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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-04
(45)【発行日】2023-07-12
(54)【発明の名称】半導体発光装置
(51)【国際特許分類】
H01L 33/46 20100101AFI20230705BHJP
H01L 33/48 20100101ALI20230705BHJP
H01L 33/24 20100101ALI20230705BHJP
【ＦＩ】
H01L33/46
H01L33/48
H01L33/24
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020158473
(22)【出願日】2020-09-23
(65)【公開番号】P2022052221
(43)【公開日】2022-04-04
【審査請求日】2021-05-07
(73)【特許権者】
【識別番号】000226242
【氏名又は名称】日機装株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002583
【氏名又は名称】弁理士法人平田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】櫻木 一義
(72)【発明者】
【氏名】一ノ倉 啓慈
【審査官】東松 修太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２００２－３５３５０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－１６０４３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１７１９６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１２／１２３９９７（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体層を有する半導体発光素子と、前記半導体発光素子が搭載されるパッケージ基板と、を備え、
前記半導体発光素子は、前記パッケージ基板にフリップチップ実装されており、
前記半導体層は、所定の波長域の光を発光する発光層と、前記発光層上に形成されたｐクラッド層と、前記ｐクラッド層上に形成されたコンタクト層と、前記ｐクラッド層上において前記コンタクト層の周囲に形成され、前記発光層から発せされた前記光を前記半導体層の面内方向に伝播させるライトガイド層と、を備え、
前記半導体発光素子は、前記半導体層の中心と前記パッケージ基板の中心とが一致しないように配置されており、
前記発光層、前記ｐクラッド層及び前記ライトガイド層は、前記面内方向における末端部の形状を傾斜させた傾斜構造を有し、
前記傾斜構造は、前記発光層の前記パッケージ基板と反対側の面を、前記半導体層の積層方向に直交する方向における外方へ向かうほど前記パッケージ基板と反対側に向かうよう傾斜させた構造、並びに前記ｐクラッド層及び前記ライトガイド層のそれぞれの前記パッケージ基板側の面及び前記パッケージ基板と反対側の面の双方を、前記積層方向に直交する方向における外方へ向かうほど前記パッケージ基板と反対側に向かうよう傾斜させた構造を含み、
前記傾斜構造は、観察方位による配光特性の偏りや放射照度分布の偏りが生じることを抑制するよう、前記半導体層の中心が前記パッケージ基板の中心に対して離れている方向と反対の方向の側の末端部に少なくとも設けられている、
半導体発光装置。
【請求項2】
前記ライトガイド層は、空気の屈折率よりも大きい屈折率を有する、請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項3】
前記ライトガイド層は、前記コンタクト層の厚さよりも薄い厚さを有する、請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
【請求項4】
前記ライトガイド層は、複数の誘電体層からなる誘電体多層膜により形成されている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項5】
前記誘電体多層膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３を含む材料により形成されている、請求項４に記載の半導体発光装置。
【請求項6】
前記パッケージ基板に搭載された定電圧素子をさらに備え、前記傾斜構造は、前記半導体発光素子に対して前記定電圧素子が搭載されている方向の側の末端部に設けられている、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、半導体発光素子をパッケージ基板にフリップチップ実装して形成した半導体発光装置が提供されている（特許文献１参照。）。
【0003】
特許文献１に記載の半導体発光装置は、半導体層が積層されたサファイア基板を有する半導体発光素子と、半導体発光素子を搭載する凹部が形成されているパッケージ基板と、凹部内において半導体発光素子に隣接して配置された定電圧素子（ツェナーダイオード）と、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】国際公開第２０１９／２３５５６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、予め規格化されたサイズを有するパッケージ基板の凹部内に定電圧素子を配置する場合、定電圧素子を実装する際にクリアランスを確保する必要があるため、半導体層がパッケージ基板の凹部の中心に位置するように半導体発光素子をパッケージ基板の凹部内に配置することが難しくなる。
【0006】
半導体層がパッケージ基板の中心に位置するように半導体発光素子を配置できない場合、半導体発光素子の点灯時に、図１６乃至図１９に示すように、観察方位による配光特性の偏りや放射照度分布の偏りが生じてしまう。
【0007】
そこで、本発明は、半導体層がパッケージ基板の中心に位置するように半導体発光素子を配置できない場合であっても、観察方位による配光特性の偏りや放射照度分布の偏りが生じることを抑制した半導体発光装置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】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、半導体層を有する半導体発光素子と、前記半導体発光素子が搭載されるパッケージ基板と、を備え、前記半導体発光素子は、前記パッケージ基板にフリップチップ実装されており、前記半導体層は、所定の波長域の光を発光する発光層と、前記発光層上に形成されたｐクラッド層と、前記ｐクラッド層上に形成されたコンタクト層と、前記ｐクラッド層上において前記コンタクト層の周囲に形成され、前記発光層から発せされた前記光を前記半導体層の面内方向に伝播させるライトガイド層と、を備え、前記半導体発光素子は、前記半導体層の中心と前記パッケージ基板の中心とが一致しないように配置されており、前記発光層、前記ｐクラッド層及び前記ライトガイド層は、前記面内方向における末端部の形状を傾斜させた傾斜構造を有し、前記傾斜構造は、前記発光層の前記パッケージ基板と反対側の面を、前記半導体層の積層方向に直交する方向における外方へ向かうほど前記パッケージ基板と反対側に向かうよう傾斜させた構造、並びに前記ｐクラッド層及び前記ライトガイド層のそれぞれの前記パッケージ基板側の面及び前記パッケージ基板と反対側の面の双方を、前記積層方向に直交する方向における外方へ向かうほど前記パッケージ基板と反対側に向かうよう傾斜させた構造を含み、前記傾斜構造は、観察方位による配光特性の偏りや放射照度分布の偏りが生じることを抑制するよう、前記半導体層の中心が前記パッケージ基板の中心に対して離れている方向と反対の方向の側の末端部に少なくとも設けられている、半導体発光装置を提供する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、半導体層がパッケージ基板の中心に位置するように半導体発光素子を配置できない場合であっても、観察方位による配光特性の偏りや放射照度分布の偏りが生じることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の一実施の形態に係る半導体発光装置の外観を示す図であり、（ａ）は、斜視図であり、（ｂ）は、平面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＡ－Ａ断面図である。
【図2】第１のキャビティ内において半導体発光素子が搭載された位置の一例を模式的に示す図である。
【図3A】半導体発光素子を斜め方向から視た状態を模式的に示す図である。
【図3C】半導体発光素子の縦断面を模式的に示す図である。
【図5】半導体発光素子からの光の取り出しの一例を示す図であり、（ａ）は、光取り出し構造の一例を模式的に示す図であり、（ｂ）は、光取り出し構造により取り出された光の様子を模式的に示す図である。
【図6】見かけ上の発光領域の一例を示す図であり、（ａ）は、半導体発光装置から第１のキャビティの領域を抜き出して示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のうちｎ電極の領域を拡大して示す一部拡大図である。
【図7】見かけ上の発光領域の他の例を示す図であり、（ａ）は、半導体発光装置から第１のキャビティの領域を抜き出して示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のうちｎ電極の領域を拡大して示す一部拡大図である。
【図8】光取り出し構造の変形例を模式的に示す図である。
【図9】光取り出し構造の変形例を模式的に示す図である。
【図10】光取り出し構造の変形例を模式的に示す図である。
【図11】誘電体多層膜の構成の一例を表で示した図である。
【図13】誘電体多層膜の構成の他の例を表で示した図である。
【図15】半導体発光素子の中心及びパッケージ基板の中心の位置関係と、配光特性及び放射照度分布の偏りとの関係を検証したシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図16】半導体発光素子の中心及びパッケージ基板の中心の位置関係と、配光特性及び放射照度分布の偏りとの関係を検証したシミュレーション結果の他の例を示す図である。
【図17】半導体発光素子の中心及びパッケージ基板の中心の位置関係と、配光特性及び放射照度分布の偏りとの関係を検証したシミュレーション結果の他の例を示す図である。
【図18】半導体発光素子の中心及びパッケージ基板の中心の位置関係と、配光特性及び放射照度分布の偏りとの関係を検証したシミュレーション結果の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。
【0012】
（半導体発光装置の構成）
図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体発光装置の外観を示す図であり、（ａ）は、斜視図であり、（ｂ）は、平面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図１各図に示すように、この半導体発光装置１は、パッケージ基板２と、半導体発光素子３と、定電圧素子（以下、「ツェナーダイオード」ともいう。）４と、レンズ６と、を備えて構成されている。
図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体発光装置の外観を示す図であり、（ａ）は、斜視図であり、（ｂ）は、平面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図１各図に示すように、この半導体発光装置１は、パッケージ基板２と、半導体発光素子３と、定電圧素子（以下、「ツェナーダイオード」ともいう。）４と、レンズ６と、を備えて構成されている。
【0013】
パッケージ基板２は、半導体発光素子３及びツェナーダイオード４を収容する。半導体発光素子３は、紫外光等の所定の波長域の光を発光する。半導体発光素子３は、半導体層３０と、この半導体層３０を成長させる基板となるサファイア（Ａ１２Ｏ３）で形成されたサファイア基板３１と、を有している。ツェナーダイオード４は、半導体発光素子３に印加される電圧の値を一定に保ち過電流を抑制することによって半導体発光素子３を保護する役割を果たす。レンズ６は、半導体発光素子３から出射された光を集光する。以下、各構成の詳細について順に説明する。
【0014】
（パッケージ基板２）
パッケージ基板２は、セラミックを含む無機材質基板である。パッケージ基板２は、例えば、高温焼成セラミック多層基板（ＨＴＣＣ、High Temperature Co-fired Ceramic）により形成される。パッケージ基板２は、略直方体形状の形状を有している。
パッケージ基板２は、セラミックを含む無機材質基板である。パッケージ基板２は、例えば、高温焼成セラミック多層基板（ＨＴＣＣ、High Temperature Co-fired Ceramic）により形成される。パッケージ基板２は、略直方体形状の形状を有している。
【0015】
パッケージ基板２の上面２ａには、半導体発光素子３を搭載する凹状の第１のキャビティ２１が形成されている。この第１のキャビティ２１の底面２１ａには、基板側電極（不図示）が形成されている。
【0016】
また、第１のキャビティ２１の底面２１ａには、ツェナーダイオード４を搭載する凹状の第２のキャビティ２２がさらに形成されている。第２のキャビティ２２は、第１のキャビティ２１の一端部に形成されている。具体的には、第２のキャビティ２２は、この第２のキャビティ２２を構成する一の内壁面２２ａ（図示－Ｙ側の内壁面とする。）と第１のキャビティ２１を構成する一の内壁面２１ｂ（図示－Ｙ側の内壁面とする。）とが平面視（図示＋Ｚ方向側から－Ｚ方向側を視た場合をいう。）において同一の位置に位置するように配置されている。
【0017】
図２は、第１のキャビティ２１内において半導体発光素子３が搭載された位置の一例を模式的に示す図である。図２中の２つの一点鎖線は、それぞれ、パッケージ基板２の平面視における縦方向及び横方向の中心線を示しており、両者が交差する点は、平面視におけるパッケージ基板２の中心（具体的には、第１のキャビティ２１の中心）を表わす。
【0018】
なお、図２では、説明の便宜上、第２のキャビティ２２及びツェナーダイオード４を省略して描いた。また、半導体発光素子３の半導体層３０は、実際は、平面視において、図示Ｘ方向に延在した横長の半導体層３０が縦方向（図示Ｙ方向）に３列に並んだ形状（いわゆる、「王」字形をいう。図６（ｂ）参照。）を有しているが、ここでは簡略化して四角形に描いている点に留意されたい。
【0019】
図２に示すように、半導体発光装置１の平面視において、半導体発光素子３は、半導体層３０の中心がパッケージ基板２の中心から所定の距離離れた位置に位置するように配置されている。換言すれば、半導体発光素子３は、半導体層３０の中心とパッケージ基板２の中心とが一致しないように配置されている。
【0020】
具体的には、半導体発光素子３は、半導体発光素子３の半導体層３０（図３Ｂ及び図３Ｃ参照。）の中心とパッケージ基板２の中心とが所定の方向に所定の距離離れた位置に位置するように配置されている。より具体的には、半導体発光素子３は、半導体層３０がパッケージ基板２の中心から、ツェナーダイオード４が搭載されている側と反対側（図示＋Ｙ方向側）に所定の距離離れた位置に位置するように配置されている。ツェナーダイオード４を実装する際にクリアランスを確保する必要があるためである。
【0021】
（半導体発光素子３）
半導体発光素子３には、例えば、レーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）等が含まれる。なお、半導体発光素子３には、トランジスタ等の半導体固体素子を含めてもよい。本実施の形態では、半導体発光素子３として、紫外領域の波長の光（特に、中心波長が３００ｎｍ以下の深紫外光）を発光する発光ダイオードを例に挙げて説明する。
半導体発光素子３には、例えば、レーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）等が含まれる。なお、半導体発光素子３には、トランジスタ等の半導体固体素子を含めてもよい。本実施の形態では、半導体発光素子３として、紫外領域の波長の光（特に、中心波長が３００ｎｍ以下の深紫外光）を発光する発光ダイオードを例に挙げて説明する。
【0022】
図３各図は、半導体発光素子３の積層構造を説明する図であり、図３Ａは、半導体発光素子３を斜め方向から視た状態を模式的に示す図、図３Ｂは、図３Ａの中央部を縦方向に切断した状態を模式的に示す図、図３Ｃは、図２のＢ－Ｂ断面を模式的に示す図である。なお、図３Ｃは、積層構造の詳細を説明する便宜のために、半導体発光素子３の積層構造のうちの一部について、積層方向（図３Ｃの図示上下方向）に引き伸ばして厚く描いているが、実際の厚さの比率は、図３Ａ及び図３Ｂに示す厚さの比率と同一である点に留意されたい。
【0023】
図３各図に示すように、半導体発光素子３は、半導体層３０と及びサファイア基板３１に加えて、電極３２をさらに有して構成されている。本実施の形態では、半導体層３０は、ＡｌＧａＮ系の窒化物半導体層であり、サファイア基板３１上に形成されている。
【0024】
半導体層３０は、サファイア基板３１側から、ＡｌＮを含むバッファ層３０ａ、ｎ型ＡｌＧａＮを含むｎクラッド層３０ｂ、ＡｌＧａＮを含む発光層３０ｃ、ｐ型ＡｌＧａＮを含むｐクラッド層３０ｄ、ｐ型ＧａＮを含むコンタクト層３０ｅを順次形成している。換言すれば、サファイア基板３１上に形成されたバッファ層３０ａと、バッファ層３０ａ上に形成されたｎクラッド層３０ｂと、ｎクラッド層３０ｂ上に形成された発光層３０ｃと、発光層３０ｃ上に形成されたｐクラッド層３０ｄと、ｐクラッド層３０ｄ上に形成されたコンタクト層３０ｅと、を備える。
【0025】
また、半導体層３０は、ｐクラッド層３０ｄ上においてコンタクト層３０ｅの周囲に形成されたライトガイド層３０ｆをさらに備えている。ライトガイド層３０ｆは、後述するように、発光層３０ｃから発せられた光を半導体層３０の横方向に誘導する役割を果たすとともに、ｐクラッド層３０ｄ及びコンタクト層３０ｅを保護する保護層としての機能を有する。
【0026】
ライトガイド層３０ｆは、半導体発光素子３から出射された光が伝播する領域（以下、「見かけ上の発光領域」ともいう。図５（ｂ）の破線参照。）Ｒが含まれる発光の中心がチップの中心に位置するように光を誘導できる形状を有する。ライトガイド層３０ｆの形状の詳細については、後述する。
【0027】
また、ライトガイド層３０ｆは、コンタクト層３０ｅの厚さよりも薄い厚さを有する。半導体発光素子３を実装する際に、ライトガイド層３０ｆとパッケージ基板２側に設けられた電極面（不図示）とが干渉することを防止するためである。また、ライトガイド層３０ｆの屈折率は、空気の屈折率（ｎ＝１．０）よりも大きい。
【0028】
また、ライトガイド層３０ｆは、対向するパッケージ基板２側の電極面と絶縁する必要があることから、誘電体であることが好ましい。例えば、ライトガイド層３０ｆは、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３等を含む材料で形成されることが好ましい。
【0029】
電極３２は、コンタクト層３０ｅ上に形成されたアノード側電極（ｐ電極）３２ａと、ｎクラッド層３０ｂ上に形成されたカソード側電極（ｎ電極）３２ｂと、を有している。半導体発光素子３は、第１のキャビティ２１の底面２１ａに形成された基板側電極上に、半導体層３０及び電極３２を基板電極側にして実装されている（すなわち、フリップチップ実装）。具体的には、半導体発光素子３は、電極３２が金バンプ等を介して基板側電極と電気的に接続されることにより、第１のキャビティ２１の底面２１ａに実装されている。また、半導体発光素子３は、第１のキャビティ２１を覆うとともに、ツェナーダイオード４に被せられるように配置されている。
【0030】
（レンズ６）
レンズ６は、例えば、半球形の形状を有している。レンズ６の形状は、半球形以外でもよく、例えば、凸状、凹状、あるいはそれ以外の形状でもよい。レンズ６は、半導体発光素子３のサファイア基板３１の底面３１ａ上に配置される。
レンズ６は、例えば、半球形の形状を有している。レンズ６の形状は、半球形以外でもよく、例えば、凸状、凹状、あるいはそれ以外の形状でもよい。レンズ６は、半導体発光素子３のサファイア基板３１の底面３１ａ上に配置される。
【0031】
〔半導体層３０内における光の伝播〕
半導体層３０の中心とパッケージ基板２の中心とが離れていることによって生じ得る観察方位による配光特性の偏りや放射照度分布の偏りを抑制するために、まず、発光層３０ｃから発せられた光を半導体層３０内を横方向に伝播させる。以下、図４を参照して、発光層３０ｃから発せられた光が半導体層３０内を横方向に伝播することについて説明する。ここで、「横方向」とは、半導体層３０の厚さ方向（すなわち、積層方向）に対して垂直な方向（図２の図示Ｘ－Ｙ方向。以下、「面内方向」ともいう。）をいう。なお、本実施の形態では、「光」は、主として、紫外光をいう。
半導体層３０の中心とパッケージ基板２の中心とが離れていることによって生じ得る観察方位による配光特性の偏りや放射照度分布の偏りを抑制するために、まず、発光層３０ｃから発せられた光を半導体層３０内を横方向に伝播させる。以下、図４を参照して、発光層３０ｃから発せられた光が半導体層３０内を横方向に伝播することについて説明する。ここで、「横方向」とは、半導体層３０の厚さ方向（すなわち、積層方向）に対して垂直な方向（図２の図示Ｘ－Ｙ方向。以下、「面内方向」ともいう。）をいう。なお、本実施の形態では、「光」は、主として、紫外光をいう。
【0032】
図４は、半導体層３０内を横方向に伝播する光の強度の一例を示す図であり、（ａ）は、図３ＣのＣ－Ｃ断面における光の伝播の一例を示す図であり、（ｂ）は、図３ＣのＤ－Ｄ断面における光の伝播の一例を示す図である。ここで、Ｃ－Ｃ断面は、ｐ電極３２ａを含み、ライトガイド層３０ｆを含まない断面の一例であり、Ｄ－Ｄ断面は、ライトガイド層３０ｆを含み、ｐ電極３２ａを含まない断面の一例である。
【0033】
図４各図の縦軸は、半導体層３０の厚さ方向の距離（以下、「深さ」ともいう。）を示し、横軸は、各層の屈折率ｎ及び光の強度を示す。また、棒グラフは、屈折率ｎの大きさを示し、曲線は、伝播する光の強度を示す。
【0034】
発光層３０ｃから発せられた紫外光は、等方的に伝達する放射光である。図４（ａ）に示すように、発光層３０ｃから発せられた紫外光のうち、コンタクト層３０ｅ側の方向に放射した紫外光は、コンタクト層３０ｅに吸収される。コンタクト層３０ｅは、紫外光に対する吸収係数の高いｐ－ＧａＮにより形成されているためである。
【0035】
また、発光層３０ｃから発せられた紫外光のうち、発光層３０ｃと隣接する層（すなわち、ｎクラッド層３０ｂ及びｐクラッド層３０ｄ）との界面に平行又は略平行に伝播する光は、半導体層３０の積層方向における末端部（すなわち、コンタクト層３０ｅ側）に向けて伝播するが、コンタクト層３０ｅの屈折率が高いため、コンタクト層３０ｅに引き寄せられ、コンタクト層３０ｅに吸収される。
【0036】
これに対して、図４（ｂ）に示すように、図３ＣのＤ－Ｄ断面内、すなわち、発光層３０ｃの直下にｐ電極３２ａ及びコンタクト層３０ｅがともに設けられていない領域内では、発光層３０ｃから発せられた光は、半導体層３０の積層方向及び層の界面と平行な方向における末端部（すなわち、ライトガイド層３０ｆ）まで伝播する。
【0037】
このＤ－Ｄ断面では、ｎクラッド層３０ｂ、発光層３０ｃ及びｐクラッド層３０ｄは、屈折率が低いライトガイド層３０ｆとバッファ層３０ａとの間に挟まれるように位置している。そのため、ｎクラッド層３０ｂ、発光層３０ｃ及びpクラッド層３０ｄを伝播する光の放射束を、平面視における半導体層３０の範囲内に閉じ込めることができるからである。
【0038】
〔半導体発光素子３からの光の取り出し〕
次に、半導体層３０内を横方向に伝播させた光を半導体発光素子３から外方に取り出す。以下、図５を参照して、半導体層３０内を横方向に伝播している光を半導体発光素子３から取り出すことについて説明する。
次に、半導体層３０内を横方向に伝播させた光を半導体発光素子３から外方に取り出す。以下、図５を参照して、半導体層３０内を横方向に伝播している光を半導体発光素子３から取り出すことについて説明する。
【0039】
図５は、半導体発光素子３からの光の取り出しの一例を示す図であり、（ａ）は、光取り出し構造の一例を模式的に示す図であり、（ｂ）は、光取り出し構造により取り出された光の様子を模式的に示す図である。なお、図５（ａ）の点線の矢印は、発光層３０ｃから発せられた紫外光の伝播の一例を表わしている。以下、同様の説明は、省略する場合がある。
【0040】
半導体層３０の中心とパッケージ基板２の中心とが離れていることによって生じ得る観察方位による配光特性の偏りや放射照度分布の偏りを抑制するために、半導体層３０の中心とパッケージ基板２の中心との位置ズレが解消する方向の側における半導体発光素子３の外方の領域から光を取り出す。
【0041】
半導体発光素子３から出射された光が伝播する、見かけ上の発光領域Ｒを、偏りが抑制される方向（すなわち、半導体層３０の中心がパッケージ基板２の中心に対して離れている方向と反対の方向。本実施の形態では、ツェナーダイオード４が搭載されている方向。）に拡げるためである。
【0042】
見かけ上の発光領域Ｒを偏りが抑制される方向に拡げるために、発光層３０ｃ、pクラッド層３０ｄ、及びライトガイド層３０ｆ（以下、総称して「光が導光する層」ともいう。）内を横方向に伝播する光をサファイア基板３１側（図示上側、＋Ｚ側。）に誘導する。
【0043】
本実施の形態では、光取り出し構造として、光が導光する層の面内方向における末端部の形状を傾斜させた傾斜構造３０Ａを設ける。具体的には、図５（ａ）に示すように、光が導光する層の面内方向において、半導体層３０の中心がパッケージ基板２の中心に対して離れている方向と反対の方向の側の末端部（図示－Ｙ方向側の末端部）に傾斜構造３０Ａを設ける。
【0044】
この傾斜構造３０Ａは、半導体層３０の中心がパッケージ基板２の中心に対して離れている方向と反対の方向の側の領域において、半導体層３０内を横方向に伝播する放射束の進行方向をサファイア基板３１側に変える役割を果たす。このときの導光する層の面内方向における末端部の形状について、傾斜構造３０Ａの傾斜面３０Ａａと傾斜していない面（すなわち、面内方向）とのなす角（以下、「傾斜角」ともいう。）をθとした場合、θは、９０°以下（θ≦９０°）の鋭角である。
【0045】
かかる傾斜構造３０Ａを設けることによって、図５（ａ）の点線の矢印に示されるように、発光層３０ｃから発せられた紫外光のうち横方向に伝播する紫外光は、各層の界面で反射する。そして、反射した紫外光の進行方向は、サファイア基板３１側（すなわち、図示上側）に変化する。このようにして、半導体層３０内を横方向に伝播する紫外光は、半導体層３０の中心がパッケージ基板２の中心に対して離れている方向と反対の方向の側における半導体発光素子３の外方の領域に導かれる。
【0046】
図５（ａ）では、説明の便宜上、図示－Ｙ方向側の末端部のみに傾斜構造３０Ａを描いたが、かかる傾斜構造３０Ａは、図示－Ｙ方向側の末端部のみならず、半導体層３０が延在する方向における末端部（図示－Ｘ方向側の末端部及び＋Ｙ方向側の末端部。）にさらに設けてもよい。
【0047】
このようにして、発光層３０ｃから発せられた紫外光のうち横方向に伝播する紫外光は、平面視において半導体層３０が存在している領域のみならず、図示－Ｙ方向、＋Ｘ方向及び－Ｘ方向側における半導体発光素子３の外方の領域にもさらに導かれる。なお、図５（ａ）では、「各層の界面」の一例として、発光層３０ｃとｐクラッド層３０ｄ及びコンタクト層３０ｅとの界面を例に挙げて説明した。
【0048】
また、光を取り出す構造としては、例えば、発光層３０ｃ、pクラッド層３０ｄ、及びライトガイド層３０ｆの厚さを、端面（上述した面内方向における末端部側の側面をいう。）に向かうに連れて変化させてもよい。具体的には、発光層３０ｃ、pクラッド層３０ｄ、及びライトガイド層３０ｆの厚さを、端面に向かうに連れて減少させてもよい。
【0049】
図５（ｂ）のドット３００は、半導体層３０から取り出された紫外光を表わしている。図５（ｂ）に示すように、取り出された紫外光は、平面視において、半導体層３０の周囲（具体的には、図示＋Ｘ方向、－Ｘ方向、及び－Ｙ方向の周囲）の領域から取り出される。このようにして、見かけ上の発光領域Ｒを、偏りが抑制される方向に拡げることができる。
【0050】
〔見かけ上の発光領域〕
次に、図６を参照して、半導体発光素子３が半導体層３０の中心とパッケージ基板２の中心とが離れるように配置されている場合における見かけ上の発光領域Ｒについて説明する。
次に、図６を参照して、半導体発光素子３が半導体層３０の中心とパッケージ基板２の中心とが離れるように配置されている場合における見かけ上の発光領域Ｒについて説明する。
【0051】
図６は、見かけ上の発光領域の一例を示す図であり、（ａ）は、半導体発光装置１から第１のキャビティ２１の領域を抜き出して示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のうちｎ電極の領域を拡大して示す一部拡大図である。実線の外枠は、第１のキャビティ２１の内壁面２１ｂを表わし、実線の内枠は、半導体層３０の外縁を表わし、点線は、ｎ電極３２ｂの領域を表わし、破線は、見かけ上の発光領域Ｒを表わす。図６（ｂ）は、図６（ａ）の点線の領域を拡大して示したものである。なお、以下、同様の説明は、省略する場合がある。
【0052】
図６各図に示すように、見かけ上の発光領域Ｒは、半導体層３０の中心がパッケージ基板２の中心に対して離れている方向（図６の図示＋Ｙ方向）と反対の方向（図６の図示－Ｙ方向）、及び半導体層３０の面内方向において半導体層３０の中心がパッケージ基板２の中心に対して離れている方向と直交する方向（図６の図示左右方向、Ｘ方向）にともに拡がる。また、見かけ上の発光領域Ｒが半導体層３０に対して拡がる幅ｄは、１００μｍ以上１５０μｍ以下である。
【0053】
図７は、見かけ上の発光領域の他の例を示す図であり、（ａ）は、半導体発光装置１から第１のキャビティ２１の領域を抜き出して示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のうちｎ電極の領域を拡大して示す一部拡大図である。図７に示す構成は、半導体層３０を配置する向きが図６に示す半導体層３０を配置する向きと９０°異なっている点で、図６に示す構成と相違する。
【0054】
具体的には、図７では、半導体層３０は、平面視において、図示Ｙ方向に延在した縦長の半導体層３０が横方向（図示Ｘ方向）に３列に並んだ形状を有している。また、図７に示す半導体層３０の配置の場合、半導体層３０の中心がパッケージ基板２の中心に対して離れている方向と反対の方向として、半導体層３０が延在する方向の側（図示－Ｙ方向側）の末端部に傾斜構造３０Ａを設ける。
【0055】
図７各図に示すように、見かけ上の発光領域Ｒは、半導体層３０の中心がパッケージ基板２の中心に対して離れている方向（図７の図示＋Ｙ方向）と反対の方向（図７の図示－Ｙ方向）に拡がる。見かけ上の発光領域Ｒが半導体層３０に対して拡がる幅ｄは、１００μｍ以上１５０μｍ以下である。
【0056】
＜変形例１＞
図８は、光取り出し構造の変形例を模式的に示す図である。図８に示すように、ライトガイド層３０ｆの下面（サファイア基板３１と反対側の面をいう。）にいくつかの窪み３０ｆａを設けてもよい。ｐクラッド層３０ｄに平行なライトガイド層３０ｆの領域は、光が取り出しにくいため、ライトガイド層３０ｆの下面に窪み３０ｆａを設けることで、紫外光をこの窪み３０ｆａで反射させることによって取り出すことが可能となるためである。
図８は、光取り出し構造の変形例を模式的に示す図である。図８に示すように、ライトガイド層３０ｆの下面（サファイア基板３１と反対側の面をいう。）にいくつかの窪み３０ｆａを設けてもよい。ｐクラッド層３０ｄに平行なライトガイド層３０ｆの領域は、光が取り出しにくいため、ライトガイド層３０ｆの下面に窪み３０ｆａを設けることで、紫外光をこの窪み３０ｆａで反射させることによって取り出すことが可能となるためである。
【0057】
ライトガイド層３０ｆの窪み３０ｆａは、例えば、エッチングで作製することが可能である。また、窪み３０ｆａの形状は、例えば、ドット形状としてよい。また、ドットの配置パターンは、公知のものでよく、例えば、図８に示すように、コンタクト層３０ｅのうち光源（図の「発光」参照。）に近いほどドット密度を疎とし、光源から遠くなるほどドット密度を密となるようにしてよい。このように配置すると、均一で効率よく光を取り出すことが可能である。
【0058】
また、光源からの距離に応じてドットのサイズが段階的に変化するようにしてもよい。例えば、図８に示すように、光源に近いほどドットのサイズを小さくし、光源から遠くなるほどドットのサイズを連続的に大きくしてもよい。
【0059】
＜変形例２＞
図９は、光取り出し構造の変形例を模式的に示す図である。必ずしも、図５及び図８に示したように紫外光が導光する層（すなわち、発光層３０ｃ、pクラッド層３０ｄ、ライトガイド層３０ｆ）の面内方向における末端部の形状を傾斜させた傾斜構造３０Ａを設けなくてもよく、図９に示すように、紫外光が導光する層の面内方向における末端部の形状を傾斜させずに、ライトガイド層３０ｆの下面に、光源に近い側から光源から離れる側に向かって疎から密になるようにドット密度が変化するよう配置された窪み３０ｆａを設けてもよい。
図９は、光取り出し構造の変形例を模式的に示す図である。必ずしも、図５及び図８に示したように紫外光が導光する層（すなわち、発光層３０ｃ、pクラッド層３０ｄ、ライトガイド層３０ｆ）の面内方向における末端部の形状を傾斜させた傾斜構造３０Ａを設けなくてもよく、図９に示すように、紫外光が導光する層の面内方向における末端部の形状を傾斜させずに、ライトガイド層３０ｆの下面に、光源に近い側から光源から離れる側に向かって疎から密になるようにドット密度が変化するよう配置された窪み３０ｆａを設けてもよい。
【0060】
＜変形例３＞
図１０は、光取り出し構造の変形例を模式的に示す図である。図１０に示すように、ライトガイド層３０ｆを、複数の誘電体層３０ｇａからなる誘電体多層膜３０ｇにより形成してもよい。ライトガイド層３０ｆを誘電体多層膜３０ｇとすることによって、紫外光がライトガイド層３０ｆに全反射が生じない角度で入射する場合であっても、複数の誘電体層３０ｇａのうちいずれかの誘電体層３０ｇａで反射させることができるため、紫外光を効率よく反射させることが可能となり、放射束を効率よく取り出すことができる。
図１０は、光取り出し構造の変形例を模式的に示す図である。図１０に示すように、ライトガイド層３０ｆを、複数の誘電体層３０ｇａからなる誘電体多層膜３０ｇにより形成してもよい。ライトガイド層３０ｆを誘電体多層膜３０ｇとすることによって、紫外光がライトガイド層３０ｆに全反射が生じない角度で入射する場合であっても、複数の誘電体層３０ｇａのうちいずれかの誘電体層３０ｇａで反射させることができるため、紫外光を効率よく反射させることが可能となり、放射束を効率よく取り出すことができる。
【0061】
図１１は、誘電体多層膜３０ｇの構成の一例を表で示した図である。発光層３０ｃに近い方を第１とし、発光層３０ｃから遠い方を第Ｎ（Ｎは、２以上の自然数）とした。図１１に示すように、誘電体多層膜３０ｇは、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３を組み合わせて構成される。また、誘電体多層膜３０ｇとコンタクト層３０ｅとが隣接するため、これらＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等の絶縁材料で形成することが望ましい。
【0062】
図１２は、一例として誘電体多層膜３０ｇを図１１に示すような構成とした場合における、傾斜構造３０Ａの傾斜面３０Ａａに対する入射角と光の波長と反射率との関係をグラフで示した図である。波長としては、発光層３０ｃから発光するピーク波長として２８０ｎｍを用いるとともに、誘電体多層膜３０ｇの膜厚は、４８０ｎｍとした。なお、図１２に示す反射率は、フレネルの反射式に基づいて算出されたＳ波及びＰ波の反射率を示している。
【0063】
図１２に示すように、紫外光が誘電体多層膜３０ｇに傾斜構造３０Ａの傾斜面３０Ａａに対して０°以上１０°未満の角度で入射した場合、８０％以上の反射率が得られる（図１２の黒丸、黒三角、黒四角参照）。また、傾斜構造３０Ａの傾斜面３０Ａａに対して１０°以上１５°未満の角度で入射した場合、６０％以上の反射率を得ることができる（図１２の黒四角、黒菱形参照）。なお、図１１に示す構成の場合、傾斜構造３０Ａの傾斜面３０Ａａに対して２３.６°以上の角度で入射した紫外光は、全反射となる。
【0064】
図１３は、誘電体多層膜３０ｇの構成の他の例を表で示した図である。膜厚の制約等で１００ｎｍ程度の多層膜しか積層できない場合、誘電体多層膜３０ｇは、例えば、図１３に示すような２つの誘電体層３０ｇａからなるものとしてよい。
【0065】
図１４は、一例として誘電体多層膜３０ｇを図１３に示すような構成とした場合における、傾斜構造３０Ａの傾斜面３０Ａａに対する入射角と光の波長と反射率との関係をグラフで示した図である。発光層３０ｃからのピーク波長は、図１２と同様に２８０ｎｍとし、誘電体多層膜３０ｇの膜厚は、８６ｎｍとした。図１４に示すように、傾斜構造３０Ａの傾斜面３０Ａａに対して０°以上２０°未満の角度では、３０％以上の反射率を得ることができる。なお、図１３の構成の場合も図１１の構成と同様に、傾斜構造３０Ａの傾斜面３０Ａａに対して２３.６°以上の角度で入射した紫外光は、全反射となる。
【0066】
〔中心の位置ズレと配光特性及び放射照度分布の偏りとの関係について〕
図１５乃至図１９は、半導体発光素子の中心及びパッケージ基板の中心の位置関係と、配光特性及び放射照度分布の偏りと、の関係を検証したシミュレーション結果の一例を示す図であり、図１５は、半導体発光素子の中心及びパッケージ基板の中心が一致している場合の結果であり、図１６乃至図１８は、半導体発光素子の中心及びパッケージ基板の中心が一致していない場合の結果であり、図１９は、図１８に示す例における配光特性のうち０°及び４５°を抜き出してまとめた図である。
図１５乃至図１９は、半導体発光素子の中心及びパッケージ基板の中心の位置関係と、配光特性及び放射照度分布の偏りと、の関係を検証したシミュレーション結果の一例を示す図であり、図１５は、半導体発光素子の中心及びパッケージ基板の中心が一致している場合の結果であり、図１６乃至図１８は、半導体発光素子の中心及びパッケージ基板の中心が一致していない場合の結果であり、図１９は、図１８に示す例における配光特性のうち０°及び４５°を抜き出してまとめた図である。
【0067】
図１５に示す結果と図１６乃至図１９に示す結果とを比較して示されるように、半導体発光素子の中心及びパッケージ基板の中心が一致している場合、配光特性及び放射照度分布には偏りが生じず略均一であるのに対して、半導体発光素子の中心及びパッケージ基板の中心が一致していない場合、配光特性及び放射照度分布には偏りが生じる。これらの結果から、半導体層３０がパッケージ基板２の中心に位置するように半導体発光素子３を配置できない場合、観察方位による配光特性の偏りや放射照度分布の偏りが生じることが示される。
【0068】
（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本発明によると、発光層３０ｃから発せされた光を半導体層内で横方向に伝播させ、また、この横方向に伝播した光を、半導体層３０の中心とパッケージ基板２の中心との位置ズレが解消する方向の側における半導体発光素子３の外方の領域から光を取り出すことによって、見かけ上の発光領域Ｒを偏りが抑制される方向に拡げることができる。そのため、半導体層がパッケージ基板の中心に位置するように半導体発光素子を配置できない場合であっても、図１６乃至図１９に示すような観察方位による配光特性の偏りや放射照度分布の偏りを抑制させることができる。
以上説明したように、本発明によると、発光層３０ｃから発せされた光を半導体層内で横方向に伝播させ、また、この横方向に伝播した光を、半導体層３０の中心とパッケージ基板２の中心との位置ズレが解消する方向の側における半導体発光素子３の外方の領域から光を取り出すことによって、見かけ上の発光領域Ｒを偏りが抑制される方向に拡げることができる。そのため、半導体層がパッケージ基板の中心に位置するように半導体発光素子を配置できない場合であっても、図１６乃至図１９に示すような観察方位による配光特性の偏りや放射照度分布の偏りを抑制させることができる。
【0069】
（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における
符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲に
おける構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における
符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲に
おける構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
【0070】
［１］半導体層（３０）を有する半導体発光素子（３）と、前記半導体発光素子（３）が搭載されるパッケージ基板（２）と、を備え、前記半導体層（３０）は、所定の波長域の光を発光する発光層（３０ｃ）と、前記発光層（３０ｃ）上に形成されたｐクラッド層（３０ｄ）と、前記ｐクラッド層（３０ｄ）上に形成されたコンタクト層（３０ｅ）と、前記ｐクラッド層（３０ｄ）上において前記コンタクト層（３０ｅ）の周囲に形成され、前記発光層（３０ｃ）から発せされた前記光を前記半導体層（３０）の面内方向に伝播させる前記ライトガイド層（３０ｆ）と、を備える、半導体発光装置（１）。
［２］前記発光層（３０ｃ）、前記ｐクラッド層（３０ｄ）及び前記ライトガイド層（３０ｆ）は、前記面内方向における末端部の形状を傾斜させた傾斜構造（３０Ａ）を有している、前記［１］に記載の半導体発光装置（１）。
［３］前記ライトガイド層（３０ｆ）は、空気の屈折率よりも大きい屈折率を有する、前記［１］又は［２］に記載の半導体発光装置（１）。
［４］前記ライトガイド層（３０ｆ）は、前記コンタクト層（３０ｅ）の厚さよりも薄い厚さを有する、前記［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の半導体発光装置（１）。
［５］前記ライトガイド層（３０ｆ）は、複数の誘電体層（３０ｇａ）からなる誘電体多層膜（３０ｇ）により形成されている、前記［１］乃至［４］のいずれか１つに記載の半導体発光装置（１）。
［６］前記誘電体多層膜（３０ｇ）は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３を含む絶縁材料により形成されている、前記［５］に記載の半導体発光装置（１）。
［７］前記半導体発光素子（３）は、前記半導体層（３０）の中心と前記パッケージ基板（２）の中心とが一致しないように配置されており、前記傾斜構造（３０Ａ）は、前記半導体層（３０）の中心が前記パッケージ基板（２）の中心に対して離れている方向と反対の方向の側の末端部に設けられている、前記［１］乃至［６］のいずれか１つに記載の半導体発光装置（１）。
［８］前記パッケージ基板（２）に搭載された定電圧素子をさらに備え、前記傾斜構造（３０Ａ）は、前記半導体発光素子（３）に対して前記定電圧素子が搭載されている方向の側の末端部に設けられている、前記［７］に記載の半導体発光装置（１）。
［２］前記発光層（３０ｃ）、前記ｐクラッド層（３０ｄ）及び前記ライトガイド層（３０ｆ）は、前記面内方向における末端部の形状を傾斜させた傾斜構造（３０Ａ）を有している、前記［１］に記載の半導体発光装置（１）。
［３］前記ライトガイド層（３０ｆ）は、空気の屈折率よりも大きい屈折率を有する、前記［１］又は［２］に記載の半導体発光装置（１）。
［４］前記ライトガイド層（３０ｆ）は、前記コンタクト層（３０ｅ）の厚さよりも薄い厚さを有する、前記［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の半導体発光装置（１）。
［５］前記ライトガイド層（３０ｆ）は、複数の誘電体層（３０ｇａ）からなる誘電体多層膜（３０ｇ）により形成されている、前記［１］乃至［４］のいずれか１つに記載の半導体発光装置（１）。
［６］前記誘電体多層膜（３０ｇ）は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３を含む絶縁材料により形成されている、前記［５］に記載の半導体発光装置（１）。
［７］前記半導体発光素子（３）は、前記半導体層（３０）の中心と前記パッケージ基板（２）の中心とが一致しないように配置されており、前記傾斜構造（３０Ａ）は、前記半導体層（３０）の中心が前記パッケージ基板（２）の中心に対して離れている方向と反対の方向の側の末端部に設けられている、前記［１］乃至［６］のいずれか１つに記載の半導体発光装置（１）。
［８］前記パッケージ基板（２）に搭載された定電圧素子をさらに備え、前記傾斜構造（３０Ａ）は、前記半導体発光素子（３）に対して前記定電圧素子が搭載されている方向の側の末端部に設けられている、前記［７］に記載の半導体発光装置（１）。
【0071】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲
に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。
に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【0072】
１…半導体発光装置
２…パッケージ基板
２ａ…上面
２１…第１のキャビティ
２１ａ…底面
２１ｂ…内壁面
２２…第２のキャビティ
２２ａ…内壁面
３…半導体発光素子
３０…半導体層
３０Ａ…傾斜構造
３０ａ…バッファ層
３０ｂ…ｎクラッド層
３０ｃ…発光層
３０ｄ…ｐクラッド層
３０ｅ…コンタクト層
３０ｆ…ライトガイド層
３０ｇ…誘電体多層膜
３０ｇａ…誘電体層
３１…サファイア基板
３１ａ…底面
３２…電極
３２ａ…アノード側電極（ｐ電極）
３２ｂ…カソード側電極（ｎ電極）
３００…ドット
４…ツェナーダイオード
６…レンズ
２…パッケージ基板
２ａ…上面
２１…第１のキャビティ
２１ａ…底面
２１ｂ…内壁面
２２…第２のキャビティ
２２ａ…内壁面
３…半導体発光素子
３０…半導体層
３０Ａ…傾斜構造
３０ａ…バッファ層
３０ｂ…ｎクラッド層
３０ｃ…発光層
３０ｄ…ｐクラッド層
３０ｅ…コンタクト層
３０ｆ…ライトガイド層
３０ｇ…誘電体多層膜
３０ｇａ…誘電体層
３１…サファイア基板
３１ａ…底面
３２…電極
３２ａ…アノード側電極（ｐ電極）
３２ｂ…カソード側電極（ｎ電極）
３００…ドット
４…ツェナーダイオード
６…レンズ
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】