(57)【要約】【課題】光を効率良く放射する半導体発光素子及び光源モジュール及びプロジェクタを提供する。【解決手段】３つの側面は全て下面に対して垂直にすることで、残る１つの側面の法線を上斜方向に傾斜させた広い傾斜面５とした半導体発光素子３と、基板６と平行な対称軸を備えた半回転放物面の形状で湾曲した反射面を有すフード状のリフレクタ８とを基板１１に搭載する。このとき、半導体発光素子３の傾斜面５を、光の照射向とは反対側に向け、リフレクタの湾曲面１９と対面するように配置する。最も配光の強い傾斜面５から発する光束Ｂと上面１６から発する光束Ｃはリフレクタの照射口４７から遠端付近の湾曲面１９で反射されるため、照射方向におけるリフレクタ１０の全長が非常に短く設計することが可能となる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、この半導体基板の上に設けられ、ｐ形半導体層及びｎ形半導体層により活性層を挟持する発光層形成部を有する半導体積層部と、この半導体積層部の表面側に設けられる上部電極と、前記半導体基板の裏面側に設けられる下部電極とからなる半導体発光素子において、
前記半導体積層部の前記発光層形成部より上層部は、前記発光層形成部が発光した光を透過する透明基板であり、この透明基板の側面のうち、１つの側面のみが前記半導体基板の主面に対して上斜方向に法線を向けた傾斜面であり、他の側面は前記主面に対して垂直をなし、前記光が前記透明基板を通して外部に取り出されることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
請求項１記載の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の放射する光を反射するための反射面を有するリフレクタと、
表面の一方の側のみから光を照射するように前記半導体発光素子と前記リフレクタを配置した平坦な基板とから構成される光源モジュールにおいて、
前記リフレクタは前記反射面として前記基板と平行な対称軸を備えた半回転放物面の形状をなす湾曲面を有し、前記傾斜面を光の照射方向とは反対側に向けて前記湾曲面と対面するように前記半導体発光素子が配置されていることを特徴とする光源モジュール。
【請求項３】
請求項２記載の光源モジュールを光源として有することを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を効率良く放射する半導体発光素子及び光源モジュール及びプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子の素子の入力対出力効率は一般的に電圧効率、内部量子効率、光の外部取り出し効率の積で表され、通常よく用いられる外部量子効率は内部量子効率と光の外部取り出し効率の積で表される。近年、ｐｎ接合における量子効率の向上が理論的限界に近づくにつれ、光の外部取り出し効率の向上の重要性が増してきている。ここで光の取り出し効率とは、ＳｉＣ、サファイア等の基板材に入り込んでしまった光量を素子の外へ導き出す効率を意味する。比較的短波の半導体発光素子の基板材は、このように屈折率の高い材料が使われるため、いったん基板材の中に入ってしまった光は内部全反射の影響でなかなか外へ出てこない。これを光学的に外に導き出すために、素子に様々な形状の傾斜面を設ける工夫が従来から行われてきた（特許文献１、特許文献２、特許文献３）。
【０００３】
たとえば特許文献１では、図５に示されるような構造の半導体発光素子が提案されている。図５において、ｎ形ＧａＡｓからなる半導体基板２７上に、たとえばｎ形のＩｎＧａＡｌＰ系の半導体材料からなるｎ形半導体層２６、半導体層よりバンドギャップエネルギーが小さくなる組成のＩｎＧａＡｌＰ系の半導体材料からなる活性層２５、ｎ形半導体層２６と同じ組成でｐ形のＩｎＧａＡｌＰ系の半導体材料からなるｐ形半導体層２４がそれぞれエピタキシャル成長され、ダブルヘテロ構造の発光層形成部４１が形成されている。さらにその表面に、透明で光の透過性を有したＡｌＧａＡｓ系化合物半導体からなるｐ形の電流拡散層３０が設けられている。そして、その表面の中央部にＧａＡｓからなるコンタクト層２３を介してｐ側（上部）電極２２および半導体基板２７の裏面にｎ側（下部）電極２８が形成されている。さらに、半導体積層部４２の活性層２５より上層、たとえば電流拡散層３０の四方の側面がそれぞれ、半導体基板１の主面に対して垂直方向ではなく、ｐ側（上部）電極２２側で幅が狭く、活性層２５側で幅が広くなるように傾斜面９に形成している。つまり、たとえばピラミッド形状の四角錐の上部がｐ側（上部）電極２２部分で下面４５に平行に切り取られた形状になっており、外部への光の取り出し効率を向上している。
【０００４】
図６は、図５に示す半導体発光素子１の断面Ａ２の周囲に面単位の配光の方向と相対的な強さを模式的に矢印及びその大きさでそれぞれ示したものである。図６の通り上方向や傾斜方向と比較すると横方向の配光は弱いことがわかる。これは半導体発光素子１の素子が横方向へ光を放射しない特質を有するからである。
【特許文献１】特開２００１−１８５７５５号公報
【特許文献２】特開２００４−２００５２３号公報
【特許文献３】特開２００４−２６３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この半導体発光素子１を用いて、所定の一方向に光を照射する光源モジュール２０を構成する場合、図７のように平坦な基板６にこの半導体発光素子１を搭載し、半導体発光素子１の反射光を一方向に照射するように、基板６と平行な対称軸を備えた半回転放物面の形状で湾曲した反射面を有すフード状のリフレクタ８を、半導体発光素子１を覆うように基板１に搭載する。この光源モジュール２０内部の光束を図７の断面Ｂ７に沿って図８に示す。図８において、半導体発光素子１から放射される光を、前記の湾曲面１８で十分に反射させて照射するためには、図中に矢印で示している照射方向側に向いた傾斜面９の光束Ａが照射方向側の上斜方向に長く張り出しているので、リフレクタ８の照射方向の全長を非常に長く設計する必要がある。
【０００６】
このようなリフレクタ８を用いた光源モジュール２０については、その実装スペースを大きく設けなければならず、この光源モジュールを適用するプロジェクタ等の装置の小型化を検討する上で非常に不利となり、また、コスト的にも不利である。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、光を効率良く放射する半導体発光素子及び光源モジュール及びプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、半導体基板と、この半導体基板の上に設けられ、ｐ形半導体層及びｎ形半導体層により活性層を挟持する発光層形成部を有する半導体積層部と、この半導体積層部の表面側に設けられる上部電極と、半導体基板の裏面側に設けられる下部電極とからなる半導体発光素子において、半導体積層部の発光層形成部より上層部は、発光層形成部が発光した光を透過する透明基板であり、この透明基板の側面のうち、１つの側面のみが半導体基板の主面に対して上斜方向に法線を向けた傾斜面であり、他の側面は主面に対して垂直をなし、光が透明基板を通して外部に取り出されるようにする。
【０００９】
上記の半導体発光素子と、半導体発光素子の放射する光を反射するための反射面を有するリフレクタと、表面の一方の側のみから光を照射するようにこの半導体発光素子とリフレクタを配置した平坦な基板とから構成される光源モジュールにおいて、リフレクタは反射面として基板と平行な対称軸を備えた半回転放物面の形状をなす湾曲面を有し、上記の傾斜面を光の照射方向とは反対側に向けて湾曲面と対面するように半導体発光素子を配置する。
【００１０】
プロジェクタにおいて、上記の光源モジュールを光源として用いる。
【発明の効果】
【００１１】
半導体発光素子において、半導体積層部の発光層形成部より上層部の側面のうち、１つの側面のみが半導体基板の主面に対して上斜方向に法線を向けた傾斜面であり、他の側面は主面に対して垂直をなすようにすることにより、傾斜面の面積が大きくなるので、傾斜面の法線方向の配光が強くなる。
【００１２】
上記の半導体発光素子と半回転放物面の形状をなす湾曲面を有するリフレクタを平坦な基板上に搭載し、半導体発光素子の傾斜面を光の照射方向とは反対側に向けて湾曲面と対面するように半導体発光素子を配置することで、配光の強い傾斜面から放射する光は、リフレクタの照射口から遠端付近の湾曲面で反射され照射されるため、光の照射方向におけるリフレクタの全長が比較的に短く設計することが可能となり、小型の光源モジュールが構成可能となる。
【００１３】
上記の小型の光源モジュールを光源として用いることで半導体発光素子を光源とするプロジェクタの小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、図５について上述した半導体発光素子１とは異なり、上面１６と下面４６が半導体基板３７の主面に対して平行で、４つの側面のうち、３つの側面は全て、この主面に対して垂直にすることで、残る１つの側面を主面に対して上斜方向に傾斜している広い傾斜面５とした半導体発光素子３である。ここで、ｐ側電極３２、ｎ側電極３８、コンタクト層３３、半導体積層部４４の各層、半導体基板３７については、図５について前述した内容と重複するため説明は省く。図２は、図１に示す断面Ｃ４の周囲に面単位の配光の方向と相対的な強さを模式的に矢印及びその大きさでそれぞれ示したものである。図２の通り、前述した理由で側面Ｘ１７の発する横方向の配光は弱いが、一方で、傾斜面５は広いため非常に強い配光を有することがわかる。
【００１５】
この半導体発光素子３を用いて、所定の一方向に光を照射する光源モジュール２１を構成する場合、図３のように平坦な基板１１に、一方向に半導体発光素子３の反射光を照射するように、前述したようなフード状のリフレクタ１０を基板１１に搭載するが、このとき、半導体発光素子３の傾斜面５を、図中に矢印で示している光の照射方向とは反対側に向け、リフレクタ１０の湾曲面１９と対面するように配置する。次に、この光源モジュール２１内部の光束を図３の断面Ｄ１２に沿って図４に示す。ここで、半導体発光素子３から放射される光を十分に反射させて照射するには、最も配光の強い傾斜面５から発する光束Ｂと上面１６から発する光束Ｃはリフレクタの照射口４７から遠端付近の湾曲面１９で反射され、一方で照射方向に面する側面Ｘ１７から発する光束Ｄ１５は、光が弱い上に、ほとんどが反射せずに直接照射方向へ放射されるため、前述した図８の場合と比較すると、照射方向におけるリフレクタ１０の全長が非常に短く設計することが可能であることがわかる。
【００１６】
このように半導体発光素子の側面に１つだけ大きな傾斜面を設けることにより、その放射する光を効率良くリフレクタで反射することが可能となるため、光源モジュールの小型化が可能となる。したがって、この光源モジュールをプロジェクタの光源へ適用することで、半導体発光素子を光源とする従来のプロジェクタの小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の半導体発光素子の等角図である。
【図２】本発明の半導体発光素子の配光の強度を示す断面図である。
【図３】本発明の半導体発光素子を用いた光源モジュールの等角図である。
【図４】本発明の半導体発光素子を用いた光源モジュールの反射光を示す断面図である。
【図５】従来の半導体発光素子の等角図である。
【図６】従来の半導体発光素子の配光の強度を示す断面図である。
【図７】従来の半導体発光素子を用いた光源モジュールの等角図である。
【図８】従来の半導体発光素子を用いた光源モジュールの反射光を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１８】
１，３  半導体発光素子
２，７，４，１２  断面
９，５  傾斜面
６，１１  基板
７  光束Ａ
１３  光束Ｂ
１４  光束Ｃ
１５  光束Ｄ
１６，２９  上面
１７  側面Ｘ
１８，１９  湾曲面
８，１０  リフレクタ
２０，２１  光源モジュール
２２，３２  ｐ側電極
２３，３３  コンタクト層
２４，３４  ｐ形半導体層
２５，３５  ｐｎ接合部
２６，３６  ｎ形半導体層
２７，３７  半導体基板
２８，３８  ｎ側電極
３０，４０  電流拡散層
４１，４３  発光層形成部
４２，４４  半導体積層部
４５，４６  下面
４７  照射口
【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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