[发明专利]半导体发光器件

说明书

本申请系申请号为CN 200580001835.8，申请日为2005.1.5，申请人为罗姆股份有限公司，并且题为《半导体发光器件》的分案申请。上述在先申请为PCT申请，国际申请号为PCT/JP2005/000044，并要求优先权，所述优先权的—

在先申请国    在先申请日    在先申请号

日本          2004.1.7      JP 2004-002377

该在先申请的国际公开号为WO 2005/067067，国际公开日为2005.7.21。

技术领域

本发明涉及具有高发光效率的半导体发光器件。本发明特别涉及一种半导体发光器件，其中重要的在于从它的侧面发出光。

背景技术

传统的半导体发光器件有如图1中所示那样被构成。图1为由以Al_xGa_yIn_1-x-yN为代表的III族氮化物半导体制成的GaN基半导体发光器件的一个例子，其中0≤x≤1，0≤y≤1，且0≤x+y≤1。在图1中，参考标记81表示p侧焊接区；82表示p型电极；83表示p-GaN半导体层；85表示InGaN活性层；86表示n-GaN半导体层；87表示蓝宝石衬底；88表示n侧焊接区；89表示n型电极。

形成发光元件的材料，比如包含以Al_xGa_yIn_1-x-yN为代表的III族氮化物半导体材料的折射率相对而言比空气的折射率大，其中0≤x≤1，0≤y≤1，且0≤x+y≤1。例如，在图1中所示的GaN基半导体发光器件中，为了使InGaN活性层85中产生的光能够通过p型电极82进入空气中，必然要求它在p-GaN半导体层83中到空气中的入射角不超过全反射临界角。如果入射角大于全反射临界角，则入射光不能射出到空气中，从而光被全反射。

全反射光在半导体发光器件中传播。图2中示出传播的情形。图2为光在具有活性层的半导体发光器件中传播的一个例子。在图2中，为了说明光的传播，参考标记91表示半导体层；92表示活性层；93表示半导体层；94表示半导体发光器件的顶面；95表示半导体发光器件的底面；96表示点光源。

在活性层92中比如点光源96的位置处所产生的光，通过半导体层91，到达顶面94。当其入射角不超过全反射临界角时，光射出到空气中。当用n0表示半导体层91的折射率，并且认为空气的折射率为1时，用下式表示全反射临界角θ₀：

θ₀＝sin^-1(1/n₀)    (1)

当n₀＝2.8时，从公式(1)得出，θ₀＝21°。如果入射角θ小于21°，则光从顶面94出射到空气中。由下面的公式(2)给出从点光源96朝向半导体发光器件的顶面94传播的光，或者从点光源96朝向半导体发光器件的底面95传播、然后再在底面95上反射的光，从半导体发光器件的顶面94射出到空气中的比率η：

η＝(1-cosθ₀)    (2)

当公式(2)中θ₀＝21°时，η＝7％。当半导体发光器件为矩形的平行六面体时，出射到空气中的光线与朝向所有方向传播的光线的比率为：3η＝21％。从而，使79％的光线被限制在半导体发光器件中。

不过，当入射角θ为21°或更大时，光发生全反射，并且在半导体层91和93中再次传播。对于活性层92中产生的光，半导体层91和93是透明的，不过，活性层92具有与所产生的发射光相应的带隙。从而，层92作为吸收体。当光在半导体层91和93中传播时，光也通过活性层92传播。因而，只要光通过活性层92，则传播的光就会由于吸收损耗而受到衰减。

当入射角为21°或更大时，到达半导体发光器件侧面的光再次受到全反射。从而，光被限制在半导体发光器件中。如果入射角小于21°，则光射出到空气中。如上所述，由于多次通过活性层92的光被衰减，发射光的强度也会比较小。

如上所述，活性层中所产生的光因全反射的缘故而被限制在其内部的比率较大，从侧面射出的光也受到衰减。活性层中产生的光能够到达外部的比率也称作外部量子效率。为此，传统半导体发光器件的外部量子效率较差。