(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子が化合物半導体の単結晶ウエハ上に形成したＰＮ接合から成る発光ダイオードにおいて、素子側面が光の取り出し方向に向かって広がった形状をしており、該側面の外側に光反射材料から成る光反射部を密着させ素子と一体化したことで素子外形が直方体形状となるようにしたことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
発光素子が光透過部材としてのサファイア基板上に形成したＰＮ接合から成る発光ダイオードにおいて、素子側面が光の取り出し方向に向かって広がった形状をしており、該側面の外側に光反射材料から成る光反射部を密着させ素子と一体化したことで素子外形が直方体形状となるようにしたことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項３】
前記光反射部は前記ＰＮ接合部側とは反対側の面を覆うように設けたことを特徴とする請求項２記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記光反射材料は酸化チタン、アルミナ、シリカ等の粉末を樹脂に混ぜたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記素子側面を鉛直方向に対して鋭角の斜面としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記素子側面を断面が放物線又は楕円の一部である曲面としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体が積層された発光素子を有する発光ダイオード（以下ＬＥＤと略記する）に係り、特に発光素子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＰやＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体ウエハ上にＰＮ接合を形成し、これに順方向電流を通じて可視部又は近赤外部の発光を得ることを目的としてＬＥＤが開発され、近年表示、通信、計測、制御等に広く応用されている。このような従来のＬＥＤに用いられる発光素子の例を図面を用いて説明する。図７〜図９は従来のＬＥＤに用いられる発光素子を示す斜視図である。
【０００３】
まず、この発光素子の構成について説明する。図７において、６１はＧａＰ、ＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ属の化合物から成る単結晶ウエハ（基板）であり、６２は基板６１上に形成されたＮ形半導体である。６３はＮ形半導体６２の上方の面に形成されたＰ形半導体であり、６４はＰＮ接合部、６５は発光ダイオードの一方の電極を取り出すボンディングパッドである。他方の電極は基板６１の下面に形成されている。半導体の単結晶ウエハ６１上にＰＮ接合を形成し、ダイシングすることにより１個の発光素子を得ることができる。このように従来の発光素子の殆どは端面が垂直になるように直方体チップ状にカットされていた。ボンディングパッド６５から順方向電流を流すことにより、ＰＮ接合部６４から発光する。この構造の発光素子において、出射光はあらゆる方向へ拡散するので、光の取り出し方向に如何に有効に光を集めるかが重要な問題であった。
【０００４】
図８において、７０は前記従来の発光素子と同様の構成の素子であるが、素子表面及び側面を酸・アルカリ等で粗面化したものである。これにより、粗面化しないものに対する比表面積の拡大、光出射角の適正化を実施して光が臨界角以内で素子外部へ出るチャンスを増加させ、それにより輝度を向上させたものである。図９は特開平６−２４４４５８号公報に開示された発光素子であるが、８１は光透過部材のサファイア基板である。８２はサファイア基板８１上にＧａＮ系半導体をエピタキシャル成長させたＮ形半導体、８３はＰ形半導体であり、８４はＰＮ接合部である。図１０に示すように、素子側面はサファイア基板８１上方の鉛直方向より鋭角θ１を持って切断されている。ＰＮ接合部８４から発してサファイア基板８１側方へ向かった臨界角以下の光を素子側面で内側に全反射させて必要な方向である上方へ出射させることができるようにしたものである。
【０００５】
以上の発光素子はリードフレーム上に実装された上で透明樹脂でモールドされてＬＥＤ製品となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこのような発光素子では、あらゆる方向へ向かう光があるうちで、臨界角以下という条件に合致したものだけを必要方向に取り出すことができるものであって、光の取り出し効率が不十分であり、ＬＥＤの輝度を向上させることが困難であった。
【０００７】
上記発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、従来吸収されまたは拡散してしまっていた光を必要な方向へ反射させることによって輝度を向上させると共に、必要な方向への光の取り出し効率を向上させ、光の指向性を素子レベルで調整することができるＬＥＤを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、発光素子が化合物半導体の単結晶ウエハ上に形成したＰＮ接合から成る発光ダイオードにおいて、素子側面が光の取り出し方向に向かって広がった形状をしており、該側面の外側に光反射材料から成る光反射部を密着させ素子と一体化したことで素子外形が直方体形状となるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
また請求項２記載の発明は、発光素子が光透過部材としてのサファイア基板上に形成したＰＮ接合から成る発光ダイオードにおいて、素子側面が光の取り出し方向に向かって広がった形状をしており、該側面の外側に光反射材料から成る光反射部を密着させ素子と一体化したことで素子外形が直方体形状となるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
また請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明の構成のうち、前記光反射部は前記ＰＮ接合部側とは反対側の面を覆うように設けたことを特徴とする。
【００１１】
また請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明の構成のうち、前記光反射材料は酸化チタン、アルミナ、シリカ等の粉末を樹脂に混ぜたものであることを特徴とする。
【００１２】
また請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明の構成のうち、前記素子側面を鉛直方向に対して鋭角の斜面としたことを特徴とする。
また請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明の構成のうち、前記素子側面を断面が放物線又は楕円の一部である曲面としたことを特徴とする。

【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、第一の実施の形態である発光素子の構成について説明する。図１は本発明の第一の実施の形態である発光素子の斜視図、図２は図１の発光素子の断面図である。
【００１４】
図１、図２において、１はＧａＰ、ＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体から成る基板であり、側面は鉛直方向に対して鋭角θを成す斜面１ａとなっている。２は基板１上に形成されたＮ形半導体、３はＮ形半導体２の上方に積層されたＰ形半導体であり、４はＰＮ接合部である。５は基板１の斜面１ａの外側にある光反射部であり、エポキシ樹脂等に酸化チタン、アルミナ、シリカの粒径数〜数１０μｍの粉末等の光反射材料を数〜数１０ｗ％混ぜたものを付着硬化させて素子外形が直方体形状となるようにしてある。６はＰ形半導体３上に形成された一方の電極取り出し口であるボンディングパッドである。
【００１５】
第一の実施の形態の作用を説明する。ＰＮ接合部４を発して基板１の内部へ向かった光のうち、臨界角以上で側面に向かった光は斜面１ａで内部へ反射され、対向する斜面１ａに当たるとそこで反射して光の取り出し方向である上方へ向かう。臨界角以内で各斜面１ａに向かった光は斜面１ａを通過して基板１の外に向かおうとするが、光反射部５の光反射材料によって反射されて再び基板１の内部へ戻され、斜面１ａの作用で上方へと向かう。
【００１６】
次に、本実施の形態である発光素子の効果について説明する。斜面の外側を光反射材料で覆ったので、基板１の内部から外へ出ようとする光も内部に戻せるので、必要な方向である上方への光の取り出し効率（輝度）が向上する。また、素子が直方体のチップなので実装に当たって取り扱いが容易であり、実装後の姿勢も安定している。
【００１７】
次に、本発明の第二の実施の形態である発光素子について図面により説明する。図３は第二の実施の形態である発光素子の斜視図、図４は図３の発光素子の断面図である。図３、図４において、１１はＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体であるＧａＮを材料としたＮ形半導体であり、１２は同じ化合物を材料としたＰ形半導体であって、１３はその境界であるＰＮ接合部である。１４は光透過部材としてのサファイア基板である。サファイア基板１４の側面は鉛直方向に対して鋭角θをなす斜面１４ａとなっている。１５は光反射部であり、エポキシ樹脂等に酸化チタン、アルミナ、シリカ粉末等の光反射材料を混ぜたものを斜面１４ａに付着させて素子全体の形状を直方体形状としてある。１６はＰ形半導体１２面上に、１７はＮ形半導体１１面上に形成されたボンディングパッドである。
【００１８】
ボンディングパッド１６、１７を通して順方向の電流を流すとＰＮ接合部１３において発光する。サファイア基板１４内部に向かった光のうち側面に向かった臨界角以上の光はサファイア基板１４内部へ全反射され光の取り出し方向である上方へ向かう。また、側面に向かった臨界角以内の光は外側の光反射部１５の光反射材料により反射するので、その光は再びサファイア基板１４内に戻り斜面１４ａの作用で上方へ向かう。こうして光取り出し効率（輝度）が従来よりも向上する。
【００１９】
次に、本発明の第三の実施の形態である発光素子について図面により説明する。図５は第三の実施の形態である発光素子の斜視図、図６は図５の発光素子の断面図である。図５、図６において、２１はＧａＮから成るＰ形半導体、２２は同じくＮ形半導体、２３はＰＮ接合部であり、２４は光透過部材のサファイア基板である。サファイア基板２４の側面である斜面２４ａは鉛直方向に対して鋭角θを成している。２５はサファイア基板２４の側面及び下面を覆い、チップ全体を直方体形状にしている光反射部である。光反射部２５の材料は第一の実施の形態で述べたものと同じである。２６はＰ形半導体２１面上に、２７はＮ形半導体２２面上に形成されたボンディングパッドである。
【００２０】
本実施の形態では、サファイア基板２４方向に出射された光をサファイア基板２４の斜面２４ａばかりでなく下面２４ｂからもサファイア基板２４内部へ反射させるために、必要な方向である上方への光取り出し効率（輝度）が向上する。
【００２１】
以上のいずれの実施の形態においても基板の側面を断面が直線の斜面と説明したが、これを例えば断面が放物線、楕円の一部である曲面に置き換えてもよい。
こうすることで、より必要な方向へ光を集めることができ、指向性を高める調整が可能となる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発光素子チップの側面を光の取り出し方向に広がった斜面とし、更にこの斜面の外側に光反射材料から成る光反射部を設けたので、不要な方向へ向かう光を必要な方向へ戻して有効に取り出すことができ、輝度の高いＬＥＤが得られた。
【００２３】
また、発光素子レベルでの加工で光の指向性を調整できるので実装に当たって指向性を補うための部材を備える必要がなく、ＬＥＤ製品の小型化、低価格化ができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態である発光素子の斜視図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態である発光素子の断面図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態である発光素子の斜視図である。
【図４】本発明の第二の実施の形態である発光素子の断面図である。
【図５】本発明の第三の実施の形態である発光素子の斜視図である。
【図６】本発明の第三の実施の形態である発光素子の断面図である。
【図７】従来の発光素子の斜視図である。
【図８】従来の発光素子の断面図である。
【図９】他の従来の発光素子の斜視図である。
【図１０】他の従来の発光素子の断面図である。
【符号の説明】
１  基板
１ａ、１４ａ、２４ａ  斜面
２、１１、２２  Ｎ形半導体
３、１２、２１  Ｐ形半導体
４、１３、２３  ＰＮ接合部
５、１５、２５  光反射部
６、１６、１７、２６、２７  ボンディングパッド
１４、２４  サファイア基板
【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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