JP2011211084A - 半導体発光素子および半導体発光素子アレイ - Google Patents

Abstract

【課題】ストークシフトの大きな波長変換構造を簡易な方法でチップ内に設けることの可能な半導体発光素子および半導体発光素子アレイを提供する。
【解決手段】柱状のメサ部１６の上面に色度変換層１５が設けられている。色度変換層１５は、メサ部１６のうち、下部電極３５と上部電極３１によって注入される電流経路とは異なる部位に形成されている。色度変換層１５は、例えば、組成比の互いに異なるＧａＩｎＮによりそれぞれ形成された井戸層およびバリア層を交互に積層してなる多重量子井戸構造となっており、活性層から発せられた紫外光を吸収し、所定の波長（赤色帯、緑色帯、青色帯）の光を発するようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層方向に光を射出する半導体発光素子および半導体発光素子アレイに関する。

従来、ＧａＮ系の半導体発光素子では、半導体発光素子から出力された光の波長を変換する方法として、半導体発光素子の外部に蛍光体材料を設けることが一般に行われている。

なお、上記とは異なる技術分野において、紫外線による蛍光体膜励起発光、電子線による蛍光体膜励起発光など、励起光源と発光部分とが互いに分離されている例がよく知られている（特許文献１〜３参照）。

特許３７２４４９０号公報 特許３７３６３５７号公報 特許３６０９３６５号公報

ところで、半導体発光素子の外部に蛍光体材料を設ける場合には、半導体発光素子を製造するプロセスとは異なるプロセスが必要となる。そのため、開発・製造コストが増大してしまうという問題があった。また、蛍光体材料では、ストークシフトが小さく、材料自体の色を選択することが容易ではない。さらに、変換後の発光スペクトルが、現状の蛍光体材料の励起側スペクトルよりも大幅にブロードになってしまう。

また、波長変換の他の方法として、希土類元素などを混入することにより電子励起型の発光素子を形成することも考えられていた。この方式による発光素子は、変換後の発光波長として赤色を選択できることから、波長選択に有利であるとされている。しかし、この発光素子の製造方法は極めて困難であり、実用性が低い。

このように、従来では、ストークシフトを大きくすることが容易ではなく、また、簡易な方法で波長変換構造をチップ内に設けることが困難であった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ストークシフトの大きな波長変換構造を簡易な方法でチップ内に設けることの可能な半導体発光素子および半導体発光素子アレイを提供することにある。

本発明の半導体発光素子は、第１導電型半導体層、活性層、第２導電型半導体層、色度変換層をこの順に含み、活性層から発せられた光を、色度変換層を介して外部に出力する半導体層を備えたものである。この半導体発光素子は、さらに、色度変換層を介さずに活性層に電流注入することの可能な位置に配置された電極を備えている。

本発明の半導体発光素子アレイは、第１導電型半導体層、活性層、第２導電型半導体層、色度変換層をこの順に含み、活性層から発せられた光を、色度変換層を介して外部に出力する複数のメサ部を有する半導体層を備えたものである。この半導体発光素子アレイは、さらに、色度変換層を介さずに活性層に電流注入することの可能な位置に配置された電極を備えている。

本発明の半導体発光素子および半導体発光素子アレイでは、半導体層内に色度変換層が設けられている。これにより、活性層などと同様の製法を用いて半導体層内に色度変換層を設けることができる。さらに、本発明では、半導体層のうち、電極によって注入される電流経路とは異なる部位に色度変換層が設けられている。これにより、駆動条件を変更することなく、半導体層内に色度変換層を設けることができる。また、色度変換層の組成比や積層構造は自由に変更可能であることから、それらを適宜、変更するだけで、ストークシフト量を自由に変更することが可能である。

本発明の半導体発光素子および半導体発光素子アレイによれば、半導体層内に色度変換層を設け、第１導電型半導体層などと同様の製法を用いて半導体層内に色度変換層を設けることができるようにした。また、色度変換層の組成比や積層構造を適宜、変更するだけで、ストークシフト量を自由に変更することができるようにした。これにより、ストークシフトの大きな波長変換構造（色度変換層）を簡易な方法でチップ内に設けることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る面発光型の半導体発光素子の斜視図である。 図１の半導体発光素子のＡ−Ａ矢視方向の断面図である。 図１の色度変換層の一例を表す断面図である。 図１の色度変換層の他の例を表す断面図である。 図２の半導体発光素子の一変形例を表す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る面発光型の半導体発光素子アレイの斜視図である。 図６の半導体発光素子アレイのＡ−Ａ矢視方向の断面図である。 図７の半導体発光素子アレイの第１の変形例を表す断面図である。 図７の半導体発光素子アレイの第２の変形例を表す断面図である。 図７の半導体発光素子アレイの第３の変形例を表す断面図である。

以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態（図１〜図４）
○色度変換層がメサ部の上面に設けられている例
２．第１の実施の形態の変形例（図５）
○色度変換層が基板裏面に設けられている例
３．第２の実施の形態（図６、図７）
○複数のメサ部が設けられている例
４．第２の実施の形態の変形例（図８〜図１０）
○色度変換層の内部構造および配置のバリエーション

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る面発光型の半導体発光素子１を斜視的に表したものである。図２は、図１の半導体発光素子１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成の一例を表したものである。図３、図４は、後述する色度変換層１５の内部構成の一例を表したものである。なお、図１〜図４は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。

本実施の形態の半導体発光素子１は、例えば、ＬＥＤ(Light Emitting Diode）を含んで構成されている。半導体発光素子１は、例えば、基板１０の一面側に、下部クラッド層１１、活性層１２、上部クラッド層１３、コンタクト層１４および色度変換層１５をこの順に積層してなる半導体層２０を備えている。この半導体層２０の上部、具体的には、下部クラッド層１１の一部（上部）、活性層１２、上部クラッド層１３、コンタクト層１４および色度変換層１５には柱状のメサ部１６が形成されている。メサ部１６は、活性層１２から発せられた光を、色度変換層１５を介して外部に出力するようになっている。

なお、本実施の形態では、下部クラッド層１１が本発明の「第１導電型半導体層」の一具体例に相当する。上部クラッド層１３が本発明の「第２導電型半導体層」の一具体例に相当する。基板１０および半導体層２０が本発明の「半導体層」の一具体例に相当する。

基板１０は、例えば、ＧａＮなどのＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体からなる。なお、基板１０は、サファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板などの、ＧａＮ基板以外の基板であってもよい。ここで、「ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体」とは、短周期型周期率表における３Ｂ族元素群のうちの少なくとも１種と、短周期型周期率表における５Ｂ族元素のうちの少なくともＮとを含むものを指している。ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体としては、例えば、ＧａおよびＮを含んだ窒化ガリウム系化合物が挙げられる。窒化ガリウム系化合物には、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどが含まれる。ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体には、必要に応じてＳｉ、Ｇｅ、Ｏ、ＳｅなどのＩＶ族またはＶＩ族元素のｎ型不純物、または、Ｍｇ、Ｚｎ、ＣなどのＩＩ族またはＩＶ族元素のｐ型不純物がドープされている。

半導体層２０（メサ部１６）内の各層は、互いに同一の材料系によって構成されており、具体的にはＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体によって構成されている。半導体層２０は、ウルツ鉱型結晶構造を有している。半導体層２０の成長面方位は（０００１）方向となっており、半導体層２０内の各層の結晶面方位は、全て同一の方向となっている。半導体層２０（メサ部１６）は、基板１０上への結晶成長によって形成されたものであり、半導体層２０内の各層は、互いに一括して形成されたものである。つまり、色度変換層１５は、半導体層２０内の他の層とともに一括に形成されたものである。

下部クラッド層１１は、例えば、ｎ型ＡｌＧａＮにより構成されている。活性層１２は、例えば、アンドープＧａＩｎＮにより構成されている。活性層１２は、例えば、紫外領域の光（紫外光）の波長帯に対応するバンドギャップを有しており、電流注入により紫外光を発するようになっている。上部クラッド層１３は、例えば、ｐ型ＡｌＧａＮにより構成されている。コンタクト層１４は、例えばｐ型ＡｌＧａＮにより構成されている。

色度変換層１５は、半導体層２０のうち、後述の下部電極３５と上部電極３１によって注入される電流経路とは異なる部位に形成されている。そのため、色度変換層１５は、半導体発光素子１の駆動条件に何ら影響を及ぼすものではなく、活性層１２から発せられた光に対してだけ作用を及ぼすものである。色度変換層１５は、活性層１２から発せられた光を吸収し、吸収した光の波長とは異なる波長の光を発する多層構造を有している。色度変換層１５は、例えば、図３（Ａ）に示したように、活性層１２から発せられた紫外光を吸収し、赤色の波長帯の光を発する多層構造１５ａを有している。また、色度変換層１５は、例えば、図３（Ｂ）に示したように、活性層１２から発せられた紫外光を吸収し、緑色の波長帯の光を発する多層構造１５ｂを有している。また、色度変換層１５は、例えば、図３（Ｃ）に示したように、活性層１２から発せられた紫外光を吸収し、青色の波長帯の光を発する多層構造１５ｃを有している。

多層構造１５ａ、多層構造１５ｂおよび多層構造１５ｃは、それぞれ、例えば、組成比の互いに異なるＧａＩｎＮによりそれぞれ形成された井戸層およびバリア層を交互に積層してなる多重量子井戸構造となっている。多層構造１５ａ、多層構造１５ｂおよび多層構造１５ｃに含まれるＩｎ組成比は、互いに異なっている。多層構造１５ａに含まれるＩｎ組成比が、例えば、３０〜３５％程度となっており、多層構造１５ｂに含まれるＩｎ組成比が、例えば、２５％程度となっており、多層構造１５ｃに含まれるＩｎ組成比が、例えば、１５％程度となっている。つまり、Ｉｎ組成比の違いだけで、多層構造１５ａ、多層構造１５ｂおよび多層構造１５ｃから発せられる光の波長が規定されている。なお、Ｉｎ組成比だけでなく、多層構造に含まれる各層の厚さや組み合わせなどを調整することによっても、多層構造１５ａ、多層構造１５ｂおよび多層構造１５ｃから発せられる光の波長が調整されていてもよい。

なお、本明細書では、色度変換層１５が赤色光を外部に出力するようになっている場合は、色度変換層１５を赤色度変換層１５Ｒと称するものとする。また、色度変換層１５が緑色光を外部に出力するようになっている場合は、色度変換層１５を緑色度変換層１５Ｇと称するものとする。また、色度変換層１５が青色光を外部に出力するようになっている場合は、色度変換層１５を青色度変換層１５Ｂと称するものとする。

色度変換層１５は、図３に示したような単一の多層構造のみからなっていてもよいが、例えば、図４（Ａ），（Ｂ）に示したような複数の多層構造を含んで構成されていてもよい。色度変換層１５（赤色度変換層１５Ｒ）は、例えば、図４（Ａ）に示したように、多層構造１５ｃ、多層構造１５ｂおよび多層構造１５ａを上部クラッド層１３側から順に積層して構成されている。また、色度変換層１５（緑色度変換層１５Ｇ）は、例えば、図４（Ｂ）に示したように、多層構造１５ｃおよび多層構造１５ｂを上部クラッド層１３側から順に積層して構成されている。

メサ部１６の上面（コンタクト層１４の外縁）には、少なくともメサ部１６の上面の中央領域との対向領域に開口を有する環状の上部電極３１が形成されている。上部電極３１は、コンタクト層１４と電気的に接続されており、かつ、色度変換層１５を介さずに活性層１２に電流注入することの可能な位置に配置されている。また、メサ部１６の側面および周辺の表面には、絶縁層３２が形成されている。絶縁層３２のうちメサ部１６の周辺に対応する表面上には、ワイヤ（図示せず）をボンディングするための電極パッド３３，３６と、接続部３４、３７とが設けられている。さらに、絶縁層３２のうちメサ部１６のすそ野には、下部クラッド層１１の一部が露出する開口３２Ａが設けられており、この開口３２Ａ内に露出する下部クラッド層１１の表面上にＣ型の下部電極３５が設けられている。下部電極３５は下部クラッド層１１と電気的に接続されている。電極パッド３３は、接続部３４を介して上部電極３１と電気的に接続されている。電極パッド３６は、接続部３７を介して下部電極３５と電気的に接続されている。

ここで、絶縁層３２は、例えば酸化物または窒化物などの絶縁材料からなる。上部電極３１、電極パッド３３，３６および接続部３４，３７は、例えば、Ｔｉ，ＰｔおよびＡｕをコンタクト層１４側から順に積層して構成されたものである。下部電極３５は、例えば、ＡｕとＧｅとの合金，ＮｉおよびＡｕとを下部クラッド層１１側から順に積層した構造を有している。

[製造方法]
本実施の形態の半導体発光素子１は、例えば次のようにして製造することができる。

ここでは、ＧａＮからなる基板１０上の化合物半導体層を、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により形成する。この際、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アンモニア (ＮＨ３)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、Ｈ₂Ｓｅを用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば、ジメチルジンク（ＤＭＺ）を用いる。

具体的には、まず、基板１０上に、下部クラッド層１１、活性層１２、上部クラッド層１３、コンタクト層１４および色度変換層１５をこの順に積層する。次に、色度変換層１５の表面に、円形状のレジスト層を形成する。続いて、例えば反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）法により、レジスト層をマスクとして、色度変換層１５を選択的に除去する。これにより、コンタクト層１４上に円形状の色度変換層１５が形成される。その後、レジスト層を除去する。

次に、色度変換層１５を含むコンタクト層１４の表面に、色度変換層１５を覆うように円形状のレジスト層を形成する。続いて、例えばＲＩＥ法により、レジスト層をマスクとして、コンタクト層１４から下部クラッド層１１の上部までを選択的に除去する。これにより、円形状のレジスト層の直下に、下部クラッド層１１の上部から色度変換層１５まで伸びた柱状のメサ部１６が形成される。その後、レジスト層を除去する。

次に、表面全体に、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ₂）などの絶縁性無機材料からなる絶縁層３２を形成する。続いて、メサ部１６の上面（コンタクト層１４の上面）に環状の開口を有するとともにメサ部１６のすそ野にＣ型の開口を有するレジスト層（図示せず）を表面全体に形成する。その後、例えばＲＩＥ法により、レジスト層をマスクとして、絶縁層３２を選択的に除去する。これにより、上部電極３１の形成される部分と、下部電極３５の形成される部分とに開口（図示せず）が形成される。その後、レジスト層を除去する。

次に、例えば真空蒸着法により、表面全体に前述の金属材料を積層させる。その後、例えば選択エッチングにより、絶縁層３２の開口を埋め込むようにして環状の上部電極３１およびＣ型の下部電極３５を形成すると共に、絶縁層３２のうちメサ部１７の周辺に対応する表面に電極パッド３３，３６を形成する。さらに、電極パッド３３と上部電極３１との間に接続部３４を形成するとともに、電極パッド３６と下部電極３５との間に接続部３７を形成する。このようにして、本実施の形態の半導体発光素子１が製造される。

次に、本実施の形態の半導体発光素子１の作用および効果について説明する。

[作用・効果]
本実施の形態の半導体発光素子１では、下部電極３５と上部電極３１との間に所定の電圧が印加されると、電流狭窄層１９における電流注入領域１９Ａを通して活性層１２に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。活性層１２で生じた光は、メサ部１７の上面から外部に出力される。

ところで、本実施の形態では、色度変換層１５は、半導体層２０のうち、下部電極３５と上部電極３１によって注入される電流経路とは異なる部位に形成されている。そのため、色度変換層１５には、電流が流れることがなく、色度変換層１５が半導体発光素子１の駆動条件に何らの影響も及ぼさない。従って、色度変換層１５の組成比や積層構造は半導体発光素子１の駆動条件によって制約されることはない。

また、本実施の形態では、半導体層２０内に色度変換層１５が設けられている。これにより、活性層１２などと同様の製法を用いて半導体層２０内に色度変換層１５を設けることができる。また、色度変換層１５の組成比や積層構造は上述のように自由に変更可能であることから、それらを適宜、変更するだけで、ストークシフト量を自由に変更することが可能である。従って、ストークシフトの大きな波長変換構造（色度変換層１５）を簡易な方法でチップ内（半導体層２０内）に設けることができる。

＜第１の実施の形態の変形例＞
上記実施の形態では、色度変換層１５は、メサ部１６の上面に設けられていたが、例えば、図５に示したように、基板１０の裏面に形成されていてもよい。この場合、色度変換層１５は、基板１０への結晶成長によって形成されたものであり、半導体発光素子１の光射出面１５Ａが、基板１０の裏面側となる。このとき、メサ部１６の上面には、コンタクト層１４が露出することになるが、例えば、図５に示したように、メサ部１６の上面全体に、上部電極３１を形成してもよい。なお、本変形例においては、色度変換層１５、基板１０および半導体層２０が本発明の「半導体層」の一具体例に相当する。

＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係る面発光型の半導体発光素子アレイ２について説明する。図６は、半導体発光素子アレイ２を斜視的に表したものである。図７、図８は、図６の半導体発光素子アレイ２のＡ−Ａ矢視方向の断面構成の一例を表したものである。なお、図６〜図８は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。

本実施の形態の半導体発光素子アレイ２は、複数の半導体発光素子１を１つのチップに形成したものである。そこで、以下では、上記実施の形態との共通点についての説明を適宜省略し、本実施の形態の特徴点について詳細に説明するものとする。なお、各半導体発光素子１の下部電極３５は図６に示したように共通化されていてもよいし、図示しないが互いに別個に形成されていてもよい。

半導体発光素子アレイ２は、基板１０の一面側に、複数のメサ部１６を備えている。各メサ部１６内の各層は、互いに同一の材料系によって構成されており、具体的にはＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体によって構成されている。各メサ部１６は、基板１０上への結晶成長によって形成されたものであり、半導体層２０（各メサ部１６）内の各層は、互いに一括して形成されたものである。つまり、色度変換層１５は、半導体層２０内の他の層とともに一括に形成されたものである。各メサ部１６は、活性層１２から発せられた光を、色度変換層１５を介して外部に出力するようになっている。ここで、図６に示したように、複数のメサ部１６のうち一のメサ部１６（第１のメサ部）に含まれる色度変換層１５が、赤色度変換層１５Ｒとなっている。また、複数のメサ部１６のうち他のメサ部１６（第２のメサ部）に含まれる色度変換層１５が、緑色度変換層１５Ｇとなっており、さらに、複数のメサ部１６のうちその他のメサ部１６（第３のメサ部）に含まれる色度変換層１５が、青色度変換層１５Ｇとなっている。

ここで、赤色度変換層１５Ｒは、例えば、図７に示したように、活性層１２から発せられた紫外光を吸収し、赤色の波長帯の光を発する多層構造１５ａを有している。また、緑色度変換層１５Ｇは、例えば、図７に示したように、活性層１２から発せられた紫外光を吸収し、緑色の波長帯の光を発する多層構造１５ｂを有している。また、青色度変換層１５Ｂは、例えば、図７に示したように、活性層１２から発せられた紫外光を吸収し、青色の波長帯の光を発する多層構造１５ｃを有している。多層構造１５ａ、多層構造１５ｂおよび多層構造１５ｃは、例えば、組成比の互いに異なるＧａＩｎＮによりそれぞれ形成された井戸層およびバリア層を交互に積層してなる多重量子井戸構造となっている。多層構造１５ａ、多層構造１５ｂおよび多層構造１５ｃに含まれるＩｎ組成比は、互いに異なっている。なお、多層構造１５ａ、多層構造１５ｂおよび多層構造１５ｃに含まれるＩｎ組成比は、第１の実施の形態で説明した値と同様である。

なお、赤色度変換層１５Ｒおよび緑色度変換層１５Ｇは、図７に示したような単一の多層構造のみからなっていてもよいが、例えば、図８に示したような複数の多層構造を含んで構成されていてもよい。赤色度変換層１５Ｒは、例えば、図８に示したように、多層構造１５ｃ、多層構造１５ｂおよび多層構造１５ａを上部クラッド層１３側から順に積層して構成されていてもよい。このとき、多層構造１５ｂは、活性層１２および多層構造１５ｃから発せられた光を吸収し、緑色の波長帯の光を発するようになっている。多層構造１５ａは、活性層１２、多層構造１５ｃおよび多層構造１５ｂから発せられた光を吸収し、赤色の波長帯の光を発するようになっている。また、緑色度変換層１５Ｇは、例えば、図８に示したように、多層構造１５ｃおよび多層構造１５ｂを上部クラッド層１３側から順に積層して構成されていてもよい。このとき、多層構造１５ｂは、活性層１２および多層構造１５ｃから発せられた光を吸収し、緑色の波長帯の光を発するようになっている。

[製造方法]
次に、本実施の形態の半導体発光素子アレイ２の製造方法の一例について説明する。半導体発光素子アレイ２は、基本的には、半導体発光素子１の製造方法と同様の方法によって製造可能である。ただし、赤色度変換層１５Ｒおよび緑色度変換層１５Ｇを、例えば、図８に示したような複数の多層構造を含んで構成する場合には、以下に示す方法を用いることが好ましい。

具体的には、まず、基板１０上に、下部クラッド層１１、活性層１２、上部クラッド層１３、コンタクト層１４および色度変換層１５をこの順に積層する。また、色度変換層１５として、多層構造１５ｃ、多層構造１５ｂおよび多層構造１５ａを上部クラッド層１３側から順に積層したものを、上部クラッド層１３上に形成しておく。

次に、色度変換層１５のうち、赤色度変換層１５Ｒを形成することとなる領域を含む表面を覆うとともに、緑色度変換層１５Ｇおよび青色度変換層１５Ｂを形成することとなる領域を含む表面に開口を有するレジスト層を形成する。続いて、例えばＲＩＥ法により、レジスト層をマスクとして、色度変換層１５のうち多層構造１５ａを選択的に除去する。その後、レジスト層を除去する。

続いて、色度変換層１５のうち、赤色度変換層１５Ｒおよび緑色度変換層１５Ｇを形成することとなる領域を含む表面を覆うとともに、青色度変換層１５Ｂを形成することとなる領域を含む表面に開口を有するレジスト層を形成する。続いて、例えばＲＩＥ法により、レジスト層をマスクとして、色度変換層１５のうち多層構造１５ｂを選択的に除去する。その後、レジスト層を除去する。

さらに、色度変換層１５のうち、メサ部１６を形成することとなる領域に、メサ部１６の上面よりも小さな面積の複数の円形状のレジスト層を形成する。続いて、例えばＲＩＥ法により、レジスト層をマスクとして、色度変換層１５を選択的に除去する。その後、レジスト層を除去する。これにより、赤色の波長帯の光を発することとなるメサ部１６の上面に、多層構造１５ｃ、多層構造１５ｂおよび多層構造１５ａが上部クラッド層１３側から順に積層された赤色度変換層１５Ｒが形成される。また、緑色の波長帯の光を発することとなるメサ部１６の上面に、多層構造１５ｃおよび多層構造１５ｂが上部クラッド層１３側から順に積層された緑色度変換層１５Ｇが形成される。さらに、青色の波長帯の光を発することとなるメサ部１６の上面に、多層構造１５ｃからなる青色度変換層１５Ｂが形成される。

次に、色度変換層１５を含むコンタクト層１４の表面に、個々の色度変換層１５を覆うように複数の円形状のレジスト層を形成する。続いて、例えばＲＩＥ法により、レジスト層をマスクとして、コンタクト層１４から下部クラッド層１１の上部までを選択的に除去する。これにより、円形状のレジスト層の直下に、下部クラッド層１１の上部から色度変換層１５まで伸びた柱状のメサ部１６が形成される。その後、レジスト層を除去する。

その後は、上記の半導体発光素子１の製造方法と同様の工程を実行する。このようにして、本実施の形態の半導体発光素子アレイ２が製造される。

次に、本実施の形態の半導体発光素子アレイ２の作用および効果について説明する。

[作用・効果]
本実施の形態の半導体発光素子アレイ２では、下部電極３５と、個々の上部電極３１との間に所定の電圧が印加されると、個々のメサ部１７において、電流狭窄層１９の電流注入領域１９Ａを通して活性層１２に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。活性層１２で生じた光は、メサ部１７の上面から外部に出力される。

ところで、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様、色度変換層１５は、半導体層２０のうち、下部電極３５と上部電極３１によって注入される電流経路とは異なる部位に形成されている。そのため、色度変換層１５には、電流が流れることがなく、色度変換層１５が半導体発光素子１の駆動条件に何らの影響も及ぼさない。従って、色度変換層１５の組成比や積層構造は半導体発光素子１の駆動条件によって制約されることはない。

また、第１の実施の形態と同様、半導体層２０内に色度変換層１５が設けられている。これにより、活性層１２などと同様の製法を用いて半導体層２０内に色度変換層１５を設けることができる。また、色度変換層１５の組成比や積層構造は上述のように自由に変更可能であることから、それらを適宜、変更するだけで、ストークシフト量を自由に変更することが可能である。従って、ストークシフトの大きな波長変換構造（色度変換層１５）を簡易な方法でチップ内（半導体層２０内）に設けることができる。

＜第２の実施の形態の変形例＞
上記第２の実施の形態では、色度変換層１５は、メサ部１６の上面に設けられていたが、例えば、図９、図１０に示したように、基板１０の裏面に形成されていてもよい。この場合、色度変換層１５は、基板１０への結晶成長によって形成されたものであり、半導体発光素子アレイ２の光射出面１５Ａが、基板１０の裏面側となる。このとき、メサ部１６の上面には、コンタクト層１４が露出することになるが、例えば、図９、図１０に示したように、メサ部１６の上面全体に、上部電極３１を形成してもよい。なお、本変形例においては、色度変換層１５、基板１０および半導体層２０が本発明の「半導体層」の一具体例に相当する。

以上、複数の実施の形態およびそれらの変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記各実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。

例えば、上記第２の実施の形態およびその変形例では、各メサ部１６は、基板１０上への結晶成長によって形成されたものであったが、例えば、図示しないが、全てのメサ部１６のうち少なくとも１つが、基板１０上への実装によって搭載されたものであってもよい。

また、上記各実施の形態等では、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体発光素子を例にして本発明を説明したが、他の化合物半導体発光素子にも適用可能である。

また、上記各実施の形態等では、ＬＥＤを例にして本発明を説明したが、面発光型の半導体レーザにももちろん適用可能である。

１…半導体発光素子、２…半導体発光素子アレイ、１０…基板、１１…下部クラッド層、１２…活性層、１３…上部クラッド層、１４…コンタクト層、１５…色度変換層、１５Ａ…光射出面、１５Ｒ…赤色度変換層、１５Ｇ…緑色度変換層、１５Ｂ…青色度変換層、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…多層構造、１６…メサ部、２０…半導体層、３１…上部電極、３２…絶縁層、３２Ａ…開口、３３，３６…電極パッド、３４，３７…接続部、３５…下部電極。

Claims (14)

1. 第１導電型半導体層、活性層、第２導電型半導体層、色度変換層をこの順に含み、前記活性層から発せられた光を、前記色度変換層を介して外部に出力する半導体層と、
   前記色度変換層を介さずに前記活性層に電流注入することの可能な位置に配置された電極と
   を備えた半導体発光素子。
2. 前記色度変換層は、前記活性層から発せられた光を吸収し、吸収した光の波長とは異なる波長の光を発する多層構造を有する
   請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記半導体層内の各層は、互いに同一の材料系によって構成されている
   請求項２に記載の半導体発光素子。
4. 前記半導体層内の各層は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体によって構成されている
   請求項３に記載の半導体発光素子。
5. 前記色度変換層は、前記第１導電型半導体層、前記活性層および前記第２導電型半導体層とともに一括に形成されたものである
   請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
6. 前記半導体層は、前記第２導電型半導体層と前記色度変換層との間に半導体基板を有し、
   前記色度変換層は、前記半導体基板上への結晶成長によって形成されたものである
   請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
7. 第１導電型半導体層、活性層、第２導電型半導体層、色度変換層をこの順に含み、前記活性層から発せられた光を、前記色度変換層を介して外部に出力する複数のメサ部を有する半導体層と、
   前記色度変換層を介さずに各活性層に電流注入することの可能な位置に配置された電極と
   を備えた半導体発光素子アレイ。
8. 複数のメサ部のうち第１のメサ部に含まれる色度変換層は、前記活性層から発せられた光を吸収し、第１の波長帯の波長の光を発する第１の多層構造を有し、
   複数のメサ部のうち第２のメサ部に含まれる色度変換層は、前記第１の多層構造と、前記第１の多層構造から発せられた光を吸収し、前記第１の波長帯よりも長波長の光を発する第２の多層構造とを有し、
   複数のメサ部のうち第３のメサ部に含まれる色度変換層は、前記第１の多層構造と、前記第２の多層構造と、前記第２の多層構造から発せられた光を吸収し、前記第２の波長帯よりも長波長の光を発する第３の多層構造とを有する
   請求項７に記載の半導体発光素子アレイ。
9. 複数のメサ部のうち第１のメサ部に含まれる色度変換層は、前記活性層から発せられた光を吸収し、第１の波長帯の波長の光を発する第１の多層構造を有し、
   複数のメサ部のうち第２のメサ部に含まれる色度変換層は、前記活性層から発せられた光を吸収し、前記第１の波長帯よりも長波長の光を発する第２の多層構造を有し、
   複数のメサ部のうち第３のメサ部に含まれる色度変換層は、前記活性層から発せられた光を吸収し、前記第２の波長帯よりも長波長の光を発する第３の多層構造を有する
   請求項７に記載の半導体発光素子アレイ。
10. 各メサ部は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体によって構成されている
    請求項８または請求項９に記載の半導体発光素子アレイ。
11. 前記第１の多層構造、前記第２の多層構造および前記第３の多層構造は、いずれも、Ｉｎを含んで構成されており、
    前記第１の多層構造、前記第２の多層構造および前記第３の多層構造のＩｎ組成比は、互いに異なっている
    請求項１０に記載の半導体発光素子アレイ。
12. 前記半導体層は、前記第１導電型半導体層との関係で前記活性層とは反対側に半導体基板を有し、
    各メサ部は、前記半導体基板上への結晶成長によって形成されたものである
    請求項８または請求項９に記載の半導体発光素子アレイアレイ。
13. 前記半導体層は、前記第２導電型半導体層と前記色度変換層との間に半導体基板を有し、
    前記色度変換層は、前記半導体基板上への結晶成長によって形成されたものである
    請求項８または請求項９に記載の半導体発光素子アレイ。
14. 前記半導体層は、前記第１導電型半導体層との関係で前記活性層とは反対側に半導体基板を有し、
    全てのメサ部のうち少なくとも１つは、前記半導体基板上への実装によって搭載されたものである
    請求項８または請求項９に記載の半導体発光素子アレイ。

Images