端面が同一平面内に形成される。
【００６２】
（外部接続端子）
第２の絶縁層５２の表面（図１において下面）には外部接続端子７３０が形成されている。外部接続端子７３０は、第１および第２の絶縁層５１，５２を貫通する接続孔５４０の内壁面を介して第２の電極７２０と電気的に接続される。接続孔５４０の内周面は、第１および第２の絶縁層５１，５２で構成され、反射層５３は露出しない。これにより、反射層５３と第２の電極７２０および外部接続端子７３０との電気的絶縁性が確保される。
【００６３】
外部接続端子７３０は、Ｚ軸方向から見て、例えば矩形状に形成される。外部接続端子７３０の厚みは特に限定されず、例えば０．１μｍ以上０．５μｍ以下である。外部接続端子７３０は、Ａｌ、Ａｕ、Ｔｉ等の金属材料またはこれらを含む合金や積層体で形成される。
【００６４】
（封止樹脂層）
封止樹脂層９０は、発光層２０の第１の面２０１を被覆する透光性の樹脂材料で構成される。半導体発光素子１は、駆動回路を有する図示しない基板上に搭載され、封止樹脂層９０は、半導体発光素子１とともに当該基板の表面あるいは基板の周囲を封止するように形成される。これにより、半導体発光素子１および上記駆動回路の外気への露出を防止して、これらの信頼性を確保することができる。
【００６５】
封止樹脂層９０は、典型的には、適宜の屈折率を有する透光性の樹脂材料、例えば、アクリル系の樹脂材料で構成される。空気と接する封止樹脂層９０の表面９１０は、発光装置１００の光出射面を形成し、典型的には、ＸＹ平面に平行な平面である。これにより、表面９１０における外光反射の散乱を抑えることができるので、半導体発光素子１がディスプレイ用光源として利用される場合等において画像のコントラストの低下を抑えることができる。
【００６６】
以上のような構成の半導体発光素子１は、発光層２０の第２の面２０２および周面２０３を被覆する反射層５３を含む第１の光学機能膜５０を有する。これにより、活性層２３から第２の面２０２や周面２０３に向かって発せられた光は、反射層５３の第１の領域５３１で反射されて、光取り出し領域２０１２を介して正面方向に出射する。無機膜４０の第１の端部４１に入り込んだ光も、反射層５３の第２の領域５３２で反射される。したがって、正面方向の出射効率を高めることが可能となる。
【００６７】
さらに、以下に説明するように、上記第１および第２の凹凸構造２１０，２２０によっても、正面方向の出射効率を高めることができる。具体的には、第１の凹凸構造２１０によって所望とする光の出射強度を得ることができ、第２の凹凸構造２２０によって所望とする配光性を得ることができる。
【００６８】
（第１の凹凸構造の作用）
図２は、本実施形態の一実施例として、半導体発光素子１がアクリル系の封止樹脂層９０（屈折率１．４９８）で封止された形態における、出射光の出射強度を示すグラフである。本実施形態において、第１の凹凸構造２１０は稜線をもつ１次元的なプリズム形状で構成され、図２の横軸はプリズムの頂角α、縦軸は正面方向の出射強度（第１の凹凸構造を有しない比較例における強度を１とした際の規格化強度）を示す。
【００６９】
図２に示すように、発光層２０の第１の面２０１に第１の凹凸構造２１０を設けることで、比較例よりも正面方向の出射強度を高めることができる。特に、プリズムの頂角αが５０°以上９０°以下の場合に、比較例の１．２倍以上の出射強度が得られる。プリズムの頂角αは、より好ましくは、６０°以上８０°以下である。
【００７０】
プリズムの頂角αは、用途や仕様等に応じて正面方向の出射効率を高められるように適宜設計されることが望ましい。以下、プリズム形状の頂角αの作用について以下に説明する。
【００７１】
図３Ａ〜Ｃは、本実施形態の実施において、稜線をもつ１次元的なプリズム形状で構成された第１の凹凸構造２１０が有する出射光の方向制御作用を説明するための模式的な図である。図中、矢印は、光線の軌跡を示しており、入射角度θinは、第１の面２０１の基準面２０１ｓの法線方向と入射光の光線方向がなす角度を表し、出射角度θoutは、基準面２０１ｓの法線方向と出射光の光線方向がなす角度を表す。
【００７２】
図３Ｂに示すように、第１の凹凸構造２１０に入射角度θinで進入した入射光は、第１の凹凸構造２１０から出射角度θoutに変換されて出射される。この屈折による角度変換は、プリズムの頂角α、第２の半導体層２２の屈折率Ｎinおよび封止樹脂層９０の屈折率Ｎoutから、以下の（１）式で表される。
【００７３】
【数１】
2019096660.tif 000003
【００７４】
図４は、本実施形態の実施において、稜線をもつ１次元的なプリズム形状で構成された第１の凹凸構造２１０が有する出射光の方向制御作用を示すグラフであり、横軸は入射角度θin、出射角度θoutを示す。さらに図４は、プリズムの頂角αを４０°から１２０°まで１０°刻みで変えたときの結果を並べて示す。
【００７５】
例えば、プリズムの頂角αが８０°となるように選んだ場合、入射角度θinが約３０°となるとき、出射角度θoutが約０°、すなわち正面方向に立ち上げられて出射されることが分かる。また入射角度θinが２２°以下または７７°以上のとき、図３Ａ、３Ｃにそれぞれ示すように、入射光は全反射により第２の半導体層２２に戻されて再利用される。
【００７６】
図５は、発光層２０の第１の面２０１の法線方向（Ｚ軸方向と平行な方向）と直交する複数の方向から、活性層２３から発せられた光が第１の凹凸構造２１０に入射する角度強度分布（ＮＦＰ；Near Field Pattern）を示すグラフであり、横軸は入射角度θin（第１の面２０１の基準面２０１ｓの法線方向と入射光の光線方向がなす角度）、縦軸は入射光の強度（θin＝０°の強度を１とした際の規格化強度）を示す。このとき、活性層２３から発せられた光は、活性層２３から直接第１の面２０１に向かう光路だけでなく、反射層５３で反射されて第１の面２０１に向かう光路もあるが、ＮＦＰはそのいずれもカウントした結果である。ただし、一度第１の凹凸構造２１０で全反射され、再利用される光路は考慮していない。
【００７７】
図６は、図５のグラフにおける入射角度θinと、入射光を見た方向に係る角度φinとを説明するための模式的な図である。図６に示すように、入射角度θinは、入射面の法線方向からの角度であり、本実施形態においては第１の面２０１と直交するＺ軸方向からの角度を示す。また、入射光を見た方向は、入射面である第１の面２０１と平行なある方向（例えばＹ軸方向）を基準方向（０°）とした際に、第１の面２０１と平行はＸＹ平面内における基準方向からの角度φinで規定される。すなわち図５のグラフでは、φin＝０°、９０°の角度から出射光を見た結果を示す。
【００７８】
図７は、活性層２３から発せられた光のうち、活性層２３内部を全反射しつつ導波する光線が第１の光学機能膜５０で反射される光路を説明するための模式的な図である。
【００７９】
図５を参照すると、いずれのＮＦＰも、入射角度θin＝±３０°付近の角度強度が高くなっている。これは、活性層２３の屈折率が第１および第２の半導体層２１，２２よりも高いため、図７に示されるように活性層２３から発せられた光のうち、活性層２３内部を全反射しつつ導波する光線が比較的多く、反射層５３を含む第１の光学機能膜５０で反射される際に、入射角度θin＝±３０°付近の角度強度が高くなるためである。角度強度が高くなる入射角度θinは、反射層５３の傾斜角度、すなわち発光層２０の周面２０３のテーパ角によって異なる。
【００８０】
したがって、図５に示されるように、ＮＦＰにおいて入射角度θin＝±３０°付近の角度強度が高いとき、図４に示されるように（１）式に基づき、入射角度θin＝±３０°に対して出射角度θｏｕｔ＝０°が得られるように、プリズムの頂角αを８０°に選べばよい。このように、反射層５３の傾斜角度に応じて第１の凹凸構造２１０がもつ出射光の方向制御作用を調整することで、正面方向の出射効率を高めることが可能となる。
【００８１】
（第２の凹凸構造の作用）
一方、発光層２０の第２の面２０２に形成された第２の凹凸構造２２０により、半導体発光素子１の出射光の配向性を調整することが可能となる。以下、第２の凹凸構造２２０の出射光の配向性に関する作用について説明する。
【００８２】
図８は、本実施形態の一実施例における、第２の面２０２をＺ軸方向から見た概略平面図である。第２の面２０２では、第２の電極７２０が形成された接続領域２０２１を取り囲むように反射領域２０２２が配置される。反射領域２０２２には、複数の半球状の第２の凹凸構造２２０が六方格子状に配列される。また、反射領域２０２２は、第１の光学機能膜５０によって被覆される。
【００８３】
図９および図１０は、第１の面２０１の法線方向（Ｚ軸方向と平行な方向）と直交する複数の方向から出射光を見た際の放射強度分布（ＦＦＰ；Far Field Pattern）を示すグラフであり、横軸は放射角度θ、縦軸は放射光の強度（θ＝０°の強度を１とした際の規格化強度）を示す。図９は、第２の面２０２が第２の凹凸構造２２０を有する本実施形態における結果を示し、図１０は第２の凹凸構造を有しない比較例における結果を示す。
【００８４】
ここで図９、１０のグラフにおける放射角度θと、出射光をみた方向に係る角度φとを、再び図６を参照して説明する。図６に示すように、放射角度θは、出射面の法線方向からの角度であり、本実施形態においては第１の面２０１と直交するＺ軸方向からの角度を示す。また、出射光を見た方向は、出射面である第１の面２０１と平行なある方向（例えばＹ軸方向）を基準方向（０°）とした際に、第１の面２０１と平行はＸＹ平面内における基準方向からの角度φで規定される。すなわち図９、１０のグラフでは、φ＝０°、９０°の角度から出射光を見た結果を示す。
【００８５】
図９を参照すると、いずれのＦＦＰも、角度φによらずほぼ一定の形状を示している。一方、図１０を参照すると、図９の結果とは異なり、それぞれの角度φのＦＦＰに差分が見られる。
【００８６】
ここで、一般に、出射光のＦＦＰは、ランバーシアンが好ましいとされる。ランバーシアンとは、出射光のＦＦＰの状態を示し、ある出射面における出射光のＦＦＰが、放射角度θについての余弦（ｃｏｓθ）で割った場合、出射光を見る角度φによらず一定の値をとるような配光分布をいう。例えば出射光のＦＦＰがランバーシアンとなる場合には、正面方向（θ＝０°）で最大の放射強度となり、放射角θの絶対値が大きくなるにつれて、当該放射強度が小さくなる傾向を示す。出射光のＦＦＰをランバーシアンとすることで、出射光の視野角依存性を低減し、いずれの方向から見ても均一な出射光とすることが可能となる。図９、１０には、それぞれ参考のため、ｃｏｓθで割った際に一定の値となるＦＦＰ（以下、基準ＦＦＰとする）を示している。
【００８７】
すなわち、図１０に示すＦＦＰは、出射光を見る角度θによってうねりが強く、ランバーシアン性が良好とはいえないのに対して、図９に示すＦＦＰは、いずれも基準ＦＦＰと同様の形状を示しており、ランバーシアン性が良好であるといえる。これは、発光層２０が四角錐台状に構成されていることに起因して、図１０のグラフは構造由来のピークを示すためである。これに対し、第２の面２０２が第２の凹凸構造２２０を有することで、半球状の面で光が反射する際にランダム性が付与されるため、図９のグラフは出射光の配向性が等方的となっている。したがって、第２の凹凸構造２２０を有することにより、発光強度の視野角依存性を低減し、ＦＦＰを理想的なランバーシアンとすることができ、出射光の配光性を高めることが確認された。
【００８８】
なお、本実施形態においては、第２の凹凸構造２２０を半球状としたが、形状はこれに限定されず、楕円半球、円錐、円錐台、角錐、または角錐台の形状としてもよい。また、第２の凹凸構造２２０の配列を、六方格子状の配列としたが、配列の向きや種類はこれに限定されない。ただし、反射領域２０２２になるべく平坦な領域を残さないように、配置密度を高めることが望ましい。さらに、第２の凹凸構造２２０を配列する領域を接続領域２０２１の左右に２つの島状に並べたが、反射領域２０２２の全域に、第２の凹凸構造２２０を連続して配置してもよい。
【００８９】
図１１は、本実施形態の半導体発光素子１を備えたディスプレイ装置８０の概略平面図である。具体的には、赤色光を発する半導体発光素子（第１の半導体発光素子）１は、他の青色光を発する半導体発光素子（第２の半導体発光素子）２および緑色光を発する半導体発光素子（第３の半導体発光素子）３とともに半導体発光素子ユニット８１を構成し、半導体発光素子ユニット８１が複数配列した半導体発光素子モジュールとして、ディスプレイ装置８０の駆動回路が形成された基板８１０上に搭載される。
【００９０】
基板８１０上の各半導体発光素子１，２，３は、典型的には封止樹脂層９０で封止される。封止樹脂層９０は、各素子について個別に形成されてもよいし、全素子を包含するように一括して形成されてもよい。
【００９１】
＜第２の実施形態＞
図１２は、本技術の第２の実施形態に係る半導体発光素子１Ａを含む発光装置２００の概略断面図である。図において、第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００９２】
本実施形態に係る半導体発光素子１Ａは、発光層２０Ａの光取り出し領域２０１２ＡがＺ軸方向と直交する平面であり、後述する第２の光学機能膜５５Ａが、発光層２０Ａの第１の面２０１Ａの光取り出し領域２０１２Ａを被覆するように構成される点で、第１の実施形態と異なる。
【００９３】
発光層２０Ａは、第１の実施形態と同様に、第１の電極７１０Ａを含む第１の面２０１Ａと、第２の電極７２０Ａを含み第１の面２０１Ａの反対側の第２の面２０２Ａと、第１の面２０１Ａと第２の面２０２Ａとを連接する周面２０３Ａとを有し、半導体からなる。発光層２０Ａは、赤色光を発し、例えばＧａＡｓ系およびＡｌＧａＩｎＰ系の半導体化合物を含んでいるが、これに限定されない。
【００９４】
また発光層２０Ａは、第１の実施形態と同様に、第１の導電型を有する第１の半導体層２１Ａと、第１の半導体層２１Ａ上に形成された活性層２３Ａと、活性層２３Ａの上に形成された第２の導電型を有する第２の半導体層２２Ａとを有する。本実施形態において、第１の導電型はｐ型であり、第２の導電型はｎ型とすることができるが、これに限定されない。
【００９５】
発光層２０Ａの形状は、第１の実施形態と同様に、第１の面２０１Ａが第２の面２０２Ａよりも大きく形成された四角錐台状であり、周面２０３Ａはテーパ面で構成される。
【００９６】
本実施形態の半導体発光素子１Ａの第１の面２０１Ａは、第１の実施形態と同様に、透光性の封止樹脂層９０Ａで被覆されている。本実施形態において、半導体発光素子１Ａは、発光層２０Ａの第１の面２０１Ａと第２の光学機能膜５５Ａとの間に無機膜が形成されてもよいし、図１２に示すように当該無機膜を有しない構成としてもよい。
【００９７】
第２の光学機能膜５５Ａは、発光層２０Ａの第１の面２０１Ａを被覆し、第１の面２０１Ａからの光の出射角を制限する機能を有する。本実施形態において第２の光学機能膜５５Ａは、誘電体多層膜で構成される。
【００９８】
第２の光学機能膜５５Ａは、発光層２０Ａの第１の面２０１Ａ上において、光取り出し領域２０１２Ａに倣って形成された平坦部５５０Ａと、平坦部５５０Ａの周縁に形成された第３の端部５５１Ａとを有する。第３の端部５５１Ａは、第１の面２０１Ａと平行に形成された平坦面を構成し、第１の面２０１の外方に突出する。ここで「第１の面２０１Ａと平行に形成される」とは、第１の面２０１Ａの基準面２０１Ａｓと平行に形成されることを示すものとする。
【００９９】
図１３は、本実施形態の一実施例として、半導体発光素子１Ａが封止樹脂層９０Ａで封止された形態における、第２の光学機能膜５５Ａに求められる光学作用を説明するための模式的な図である。
【０１００】
例えば、封止樹脂層９０Ａがアクリル系の封止樹脂層９０Ａ（屈折率１．４９８）である場合、全反射による光の閉じ込めが支配的となる界面は、封止樹脂層９０Ａと空気との界面９１０Ａである。すなわち、第２の光学機能膜５５Ａに対する入射角度θin（第１の面２０１Ａの基準面２０１Ａｓの法線方向と入射光の光線方向がなす角度）のうち、界面９１０Ａにおける全反射の臨界角θcの影響により、封止樹脂層９０Ａから出射される入射角度θinは上限角度θthまでに制限される。ここで、封止樹脂層９０Ａから出射される上限角度θthは、無機膜第２の半導体層２２Ａの屈折率Ｎinおよび封止樹脂層９０の屈折率Ｎoutから、以下の（２）式で表される。
【０１０１】
【数２】
2019096660.tif 000004
【０１０２】
本実施形態において、上記上限角度θthは１８°であり、図１３に示されるように、入射角度θinがθthより小さいとき、光は封止樹脂層９０Ａから出射されるが、入射角度θinがθthより大きくなると、界面９１０Ａにおける全反射により、光の閉じ込めが発生する。
【０１０３】
したがって、第２の学機能膜５５Ａが、上記上限角度θthより小さな入射角度θinをもつ光を効率良く取り出し、上限角度θthより大きな入射角度θinをもつ光は反射するような、出射光の角度制限作用を有していればよい。このとき、第２の光学機能膜５５Ａで反射された光は、半導体発光素子１Ａ内に戻り再利用される。すなわち、第２の光学機能膜５５Ａが、出射光の角度制限作用を有することで、界面９１０Ａでの全反射による光の閉じ込めを抑制し、出射光の出射効率を高めることが可能となる。
【０１０４】
図１４は、本実施形態における第２の光学機能膜５５Ａの透過率の入射角度依存性を説明する模式図である。図１４において、第２の光学機能膜５５Ａの透過率分布は１８°付近にカットオフ角度θcoを有し、入射角度θinがθco以下の範囲では高い透過率を示し、反対にθcoより大きな範囲では低い透過率、すなわち高い反射率を示す。カットオフ角度θcoは実施形態に応じて、（２）式に基づいて適宜調整されることが望ましい。
【０１０５】
本実施形態において、第２の光学機能膜５５Ａを誘電体多層膜により構成することで、出射光の角度制限作用を実現することが可能となる。誘電体多層膜は、高屈折率材料と低屈折率材料を交互に積層して形成され、各層の膜厚を適切に設計することで、所望の光学特性（角度依存性、反射率）を実現できる。例えば、高屈折率材料は、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２等の誘電体材料であり、低屈折率材料は、ＳｉＯ２等の誘電体材料である。
【０１０６】
図１５は、半導体発光素子１Ａがアクリル系の封止樹脂層９０Ａ（屈折率１．４９８）で封止された形態における、出射光の出射強度を示すグラフである。図１５の横軸は第２の光学機能膜５５Ａの透過率の入射角度依存性がもつカットオフ角度θco、縦軸は正面方向の出射強度（第２の光学機能膜を有しない比較例における強度を１とした際の規格化強度）を示す。
【０１０７】
図１５を参照すると、第２の光学機能膜５５Ａの透過率の入射角度依存性がもつカットオフ角度θcoが、上記上限角度θthと等しい１８°付近にあるとき、正面方向の出射効率が高くなっている。ここで、カットオフ角度θcoがθthより小さいとき、第２の光学機能膜５５Ａで反射して半導体発光素子１Ａに閉じ込められる光が多くなくため効率が低下する。また、カットオフ角度θcoがθthより大きいとき、界面９１０Ａで全反射して封止樹脂層９０Ａに光の閉じ込められる光が多くなるため効率が低下する。このように、第２の光学機能膜５５Ａがもつ出射光の角度制限作用を調整することで、正面方向の出射効率を高めることが可能となる。
【０１０８】
さらに、発光層２０Ａの第２の面２０２Ａに形成された第２の凹凸構造２２０Ａにより、半導体発光素子１Ａの出射光の配向性を調整することが可能となる。第２の凹凸構造２２０Ａは、第１の実施形態と同様に、少なくとも１つの半球、楕円半球、円錐、円錐台、角錐、角錐台またはこれら２種以上の組み合わせからなる凹部が第２の面２０２Ａ内に２次元的に配置された構造を有する。以下、第２の凹凸構造２２０Ａの出射光の配向性に関する作用について説明する。
【０１０９】
図１２に示すように、発光層２０Ａの第２の面２０２Ａでは、第２の電極７２０Ａが形成された接続領域２０２１Ａを取り囲むように反射領域２０２２Ａが配置される。本実施形態において、反射領域２０２２Ａには、第１の実施形態と同様に、半球状の第２の凹凸構造２２０Ａが六方格子状に配列される。また、反射領域２０２２Ａは、第１の実施形態と同様に、第１の絶縁層５１と第２の絶縁層５２と反射層との積層構造で構成された第１の光学機能膜５０Ａによって被覆される。
【０１１０】
図１６および図１７は、第１の面２０１Ａの法線方向（Ｚ軸方向と平行な方向）と直交する複数の方向から出射光を見た際のＦＦＰを示すグラフであり、横軸は放射角度θ、縦軸は放射光の強度（θ＝０°の強度を１とした際の規格化強度）を示す。図１６は、第２の凹凸構造２２０Ａを有する本実施形態における結果を示し、図１７は第２の凹凸構造を有しない比較例における結果を示す。
【０１１１】
図１６および図１７を参照すると、いずれのＦＦＰも、角度φによらずほぼ一定の形状を示している。これは、第２の光学機能膜５５Ａが有する光学特性がＺ軸を中心に等方的となっているためである。
【０１１２】
図１６を参照すると、いずれのＦＦＰも、極めて良好なランバーシアン性を示していることが分かる。一方、図１７を参照すると、出射光を見る角度θによって若干のうねりがあり、図１６に示すＦＦＰよりもランバーシアン性が劣る。これは、発光層２０Ａが四角錐台状に構成されていることに起因して、図１７のグラフは構造由来のピークを示すためである。これに対し、第２の面２０２Ａが第２の凹凸構造２２０Ａを有することで、半球状の面で光が反射する際にランダム性が付与されるため、図１６のグラフは出射光の配向性が等方的となっている。したがって、第２の凹凸構造２２０Ａを有することにより、発光強度の視野角依存性を低減し、ＦＦＰを理想的なランバーシアンとすることができ、出射光の配光性を高めることが確認された。
【０１１３】
なお、本実施形態の実施例においては、第２の凹凸構造２２０Ａを半球状としたが、形状はこれに限定されず、楕円半球、円錐、円錐台、角錐、または角錐台の形状としてもよい。また、第２の凹凸構造２２０Ａの配列を、六方格子状の配列としたが、配列の向きや種類はこれに限定されない。ただし、反射領域２０２２Ａになるべく平坦な領域を残さないように、配置密度を高めることが望ましい。さらに、第２の凹凸構造２２０Ａを配列する領域を接続領域２０２１Ａの左右に２つの島状に並べたが、反射領域２０２２Ａの全域に、第２の凹凸構造２２０Ａを連続して配置してもよい。
【０１１４】
本実施形態においても上述の第１の実施形態と同様に、半導体発光素子１Ａにおける正面方向の出射効率および出射光の配光性を高めることが可能となる。半導体発光素子１Ａを、青色光を発する第２の半導体発光素子および緑色光を発する第３の発光素子とともに、駆動回路が形成された基板上に搭載することで、図１１に示したようなディプレイ装置が構成されてもよい。
【０１１５】
＜第３の実施形態＞
図１８は、本技術の第３の実施形態に係る半導体発光素子１Ｂを含む発光装置３００の概略断面図である。図において、第２の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１１６】
本実施形態に係る半導体発光素子１Ｂは、第２の光学機能膜５５Ｂが、回折光学素子で構成される点で第２の実施形態と異なる。
【０１１７】
半導体発光素子１Ｂが封止樹脂層９０Ｂで封止される本実施形態において、封止樹脂層９０Ｂと空気との界面９１０Ｂでの全反射による光の閉じ込めを抑制し、出射光の出射効率を高めるためには、第２の学機能膜５５Ｂが、出射光の角度制限作用を有していればよい。具体的には、第２の光学機能膜５５Ｂの透過率の角度依存性がもつカットオフ角度θcoが、（２）式に基づいて適宜調整されていればよい。
【０１１８】
本実施形態において、第２の光学機能膜５５Ｂを回折光学素子により構成することで、出射光の角度制限作用を実現することが可能となる。例えば、回折光学素子は、透過型の体積ホログラムや平面ホログラム、あるいはレリーフ型の回折格子等で構成される。
【０１１９】
本実施形態において、第２の実施形態と同様に、半導体発光素子１Ｂにおける正面方向の出射効率および出射光の配光性を高めることが可能となる。
【０１２０】
以上、本技術の実施形態について説明したが、本技術は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【０１２１】
例えば以上の実施形態においては、反射層の第２の領域が、発光層の周面または第１の面と平行な方向へ突出すると説明したが、発光層の外方に突出していれば突出する方向は特に限定されない。
【０１２２】
以上の実施形態においては、第１の光学機能膜が第１の絶縁層と、反射層と、第２の絶縁層との積層構造であると説明したが、第１の光学機能膜が反射層を有していればこの構成に限定されない。
【０１２３】
第１の実施形態において、発光層の第１の面に無機膜が形成されると説明したが、これに限定されず、半導体発光素子が無機膜を有しない構成としてもよい。これに対して、第２、第３の実施形態に係る半導体発光素子については、上記第１の面に無機膜が形成される構成としてもよい。
【０１２４】
第１の実施形態において、無機膜が第１の面に倣った凹凸構造を有すると説明したが、これに限定されない。例えば、第１の面に凹凸構造が形成されている場合であっても無機膜は凹凸構造を有しない構成としてもよい。
【０１２５】
以上の実施形態においては、発光層が赤色の光を発すると説明したが、これに限定されず、例えば青色または緑色の光を発する発光層としてもよい。例えば青色の光を発する発光層の場合には、半導体材料として、例えばＧａＮ系の材料等を採用することができる。
【０１２６】
さらに、以上の実施形態においては、電子機器をディスプレイ装置であると説明したが、これに限定されず、例えば車用テールランプ等の照明装置や、ＬＥＤを搭載した検査装置、光ディスクの書き込みや読み取り等が可能なピックアップ装置等としてもよい。
【０１２７】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）  第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と接続され第１の凹凸構造を有する第１の面と、前記第２の電極と接続され第２の凹凸構造を有し前記第１の面とは反対側の第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とを連接する周面とを有し、半導体からなる発光層と、
前記第２の面および前記周面を被覆し前記発光層が発する光を反射することが可能な反射層を有する光学機能膜と
を具備する半導体発光素子。
（２）上記（１）に記載の半導体発光素子であって、
前記周面は、テーパ面で構成される
半導体発光素子。
（３）上記（１）又は（２）に記載の半導体発光素子であって、
前記光学機能膜は、
前記発光層と前記反射層との間に形成される第１の絶縁層と、
前記反射層上に形成される第２の絶縁層と、をさらに有する
半導体発光素子。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の半導体発光素子であって、
前記第２の凹凸構造は、少なくとも１つの半球、楕円半球、円錐、円錐台、角錐、角錐台またはこれら２種以上の組み合わせを含む
半導体発光素子。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の半導体発光素子であって、
前記第１の凹凸構造は、稜線を有するプリズムを含む
半導体発光素子。
（６）上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の半導体発光素子であって、
前記第１の凹凸構造は、少なくとも１つの半球、楕円半球、円錐、円錐台、角錐、角錐台またはこれら２種以上の組み合わせを含む
半導体発光素子。
（７）上記（１）〜（６）のいずれか１つに記載の半導体発光素子であって、
前記第１の面を被覆する透光性の封止樹脂層をさらに具備する
半導体発光素子。
（８）  第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と接続される第１の面と、前記第２の電極と接続され凹凸構造を有し前記第１の面とは反対側の第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とを連接する周面とを有し、半導体からなる発光層と、
前記第２の面および前記周面を被覆し前記発光層が発する光を反射することが可能な反射層を有する第１の光学機能膜と、
前記第１の面を被覆し、前記第１の面からの光の出射角を制限する第２の光学機能膜と
を具備する半導体発光素子。
（９）上記（８）に記載の半導体発光素子であって、
前記周面は、テーパ面で構成される
半導体発光素子。
（１０）上記（８）又は（９）に記載の半導体発光素子であって、
前記第１の光学機能膜は、
前記発光層と前記反射層との間に形成される第１の絶縁層と、
前記反射層上に形成される第２の絶縁層と、をさらに有する
半導体発光素子。
（１１）上記（８）〜（１０）のいずれか１つに記載の半導体発光素子であって、
前記凹凸構造は、少なくとも１つの半球、楕円半球、円錐、円錐台、角錐、角錐台またはこれら２種以上の組み合わせを含む
半導体発光素子。
（１２）上記（８）〜（１１）のいずれか１つに記載の半導体発光素子であって、
前記第２の光学機能膜は、誘電体多層膜である
半導体発光素子。
（１３）上記（８）〜（１１）のいずれか１つに記載の半導体発光素子であって、
前記第２の光学機能膜は、回折光学素子である
半導体発光素子。
（１４）上記（８）〜（１３）のいずれか１つに記載の半導体発光素子であって、
前記第１の面を被覆する透光性の封止樹脂層をさらに具備する
半導体発光素子。
（１５）  駆動回路が形成された基板と、
前記駆動回路に接続される第１の電極と、
前記駆動回路に接続される第２の電極と、
前記第１の電極と接続され第１の凹凸構造を有する第１の面と、前記第２の電極と接続され第２の凹凸構造を有し前記第１の面とは反対側の第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とを連接する周面とを有し、半導体からなる発光層と、
前記第２の面および前記周面を被覆し前記発光層が発する光を反射することが可能な反射層を有する光学機能膜と
を有し、前記第２の面が前記光学機能膜を介して前記基板上に配置された少なくとも１つの第１の半導体発光素子と
を具備する電子機器。
（１６）上記（１５）に記載の電子機器であって、
前記第１の半導体発光素子は、赤色光を発する複数の第１の半導体発光素子であり、
前記電子機器は、
前記基板上に配置され、青色光を発する複数の第２の半導体発光素子と、
前記基板上に配置され、緑色光を発する複数の第３の半導体発光素子と
をさらに具備する電子機器。
（１７）  駆動回路が形成された基板と、
前記駆動回路に接続される第１の電極と、
前記駆動回路に接続される第２の電極と、
前記第１の電極と接続される第１の面と、前記第２の電極と接続され凹凸構造を有し前記第１の面とは反対側の第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とを連接する周面とを有し、半導体からなる発光層と、
前記第２の面および前記周面を被覆し前記発光層が発する光を反射することが可能な反射層を有する第１の光学機能膜と、
前記第１の面を被覆し、前記第１の面からの光の出射角を制限する第２の光学機能膜と
を有し、前記第２の面が前記第１の光学機能膜を介して前記基板上に配置された少なくとも１つの第１の半導体発光素子と
を具備する電子機器。
（１８）上記（１７）に記載の電子機器であって、
前記第１の半導体発光素子は、赤色光を発する複数の第１の半導体発光素子であり、
前記電子機器は、
前記基板上に配置され、青色光を発する複数の第２の半導体発光素子と、
前記基板上に配置され、緑色光を発する複数の第３の半導体発光素子と
をさらに具備する電子機器。
【符号の説明】
【０１２８】
１，１Ａ，１Ｂ…半導体発光素子（第１の半導体発光素子）
２…半導体発光素子（第２の半導体発光素子）
３…半導体発光素子（第３の半導体発光素子）
２０，２０Ａ…発光層
４０…無機膜
５０，５０Ａ…第１の光学機能膜
５１…第１の絶縁層
５２…第２の絶縁層
５３…反射層
５５Ａ，５５Ｂ…第２の光学機能膜
８０…ディスプレイ装置
９０，９０Ａ，９０Ｂ…封止樹脂
１００，２００，３００…発光装置
２０１，２０１Ａ…第１の面
２０２，２０２Ａ…第２の面
２０３，２０３Ａ…周面
２１０…第１の凹凸構造
２２０，２２０Ａ…第２の凹凸構造
８１０…基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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