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半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 新技術説明会

国内特許コード P03A000492
整理番号 U2001P113
掲載日 2003年8月28日
出願番号 特願2001-278057
公開番号 特開2003-086835
登録番号 特許第3723843号
出願日 平成13年9月13日(2001.9.13)
公開日 平成15年3月20日(2003.3.20)
登録日 平成17年9月30日(2005.9.30)
発明者
  • 羽根 一博
  • 金森 義明
出願人
  • 国立大学法人東北大学
発明の名称 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 新技術説明会
発明の概要 半導体発光素子を構成する複数の半導体層からなる多層積層構造で生成された光に対する透過率を向上させ、光の高い取り出し効率を得る。基板11、第1の半導体層12、及び第2の半導体層13から構成される多層積層構造18の発光面16上に、発光面16より出力される光の波長よりも短い周期で配置された、複数の凸部からなる反射防止フィルタ17を形成する。
従来技術、競合技術の概要
近年においては、小型、軽量、及び長寿命などの長所を有する発光ダイオード(LED)などの半導体発光素子の社会的要求が高まっており、これに伴いLEDの高輝度化及び高効率化の要求も高まっている。
【0003】
図1は、従来のダブルヘテロ構造のLEDの一例を示す構成図である。図1に示すLED10においては、p-GaAlAsなどからなる基板1上に、同じくp-GaAlAsなどからなる第1の半導体層2及びn-GaAlAsなどからなる第2の半導体層3が順次に形成されている。そして、基板1の裏面にはAuZnなどからなる第1の電極4が形成され、第2の半導体層3上にはAuSnなどからなる第2の電極5が形成されている。基板1、第1の半導体層2、及び第2の半導体層3は多層積層構造8を構成する。
【0004】
第1の半導体層2は発光層として機能し、基板1及び第2の半導体層3は前記発光層に対する導電層として機能する。また、第2の半導体層3の上面は発光面6を構成する。第1の電極4及び第2の電極5間に所定の電圧が印加されると、基板1及び第2の半導体層3を通じて第1の半導体層2に電流が流れ、これを励起することにより発光を生ぜしめる。
【0005】
このとき、例えば第1の半導体層2の中心部分で生成された光は、図1中の矢印で示すような反射や電極による吸収を繰り返した後、臨界角θc内に至ることによって、発光面6から外部へ取り出される。
産業上の利用分野
本発明は、半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 複数の半導体層からなる多層積層構造を含む半導体発光素子であって、前記多層積層構造の発光面上に、前記多層積層構造より発せられる光の波長よりも短い周期で、格子状に配置された複数の凸部よりなる反射防止フィルタを具えるとともに、前記反射防止フィルタによって、前記光が取り出される外部の屈折率と前記多層積層構造の、前記発光面を構成する半導体層の屈折率との差が連続的に変化するようにしたことを特徴とする、半導体発光素子。
【請求項2】 前記反射防止フィルタは、前記多層積層構造の、前記発光面を構成する前記半導体層と同一の半導体材料から構成されてい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】 前記反射防止フィルタを構成する前記複数の凸部の高さが100nm~400nmであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の半導体発光素子。
【請求項4】 前記反射防止フィルタを構成する前記複数の凸部の格子状周期が100nm~400nmであることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一に記載の半導体発光素子。
【請求項5】 複数の半導体層からなる多層積層構造を形成する工程と、
前記多層積層構造の発光面上に電子線レジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜を電子線描画し、現像することにより所定のレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンを介して前記多層積層構造の、前記発光面を構成する半導体層をエッチングして、前記多層積層構造より発せられる光の波長よりも短い周期で格子状に配置され、前記光が取り出される外部の屈折率と前記多層積層構造の、前記発光面を構成する半導体層の屈折率との差が連続的に変化するようにして反射防止フィルタを形成する工程と、
を含むことを特徴とする、半導体発光素子の製造方法。
【請求項6】 前記多層積層構造の、前記発光面を構成する前記半導体層のエッチングは、エッチングガスを放電により原子状に分解してなる原子状のエッチング種を用いて行なうことを特徴とする、請求項5に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項7】 前記エッチングガスはエッチング特性の異なる複数のハロゲン系ガスからなり、前記エッチングは前記複数のハロゲン系ガスを交互に用いて行なうことを特徴とする、請求項6に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項8】 前記複数のハロゲン系ガスは、SFガス及びClガスから構成されることを特徴とする、請求項7に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項9】 前記反射防止フィルタは、前記多層積層構造の、前記発光面を構成する前記半導体層と同一の半導体材料から構成されていることを特徴とする、請求項5~8のいずれか一に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項10】 前記反射防止フィルタを構成する前記複数の凸部の高さが100nm~400nmであることを特徴とする、請求項5~9のいずれか一に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項11】 前記反射防止フィルタを構成する前記複数の凸部の格子状周期が100nm~400nmであることを特徴とする、請求項5~10のいずれか一に記載の半導体発光素子の製造方法。
産業区分
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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