(57)【要約】【課題】発光効率をさらに向上することのできる半導体発光素子及び半導体発光装置を提供する。【解決手段】光を発生するＰＮ接合面１１が、被実装体５の被実装面５１に略垂直になるよう実装可能な半導体発光素子であって、ＰＮ接合面１１を形成するＰ型半導体層Ｐ及びＮ型半導体層Ｎを有すると共に、被実装面５１に実装する実装面１２１が、ＰＮ接合面１１の方向に対して略垂直に形成された発光体１と、この発光体１の表面のうち、ＰＮ接合面１１に略垂直な方向の両端面１３１，１３１内の、実装面１２１の近傍部分に形成され、Ｐ型半導体層Ｐ又はＮ型半導体層Ｎに電気的に接続する端子電極３，３‥とを備えて成り、ＰＮ接合面１１で発生する光が、発光体１の両端面１３１，１３１内から取り出し可能に形成されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生する界面が、被実装体の被実装面に略垂直になるよう実装可能な半導体発光素子であって、
上記界面を形成するＰ型半導体層及びＮ型半導体層を有すると共に、被実装面に実装する実装面が、上記界面の方向に対して略垂直に形成された発光体と、
この発光体の表面のうち、上記界面に略垂直な方向の両端面内の、上記実装面の近傍部分に形成され、上記Ｐ型半導体層又は上記Ｎ型半導体層に電気的に接続する端子電極とを備えて成り、
上記界面で発生する光が、上記発光体の上記両端面内から取り出し可能に形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
上記発光体の上記両端面内のうち、上記端子電極を非形成な部分に形成され、上記端子電極と電気的に接続すると共に、光を透過可能な透明電極をも備えて成ることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
上記発光体の表面のうち上記実装面と対向する面は、上記界面で発生する光を取り出し可能に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体発光素子が、被実装体の被実装面に実装されて成ることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項５】
上記被実装体は、上記被実装面の周囲に立設した周壁をも有して断面略凹形状に形成されると共に、上記周壁の内壁面は光反射性を有して成ることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
上記光反射性を有する内壁面は、上記被実装面に対して傾斜状に形成され、その内壁面の開口幅が、上記被実装面から開口端に向かって漸次拡大することを特徴とする請求項５に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子及びそれを実装した半導体発光装置に関し、特に、光を発生する界面が、被実装体の被実装面に略垂直となるよう実装される半導体発光素子及びそのように実装された半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体材料から製造するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子で、Ｐ型半導体層及びＮ型半導体層の界面が、被実装体の被実装面に平行になるように実装される、いわゆる縦型の半導体発光素子や、そのように半導体発光素子が実装された半導体発光装置がある。図６に示すように、界面としてのＰＮ接合面１１が、被実装体９１の被実装面９１１に平行になるように実装された半導体発光装置では、ＰＮ接合面１１からの光の射出方向は主に、被実装体９１の被実装面９１１に略垂直な方向、すなわち図６内の主に上下方向に射出される。従って、この半導体発光装置では、ＰＮ接合面１１からの光を少しでも多く取り出せるように、ＰＮ接合面１１を有する発光体１の上端面には、アノード電極３ａ及びカソード電極３ｂだけが形成され、光を取り出せる部分が少しでも多くなるようにしている。すなわち、この図６に示す半導体発光装置では、発光体１内からの光は、発光体１の表面のうち、アノード電極３ａ及びカソード電極３ｂ以外の部分から取り出されており、アノード電極３ａ及びカソード電極３ｂの部分では、発光体１からの光は吸収若しくは反射され、再び発光体１内に戻っている。なお、アノード電極３ａ及びカソード電極３ｂは、ワイヤ９２とはんだ４，４によるワイヤボンディングにより、被実装体９１の電極配線９１２にそれぞれ電気的に接続している。また、図６（ｂ）はこの半導体発光装置の平面図、図６（ａ）は図６（ｂ）中のＦ−Ｆ’部分の正断面図である。
【０００３】
また、図６に示す半導体発光装置よりもさらに多くの光を、発光体１の上端面から取り出すため、図７に示すように、アノード電極３ａは発光体１の上側に形成されるものの、カソード電極３ｂが発光体１の下側に形成されて、発光体１の上端面の露出部分がさらに増大し、光取り出し可能な部分がより多くなるように形成された半導体発光装置もある。なお、図７（ｂ）はこの半導体発光装置の平面図、図７（ａ）は図７（ｂ）中のＧ−Ｇ’部分の正断面図である。
【０００４】
また、図７に示す半導体発光装置よりもさらに多くの光を、発光体１の上端面から取り出すため、図８に示すように、カソード電極３ｂだけでなく、アノード電極３ａをも発光体１の下側に形成されフリップチップ実装されることにより、発光体１の上端面の全面から光取り出し可能に形成された半導体発光装置もある。このようにすることで、ＰＮ接合面１１から上方向へ射出した光量を損失少なく、発光体１の上端面から取り出すことが可能となっている。なお、図８（ｂ）はこの半導体発光装置の平面図、図８（ａ）は図８（ｂ）中のＨ−Ｈ’部分の正断面図である。
【０００５】
しかし、図８に示す半導体発光装置においては、アノード電極３ａとカソード電極３ｂをＰＮ接合面１１の同じ側に設けているため、ＰＮ接合面１１の発光面積が小さくなってしまうということがある。このため、ＰＮ接合面１１の発光量を増大させにくいという問題があった。また、このものでは、ＰＮ接合面１１が上下両方向に射出する光のうち、上方向に射出する光は発光体１の上端面から効率よく取り出せるものの、下方向に射出する光は、一旦発光体１を出て、被実装面９１１で反射された上で再度発光体１内に入射し、発光体１の上端面から取り出すことになるため、被実装面９１１による光の吸収や、発光体１への再入射時の反射による損失等により、発光体１の上端面から取り出す時点では、ＰＮ接合面１１が下方向に射出した時点で有していた光量のほとんどが失われてしまうことがあり、発光効率が非常に低かった。
【０００６】
そこで、ＰＮ接合面１１が、上下両方向に向かって射出する光を、発光体１から有効に取り出しつつも、ＰＮ接合面の発光面積を大きくできるよう、図９に示すように、ＰＮ接合面１１を被実装面９１１に対し略垂直になるよう実装させた、いわゆる横型の半導体発光装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３１５８１６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この横型の半導体発光装置では、ＰＮ接合面１１は、発生した光を主に水平方向に射出するため、発光体１の両側端面に形成した端子電極３，３で、その光を発光体１の上方向に反射させて、縦型の半導体発光装置と同じように、発光体１の上面１２２から取り出すようにしている。また、ＰＮ接合面１１の発光面積を少しでも多くして発光効率を向上させるため、端子電極３，３を、発光体１の端面１３１，１３１の全面を被覆するように形成したり、上面１２２の形状に工夫を凝らすことで、少しでも損失少なく上面１２２から光を取り出せるようにしている。このようにすれば、ＰＮ接合面１１が、その水平方向の両方向に向かって射出した光を、上面１２２から損失少なく取り出すことが可能で、縦型の半導体発光装置よりも効率的に光を取り出すことが可能となる。
【０００９】
しかしながら、この横型の半導体発光装置においては、ＰＮ接合面１１が水平方向に射出した光を、端子電極３，３で反射させてから取り出すようにしているため、端子電極３，３での反射時に、その反射する光の一部が端子電極３，３に吸収されてしまうのを防止することは困難であった。そのため、ＰＮ接合面１１が端子電極３，３からの電流値に応じて発生した光量に対して、発光体１から取り出すことのできる光量を増大する、すなわち発光効率を向上させることは至難であった。
【００１０】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、発光効率をさらに向上することのできる半導体発光素子及び半導体発光装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る半導体発光素子は、光を発生する界面が、被実装体の被実装面に略垂直になるよう実装可能な半導体発光素子であって、上記界面を形成するＰ型半導体層及びＮ型半導体層を有すると共に、被実装面に実装可能に形成した実装面を、上記界面の方向に対して略垂直に形成した発光体と、この発光体の表面のうち、上記界面に略垂直な方向の両端面内の、上記実装面の近傍部分に形成され、上記Ｐ型半導体層又は上記Ｎ型半導体層に電気的に接続する端子電極とを備えて成り、上記界面で発生する光が、上記発光体の上記両端面内から取り出し可能に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明では、請求項１の発明において、上記発光体の上記両端面内のうち、上記端子電極を非形成な部分に形成され、上記端子電極と電気的に接続すると共に、光を透過可能な透明電極をも備えて成ることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明では、請求項１又は請求項２の発明において、上記発光体の表面のうち上記実装面と対向する面は、上記界面で発生する光を取り出し可能に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る半導体発光装置は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体発光素子を、被実装体の被実装面に実装して成ることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係る発明では、請求項４の発明において、上記被実装体は、上記被実装面の周囲に立設した周壁をも有して断面略凹形状に形成されると共に、上記周壁の内壁面は光反射性を有して成ることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明では、請求項５の発明において、上記光反射性を有する内壁面は、上記被実装面に対して傾斜状に形成され、その内壁面の開口幅が、上記被実装面から開口端に向かって漸次拡大することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は、本発明の半導体発光素子及び半導体発光装置の一実施の形態を示す概略図であり、図２は、半導体発光素子に注目した図である。なお、図１（ｂ）は半導体発光装置の平面図、図１（ａ）は図１（ｂ）中のＡ−Ａ’部分の正断面図であり、図２（ａ）は半導体発光素子の正断面図、図２（ｂ）は半導体発光素子の側面図である。図１及び図２において、１は発光体、１１はＰＮ接合面、１２１は実装面、１２２は上面、１３１は端面、３は端子電極、４ははんだ、５は被実装体、５１は被実装面、５２は電極配線、７は絶縁膜、をそれぞれ示している。
【００１８】
被実装体５は、その被実装面５１に電極配線５２，５２‥が所定の配線パターンに従って形成されており、半導体発光素子の実装時に、この電極配線５２，５２‥と、端子電極３，３‥とがそれぞれ電気的に接続して、半導体発光素子の発光体１に電流を印加する。この電極配線５２，５２‥が端子電極３，３‥を介して発光体１に印加する電流は、電極配線５２，５２‥に電気的に接続された電源（図示せず）から供給される。
【００１９】
発光体１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）などを材料とするシリコン基板に拡散処理を行なうことで形成したＰ型半導体層ＰとＮ型半導体層Ｎを有しており、そのＰ型半導体層ＰとＮ型半導体層Ｎの接する面が、界面としてのＰＮ接合面１１となる。また、この発光体１の表面のうち、被実装面５１と対面する実装面１２１には絶縁膜７を形成している。この絶縁膜７により、被実装面５１上の電極配線５２，５２‥と実装面１２１とが電気的に絶縁状態となるので、半導体発光素子を被実装体５に実装するときに、実装位置が多少ずれた場合にも、実装面１２１が電極配線５２，５２‥をショートさせてしまうことを防止できる。一方、発光体１の表面のうち、実装面１２１と対向する上面１２２には絶縁膜７を形成せず露出状態にしている。このように上面１２２も露出状態にすることで、ＰＮ接合面１１から上方向に向かう光を上面１２２からも取り出すことが可能となり、さらに効率的に光を取り出せると共に、発光体１の上方向にも光照射を行わせることが可能となる。この発光体１のＰＮ接合面１１は、以下のようにして発光する。ＰＮ接合面１１を挟むように配置された端子電極３，３‥から、発光体１に電流が印加されると、Ｐ型半導体層Ｐからホールが、Ｎ型半導体層Ｎから電子が、それぞれＰＮ接合面１１に向かって移動し始める。そして、ＰＮ接合面１１でホールと電子が再結合することで光を発生し、ＰＮ接合面１１が発光する。この発生する光の強さは、端子電極３，３‥から発光体１内に流した電流の大きさに依存し、大きな電流を流すほど強く発光する。なお、上面１２２は、露出状態にすることに限定するものではなく、この上面１２２に光透過性を有する被膜や、ガラス部材等を形成するようにしてもよく、要は上面１２２から光取り出しが可能であればよい。
【００２０】
端子電極３，３‥は、各端面１３１，１３１内のうち、実装面１２１の近傍部分に形成してあり、この端子電極３，３‥は、実装時に、被実装体５上の電極配線５２，５２‥と電気的に接続させる。また、この各端面１３１，１３１のうち、端子電極３，３‥を形成した部分以外はそれぞれ被覆せず露出状態にさせ、ＰＮ接合面１１で発生した光を、端面１３１，１３１の露出部分から外方にそれぞれ取り出せるようにしている。このように端子電極３，３‥を、各端面１３１，１３１の全面でなく一部だけに形成すると共に、その端子電極３，３‥以外の部分を露出させ光取り出し可能に形成することで、ＰＮ接合面１１が発生した光を損失少なく端面１３１，１３１から取り出すことが可能となる。なお、各端面１３１，１３１内の、端子電極３，３‥を非形成な部分は、露出状態にすることに限定するものではなく、この部分に光透過性を有する被膜や、ガラス部材等を形成するようにしてもよく、要は端子電極３，３‥を非形成な部分から光取り出しが可能であればよい。
【００２１】
発光体１、端子電極３，３‥、絶縁膜７を備える半導体発光素子を、被実装体５に実装させる際には、ＰＮ接合面１１が被実装面５１に対して略垂直になるように、実装面１２１と被実装面５１とを対面させて被実装体５に載置する。そして、端子電極３，３‥と電極配線５２，５２‥とを、はんだ４，４‥でそれぞれ電気的に接続して実装する。なお、端子電極３，３‥と電極配線５２，５２‥との接続は、はんだ４，４‥の代わりに、導電性を有する接着剤で行なうようにしてもよい。
【００２２】
上記のように、ＰＮ接合面１１が被実装面５１に対し略垂直になるよう半導体発光素子を被実装体５に実装させると共に、端子電極３，３‥を端面１３１，１３１の一部にだけそれぞれ形成し、その他の部分を露出させ光取り出し可能にしたので、ＰＮ接合面１１で発生した光を効率よく外部に取り出すことが可能となる。
【００２３】
また、本実施形態の別の形態として、図３に示すように、発光体１の端面１３１，１３１のうち端子電極３，３‥を非形成な部分に、それぞれ光透過性を有する透明電極６，６を形成してもよい。なお、図３（ｂ）は半導体発光装置の平面図、図３（ａ）は図３（ｂ）中のＣ−Ｃ’部分の正断面図である。この透明電極６，６は、端子電極３，３‥とそれぞれ電気的に接続すると共に、この端子電極３，３‥と合わせて、発光体１の両端面１３１，１３１の全面を覆っている。このようにすることで、発光体１の全体に電流を流すことが可能となり、ＰＮ接合面１１がその全面で発光することが可能となり、より多くの光を発生することが可能となる。これにより、発光効率がさらに向上すると共に、透明電極６，６が光透過性を有するので、ＰＮ接合面１１で発生した光を、この透明電極６，６を通して外部に取り出すことが可能となる。なお、この透明電極６，６は、無色、有色いずれであってもよく、要は光透過性を有していればよい。また、この透明電極６，６は、端面１３１，１３１のうち端子電極３，３‥を非形成な部分にそれぞれ形成し、端子電極３，３‥と合わせて、端面１３１，１３１の全面を被覆するようにしたが、必ずしも端面１３１，１３１の全体を覆うように形成する必要はなく、各端面１３１，１３１の一部にだけ形成するようにしてもよい。ただしこの場合には、ＰＮ接合面１１の発光面積が少なくなるので、発光量が低下する傾向にある。
【００２４】
また、本実施形態のさらに別の形態として、図４に示すように、被実装体５の形状を変更し、被実装面５１上に立設した周壁５３をも備え、被実装体５が断面略凹形状となるようにしたものもある。なお、図４（ｂ）は半導体発光装置の平面図、図４（ａ）は図４（ｂ）中のＤ−Ｄ’部分の正断面図である。この周壁５３は、中空の筒体形状を有し、その軸方向の両端が開口すると共に、その内壁面は、非常に高い光反射性を有する材料で形成している。そして、この周壁５３と被実装面５１で被実装体５を形成する際には、周壁５３の軸方向の一端を被実装面５１に固着して形成している。半導体発光素子は、この被実装体５の周壁５３に囲まれた領域内に格納するようにして、被実装面５１に実装する。このようにすることで、発光体１から取り出す光のうち、被実装面５１に略平行に広がる光を、周壁５３の内壁面で光反射させ、周壁５３の開口端から集光して取り出すことが可能になる。なお、上記の内壁面の材料には、導電性の有無に依存せず、光反射性を有する材料であればどのようなものでもよく、その光反射性が高いものほど好ましい。
【００２５】
また、本実施形態のさらに異なる形態として、図５に示すように、被実装体５の形状を変更したものもある。なお、図５（ｂ）は半導体発光装置の平面図、図５（ａ）は図５（ｂ）中のＥ−Ｅ’部分の正断面図である。この被実装体５は、被実装面５１上に立設し、内壁面が被実装面５１に対し傾斜状の周壁５４をも備えている。この周壁５４は、中空の筒体形状を有し、その軸方向の両端が開口すると共に、軸方向の一端から他端に向かってその内壁面の開口幅が漸次拡大するように形成している。また、この周壁５４の内壁面には、光反射性を持たせている。そして、この周壁５４と被実装面５１で被実装体５を形成する際には、上記周壁５３を備える被実装体５と同じように、周壁５４の軸方向の一端を被実装面５１に固着して形成しており、また半導体発光素子を実装する際も同様に、この被実装体５の周壁５４に囲まれた領域内に格納するようにして、被実装面５１に実装している。このように半導体発光装置を形成することで、発光体１から、被実装面５１に略平行の方向に向かって取り出された光は、周壁５４の内壁面で周壁５４の開口端側に向かって反射されるので、その開口端から光を集光して取り出すことが可能となり、上記周壁５３を用いた被実装体５を備える半導体発光装置に比較し、ＰＮ接合面１１からの光を開口端側に指向して反射するので、さらに効率的に周壁５４の開口端から集光して取り出すことが可能になる。
【００２６】
以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限らず、種々の形態で実施することができる。
【００２７】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に記載の半導体発光素子は、光を発生する界面が、被実装体の被実装面に略垂直になるよう実装可能な半導体発光素子であって、上記界面を形成するＰ型半導体層及びＮ型半導体層を有すると共に、被実装面に実装可能に形成した実装面を、上記界面の方向に対して略垂直に形成した発光体と、この発光体の表面のうち、上記界面に略垂直な方向の両端面内の、上記実装面の近傍部分に形成され、上記Ｐ型半導体層又は上記Ｎ型半導体層に電気的に接続する端子電極とを備えて成り、上記界面で発生する光が、上記発光体の上記両端面内から取り出し可能に形成されているので、発光体の界面に略垂直な方向の両端面から光を取り出すことができ、発光効率をさらに向上させることが可能になる、という効果を奏する。
【００２８】
本発明の請求項２に記載の半導体発光素子によれば、請求項１に記載の発明において、上記発光体の上記両端面内のうち、上記端子電極を非形成な部分に形成され、上記端子電極と電気的に接続すると共に、光を透過可能な透明電極をも備えて成るので、界面の発光する面積が増加し、上記の効果に加えて、より発光効率を向上させることが可能になる、という効果を奏する。
【００２９】
本発明の請求項３に記載の半導体発光素子によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明において、上記発光体の表面のうち上記実装面と対向する面は、上記界面で発生する光を取り出し可能に形成されているので、この実装面と対向する面からも光を取り出すことが可能となり、上記の効果に加えて、さらに発光効率を向上させることが可能になる、という効果を奏する。
【００３０】
本発明の請求項４に記載の半導体発光装置によれば、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体発光素子を、被実装体の被実装面に実装して成るので、発光体の界面に略垂直な方向の両端面から光を取り出すことができ、発光効率をさらに向上させることが可能になる、という効果を奏する。
【００３１】
本発明の請求項５に記載の半導体発光素子によれば、請求項４に記載の発明において、上記被実装体は、上記被実装面の周囲に立設した周壁をも有して断面略凹形状に形成されると共に、上記周壁の内壁面は光反射性を有して成るので、上記の効果に加えて、界面からの光を光反射性の内壁面で反射させ、被実装体の開口端から集光させて取り出すことが可能になる、という効果を奏する。
【００３２】
本発明の請求項６に記載の半導体発光素子によれば、請求項５に記載の発明において、上記光反射性を有する内壁面は、上記被実装面に対して傾斜状に形成され、その内壁面の開口幅が、上記被実装面から開口端に向かって漸次拡大するので、界面からの光を被実装体の開口端にさらに効率的に集光させて取り出すことが可能になる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体発光装置及び半導体発光素子における第１の実施の形態を示す図である。
【図２】上記半導体発光装置及び半導体発光素子において、半導体発光素子に注目した図である。
【図３】上記半導体発光装置及び半導体発光素子において、透明電極を設けたことを示す図である。
【図４】上記半導体発光装置及び半導体発光素子において、被実装体の形状を変更したことを示す図である。
【図５】上記半導体発光装置及び半導体発光素子において、被実装体の形状をさらに変更したことを示す図である。
【図６】従来の半導体発光装置を示す図である。
【図７】別の従来の半導体発光装置を示す図である。
【図８】さらに別の従来の半導体発光装置を示す図である。
【図９】さらに異なる従来の半導体発光装置を示す図である。
【符号の説明】
１            発光体
１１          ＰＮ接合面
１２１        実装面
１２２        上面
１３１        端面
３            端子電極
５            被実装体
５１          被実装面
５２          電極配線
５３          周壁
５４          周壁
６            透明電極
Ｐ            Ｐ型半導体層
Ｎ            Ｎ型半導体層
【図１】
2004289068.tif 000003
【図２】
2004289068.tif 000004
【図３】
2004289068.tif 000005
【図４】
2004289068.tif 000006
【図５】
2004289068.tif 000007
【図６】
2004289068.tif 000008
【図７】
2004289068.tif 000009
【図８】
2004289068.tif 000010
【図９】
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