JPH0856018A - 半導体発光素子、および半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
半導体発光素子、および半導体発光素子の製造方法Info
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- JPH0856018A JPH0856018A JP18956694A JP18956694A JPH0856018A JP H0856018 A JPH0856018 A JP H0856018A JP 18956694 A JP18956694 A JP 18956694A JP 18956694 A JP18956694 A JP 18956694A JP H0856018 A JPH0856018 A JP H0856018A
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- H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 単一の半導体発光素子１から青、緑、赤色の
光が発せられるようにして、集合光として白色の光を得
るための調整作業の簡易化を図り、かつ不良品の発生に
伴うコスト面での不利益を低減させる。 【構成】 サファイア基板２の表面上に、Ｎ型半導体層
３、発光層４、およびＰ型半導体層５から構成される積
層部６を形成するとともに、少なくとも上記基板２の表
面と直交する方向に向かって上記発光層４から光が発せ
られるように構成された半導体発光素子１において、上
記積層部６を、基板２の表面と平行な面内において複数
の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３に区分し、この複数の領域の各
発光層から発せられる光の波長が各領域相互間で異なる
ように、その領域の別異に応じて少なくとも一層につい
て異種の結晶層を成長させる。
光が発せられるようにして、集合光として白色の光を得
るための調整作業の簡易化を図り、かつ不良品の発生に
伴うコスト面での不利益を低減させる。 【構成】 サファイア基板２の表面上に、Ｎ型半導体層
３、発光層４、およびＰ型半導体層５から構成される積
層部６を形成するとともに、少なくとも上記基板２の表
面と直交する方向に向かって上記発光層４から光が発せ
られるように構成された半導体発光素子１において、上
記積層部６を、基板２の表面と平行な面内において複数
の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３に区分し、この複数の領域の各
発光層から発せられる光の波長が各領域相互間で異なる
ように、その領域の別異に応じて少なくとも一層につい
て異種の結晶層を成長させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、半導体発光素子、お
よび半導体発光素子の製造方法に関し、特に単一の素子
から複数の波長の光を同時に発光させるための技術に関
する。
よび半導体発光素子の製造方法に関し、特に単一の素子
から複数の波長の光を同時に発光させるための技術に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年においては、有機金属化学気相成長
法（以下、ＭＯＣＶＤ法という）を利用して、サファイ
ア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長さ
せることなどにより、高輝度特性を備えた青色発光ダイ
オード等の発光デバイスが開発されるに至っている。
法（以下、ＭＯＣＶＤ法という）を利用して、サファイ
ア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長さ
せることなどにより、高輝度特性を備えた青色発光ダイ
オード等の発光デバイスが開発されるに至っている。
【０００３】上記高輝度の青色発光ダイオードの構造例
を述べると、サファイア基板上にＧａＮのバッファ層を
成長させ、このバッファ層の上に、Ｎ型半導体層（Ｇａ
Ｎ層、ＡｌＧａＮ層）、発光層（ＩｎＧａＮ層）、およ
びＰ型半導体層（ＡｌＧａＮ層、ＧａＮ層）を積層状に
成長させたものである。そして、上記Ｎ型のＧａＮ層
と、Ｐ型のＧａＮ層とに、それぞれ電極が形成される。
を述べると、サファイア基板上にＧａＮのバッファ層を
成長させ、このバッファ層の上に、Ｎ型半導体層（Ｇａ
Ｎ層、ＡｌＧａＮ層）、発光層（ＩｎＧａＮ層）、およ
びＰ型半導体層（ＡｌＧａＮ層、ＧａＮ層）を積層状に
成長させたものである。そして、上記Ｎ型のＧａＮ層
と、Ｐ型のＧａＮ層とに、それぞれ電極が形成される。
【０００４】一方、このような青色発光ダイオードの高
輝度化に伴って、他の緑色や赤色の発光ダイオードの輝
度との同一レベル化が促進される。この事態を受けて、
青色発光ダイオードの用途は、単に発光器具等から青色
の光のみを発することに留まることなく、他の高輝度の
赤色や緑色の発光ダイオードとともに青色発光ダイオー
ドを発光させることにより、全体として白色の光が発せ
られるようにすることも可能になる。
輝度化に伴って、他の緑色や赤色の発光ダイオードの輝
度との同一レベル化が促進される。この事態を受けて、
青色発光ダイオードの用途は、単に発光器具等から青色
の光のみを発することに留まることなく、他の高輝度の
赤色や緑色の発光ダイオードとともに青色発光ダイオー
ドを発光させることにより、全体として白色の光が発せ
られるようにすることも可能になる。
【０００５】なお、白色の光を発する発光器具の使用態
様としては、たとえば反射型液晶ディスプレイのバック
ライト光源、または透過型液晶ディスプレイの光源など
がその一例として挙げられる。そして、従来において
は、これらの光源として、蛍光管を使用しているのが実
情であった。
様としては、たとえば反射型液晶ディスプレイのバック
ライト光源、または透過型液晶ディスプレイの光源など
がその一例として挙げられる。そして、従来において
は、これらの光源として、蛍光管を使用しているのが実
情であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
発光ダイオードを使用して白色の光が発せられる光源等
を作製するには、青色、緑色、および赤色の発光ダイオ
ードをそれぞれ所定の規則性をもって基板上等に実装す
ることが考えられる。
発光ダイオードを使用して白色の光が発せられる光源等
を作製するには、青色、緑色、および赤色の発光ダイオ
ードをそれぞれ所定の規則性をもって基板上等に実装す
ることが考えられる。
【０００７】しかしながら、このような手段によれば、
上記３種類の発光ダイオードから同時に各光が発せられ
た際に、その光の集合が実際に白色の光として認識でき
るか否かの調整が困難になるという問題を有している。
詳しくは、上記各発光ダイオードの種類別の配設個数や
それらの配列状態が、最終的に得られる光の色に微妙な
影響を与えることになるため、その調整作業は個々の光
源等に応じて慎重に行わねばならず、基板上等への各発
光ダイオードの組み込み作業が面倒かつ煩雑になるので
ある。
上記３種類の発光ダイオードから同時に各光が発せられ
た際に、その光の集合が実際に白色の光として認識でき
るか否かの調整が困難になるという問題を有している。
詳しくは、上記各発光ダイオードの種類別の配設個数や
それらの配列状態が、最終的に得られる光の色に微妙な
影響を与えることになるため、その調整作業は個々の光
源等に応じて慎重に行わねばならず、基板上等への各発
光ダイオードの組み込み作業が面倒かつ煩雑になるので
ある。
【０００８】さらに、上記のような手段であれば、３種
類の発光ダイオードを基板上等に実装した後でなけれ
ば、その白色の良否の判定を行うことができず、不良品
の発生に起因するコスト面での不利益が大きくなるとい
う問題をも有している。
類の発光ダイオードを基板上等に実装した後でなけれ
ば、その白色の良否の判定を行うことができず、不良品
の発生に起因するコスト面での不利益が大きくなるとい
う問題をも有している。
【０００９】なお、反射型あるいは透過型の液晶ディス
プレイの白色の光源として、上記例示したように蛍光管
を使用していたのでは、ディスプレイの薄型化や軽量化
を図ることができないばかりでなく、その寿命あるいは
耐久性に問題が生じることになる。
プレイの白色の光源として、上記例示したように蛍光管
を使用していたのでは、ディスプレイの薄型化や軽量化
を図ることができないばかりでなく、その寿命あるいは
耐久性に問題が生じることになる。
【００１０】本願発明は、上述の事情のもとで考え出さ
れたものであって、単一の半導体発光素子から複数色の
光が発せられるようにして、その各光の集合をたとえば
白色として認識できるようにするとともに、その白色の
光を得るための調整作業の簡易化を図り、さらには、基
板上等に各半導体発光素子を実装する前段階において不
良品の判定を行うことにより不良品の発生に伴うコスト
面での不利益を低減させることをその課題とする。
れたものであって、単一の半導体発光素子から複数色の
光が発せられるようにして、その各光の集合をたとえば
白色として認識できるようにするとともに、その白色の
光を得るための調整作業の簡易化を図り、さらには、基
板上等に各半導体発光素子を実装する前段階において不
良品の判定を行うことにより不良品の発生に伴うコスト
面での不利益を低減させることをその課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
め、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１２】すなわち、本願の請求項１に記載した発明
は、基板の表面上に、Ｎ型半導体層、発光層、およびＰ
型半導体層から構成される積層部を形成するとともに、
少なくとも上記基板の表面と直交する方向に向かって上
記発光層から光が発せられるように構成された半導体発
光素子において、上記積層部を、基板の表面と平行な面
内において複数の領域に区分し、この複数の領域の各発
光層から発せられる光の波長が各領域相互間で異なるよ
うに、その領域の別異に応じて少なくとも一層について
異種の結晶層を成長させたことを特徴としている。
は、基板の表面上に、Ｎ型半導体層、発光層、およびＰ
型半導体層から構成される積層部を形成するとともに、
少なくとも上記基板の表面と直交する方向に向かって上
記発光層から光が発せられるように構成された半導体発
光素子において、上記積層部を、基板の表面と平行な面
内において複数の領域に区分し、この複数の領域の各発
光層から発せられる光の波長が各領域相互間で異なるよ
うに、その領域の別異に応じて少なくとも一層について
異種の結晶層を成長させたことを特徴としている。
【００１３】この場合において、上記各領域から発せら
れる光の集合が白色として認識できるようにするには、
本願の請求項２に記載した発明のように、上記積層部が
３つの領域を備えているとともに、この３つの領域の各
発光層からは、その領域の別異に応じて、青色、緑色、
および赤色に対応する波長の光が発せられるように構成
されていることが好ましい。
れる光の集合が白色として認識できるようにするには、
本願の請求項２に記載した発明のように、上記積層部が
３つの領域を備えているとともに、この３つの領域の各
発光層からは、その領域の別異に応じて、青色、緑色、
および赤色に対応する波長の光が発せられるように構成
されていることが好ましい。
【００１４】一方、本願の請求項３に記載した発明は、
基板の表面上に、Ｎ型半導体層、発光層、およびＰ型半
導体層から構成される積層部を形成するとともに、少な
くとも上記基板の表面と直交する方向に向かって上記発
光層から光が発せられるように構成された半導体発光素
子の製造方法であって、基板の表面上の表面層に対し
て、エッチングと、そのエッチングにより除去した部分
への積層部の形成とを順次行うことにより、少なくと
も、第１の波長の光に対応する積層構造を有する第１領
域の積層部と、第２の波長の光に対応する積層構造を有
する第２領域の積層部と、第３の波長の光に対応する積
層構造を有する第３領域の積層部と、を順次形成してい
くようにしたことを特徴
基板の表面上に、Ｎ型半導体層、発光層、およびＰ型半
導体層から構成される積層部を形成するとともに、少な
くとも上記基板の表面と直交する方向に向かって上記発
光層から光が発せられるように構成された半導体発光素
子の製造方法であって、基板の表面上の表面層に対し
て、エッチングと、そのエッチングにより除去した部分
への積層部の形成とを順次行うことにより、少なくと
も、第１の波長の光に対応する積層構造を有する第１領
域の積層部と、第２の波長の光に対応する積層構造を有
する第２領域の積層部と、第３の波長の光に対応する積
層構造を有する第３領域の積層部と、を順次形成してい
くようにしたことを特徴
【００１５】さらに、本願の請求項４に記載した発明
は、基板の表面上に、Ｎ型半導体層、発光層、およびＰ
型半導体層から構成される積層部を形成するとともに、
少なくとも上記基板の表面と直交する方向に向かって上
記発光層から光が発せられるように構成された半導体発
光素子の製造方法であって、上記基板の表面上の全域に
対して、第１の波長の光を発光させるための第１の積層
構造に対応するように各結晶層を成長させて積層部を形
成する工程と、上記積層部の表面を、上記第１の波長の
光の発光領域をマスクにより覆い、この時の非マスク領
域に対して第１のエッチングを行う工程と、上記第１の
エッチングを行った領域に対して、第２の波長の光を発
光させるための第２の積層構造に対応するように各結晶
層を成長させる工程と、上記第２の積層構造に対応する
部分的積層部の表面に対して、上記２の波長の光の発光
領域をマスクにより覆い、この時の非マスク領域に対し
て第２のエッチングを行う工程と、上記第２のエッチン
グを行った領域に対して、第３の波長の光を発光させる
ための第３の積層構造に対応するように各結晶層を成長
させる工程と、を少なくとも備えていることを特徴とし
ている。
は、基板の表面上に、Ｎ型半導体層、発光層、およびＰ
型半導体層から構成される積層部を形成するとともに、
少なくとも上記基板の表面と直交する方向に向かって上
記発光層から光が発せられるように構成された半導体発
光素子の製造方法であって、上記基板の表面上の全域に
対して、第１の波長の光を発光させるための第１の積層
構造に対応するように各結晶層を成長させて積層部を形
成する工程と、上記積層部の表面を、上記第１の波長の
光の発光領域をマスクにより覆い、この時の非マスク領
域に対して第１のエッチングを行う工程と、上記第１の
エッチングを行った領域に対して、第２の波長の光を発
光させるための第２の積層構造に対応するように各結晶
層を成長させる工程と、上記第２の積層構造に対応する
部分的積層部の表面に対して、上記２の波長の光の発光
領域をマスクにより覆い、この時の非マスク領域に対し
て第２のエッチングを行う工程と、上記第２のエッチン
グを行った領域に対して、第３の波長の光を発光させる
ための第３の積層構造に対応するように各結晶層を成長
させる工程と、を少なくとも備えていることを特徴とし
ている。
【００１６】
【発明の作用および効果】上記請求項１に記載した発明
によれば、半導体発光素子の基板上の積層部が複数の領
域に区分されることにより、たとえば、第１、第２、第
３のそれぞれの領域における各部分的積層部の三層状結
晶層を形成している窒化ガリウム系化合物半導体の種類
が、その領域毎に異なったものとして構成される。ま
た、上記領域毎に、窒化ガリウム系化合物半導体の混晶
比や、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｓｅ等の添加量が異なったものとし
て構成されてもよい。換言すれば、各領域毎に少なくと
も一層の結晶層の種類が異なるものであればよい。
によれば、半導体発光素子の基板上の積層部が複数の領
域に区分されることにより、たとえば、第１、第２、第
３のそれぞれの領域における各部分的積層部の三層状結
晶層を形成している窒化ガリウム系化合物半導体の種類
が、その領域毎に異なったものとして構成される。ま
た、上記領域毎に、窒化ガリウム系化合物半導体の混晶
比や、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｓｅ等の添加量が異なったものとし
て構成されてもよい。換言すれば、各領域毎に少なくと
も一層の結晶層の種類が異なるものであればよい。
【００１７】このように、上記積層部の各領域毎の結晶
層の種類が異なることにより、その領域毎の各発光層か
ら発せられる光の波長が異なることになる。したがっ
て、単一の半導体発光素子から複数の色の光が同時に発
せられることになり、基板上に複数種の半導体発光素子
（発光ダイオード）を実装しなくても、基本的には同一
の発光状態が得られる。
層の種類が異なることにより、その領域毎の各発光層か
ら発せられる光の波長が異なることになる。したがっ
て、単一の半導体発光素子から複数の色の光が同時に発
せられることになり、基板上に複数種の半導体発光素子
（発光ダイオード）を実装しなくても、基本的には同一
の発光状態が得られる。
【００１８】加えて、上記複数の色の光の波長およびそ
の発光量は、各領域毎に成長される結晶層の種類によっ
て決まるものであるため、上記結晶層の成長を正確に行
うことにより、単一の半導体発光素子から発せられる集
合光の色が画一的に定まることになる。したがって、た
とえば基板上に複数種の半導体発光素子を実装する過程
においてその集合光の色の調整を行う場合と比較して、
その調整作業ならびに基板上への組み込み作業に要する
手間および時間は著しく減少する。
の発光量は、各領域毎に成長される結晶層の種類によっ
て決まるものであるため、上記結晶層の成長を正確に行
うことにより、単一の半導体発光素子から発せられる集
合光の色が画一的に定まることになる。したがって、た
とえば基板上に複数種の半導体発光素子を実装する過程
においてその集合光の色の調整を行う場合と比較して、
その調整作業ならびに基板上への組み込み作業に要する
手間および時間は著しく減少する。
【００１９】さらに、上記半導体発光素子の集合光の色
の不良判定は、その半導体発光素子の製作段階で行える
ことから、たとえば基板上に複数種の半導体発光素子を
実装した後に不良判定を行う場合と比較して、その不良
品の発生に伴う経済的不利益は激減する。
の不良判定は、その半導体発光素子の製作段階で行える
ことから、たとえば基板上に複数種の半導体発光素子を
実装した後に不良判定を行う場合と比較して、その不良
品の発生に伴う経済的不利益は激減する。
【００２０】そして、上記単一の半導体発光素子からの
集合光の色を白色にするには、上記請求項２に記載した
発明のように、上記積層部を３つの領域に区分して、各
領域からそれぞれ青色、緑色、および赤色の光が発せら
れるようにすればよい。このように、単一の半導体発光
素子から白色の集合光が発せられることから、この半導
体発光素子を、液晶ディスプレイの光源等として利用で
きるようになる。これにより、この種の液晶ディスプレ
イの薄型化や軽量化が実現することになる。
集合光の色を白色にするには、上記請求項２に記載した
発明のように、上記積層部を３つの領域に区分して、各
領域からそれぞれ青色、緑色、および赤色の光が発せら
れるようにすればよい。このように、単一の半導体発光
素子から白色の集合光が発せられることから、この半導
体発光素子を、液晶ディスプレイの光源等として利用で
きるようになる。これにより、この種の液晶ディスプレ
イの薄型化や軽量化が実現することになる。
【００２１】一方、上記請求項３および請求項４に記載
した発明によれば、ＳｉＯ2 等のマスクを利用してエッ
チングおよび各結晶層の成長を行わせることにより、基
板上に順々に、第１、第２、および第３の波長の光を発
する３種類の積層構造の領域が形成される。そして、上
記３種類の積層構造をそれぞれ、青色、緑色、および赤
色の光を発することが可能な３種類の窒化ガリウム系化
合物半導体層の組み合わせなどで構成することにより、
上述の白色発光が可能な半導体発光素子を得ることがで
きる。
した発明によれば、ＳｉＯ2 等のマスクを利用してエッ
チングおよび各結晶層の成長を行わせることにより、基
板上に順々に、第１、第２、および第３の波長の光を発
する３種類の積層構造の領域が形成される。そして、上
記３種類の積層構造をそれぞれ、青色、緑色、および赤
色の光を発することが可能な３種類の窒化ガリウム系化
合物半導体層の組み合わせなどで構成することにより、
上述の白色発光が可能な半導体発光素子を得ることがで
きる。
【００２２】この製造は、比較的容易に行えるものであ
るため、製造の複雑化等の不具合を招くことはなく、ま
た製造コストの高騰等をも回避できることになる。
るため、製造の複雑化等の不具合を招くことはなく、ま
た製造コストの高騰等をも回避できることになる。
【００２３】
【実施例の説明】以下、本願発明の好ましい実施例を、
図面を参照しつつ具体的に説明する。
図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００２４】図１は本願発明の第１実施例に係る半導体
発光素子を示す要部破断斜視図、図２はその製造方法を
説明するための概略平面図、図３、図４および図５はそ
れぞれ上記半導体発光素子の各領域の結晶層の積層状態
を示す概略縦断面図、図６は上記半導体発光素子の完成
品の一例を示す外観斜視図、である。
発光素子を示す要部破断斜視図、図２はその製造方法を
説明するための概略平面図、図３、図４および図５はそ
れぞれ上記半導体発光素子の各領域の結晶層の積層状態
を示す概略縦断面図、図６は上記半導体発光素子の完成
品の一例を示す外観斜視図、である。
【００２５】図１に示すように、第１実施例に係る半導
体発光素子１は、基本的には、絶縁基板であるサファイ
ア基板２上に、Ｎ型半導体層３と、発光層４と、Ｐ型半
導体層５とから構成される積層部６を形成したものであ
る。この積層部６は、サファイア基板１の表面と平行な
面内において３つの領域に区分されているが、その区分
状態は、たとえば図２に示すように、第１、第２および
第３領域Ａ１、Ａ２、Ａ３の各表面積が略同一になるよ
うに設定されている。
体発光素子１は、基本的には、絶縁基板であるサファイ
ア基板２上に、Ｎ型半導体層３と、発光層４と、Ｐ型半
導体層５とから構成される積層部６を形成したものであ
る。この積層部６は、サファイア基板１の表面と平行な
面内において３つの領域に区分されているが、その区分
状態は、たとえば図２に示すように、第１、第２および
第３領域Ａ１、Ａ２、Ａ３の各表面積が略同一になるよ
うに設定されている。
【００２６】詳細には、上記積層部６は、透明または半
透明のサファイア基板２の表面上に窒化ガリウムのバッ
ファ層７を成長させ、その表面側に上記各領域Ａ１、Ａ
２、Ａ３に応じて異なる部分的積層部を形成したもので
ある。
透明のサファイア基板２の表面上に窒化ガリウムのバッ
ファ層７を成長させ、その表面側に上記各領域Ａ１、Ａ
２、Ａ３に応じて異なる部分的積層部を形成したもので
ある。
【００２７】上記積層部６の第１領域Ａ１は、青色に対
応した波長（好ましくは４７０ｎｍ）の光を発光させる
領域である。そして、この第１領域Ａ１は、図３に示す
ように、上記バッファ層７であるＧａＮ層の表面上に、
下層部分から順に、Ｎ型ＧａＮの層３１と、Ｎ型Ａｌ
0.2 Ｇａ0.8 Ｎの層３２と、発光層４であるＩｎ0.15Ｇ
ａ0.85Ｎの層と、Ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎの層５１と、
Ｐ型ＧａＮの層５２と、を形成したものである。
応した波長（好ましくは４７０ｎｍ）の光を発光させる
領域である。そして、この第１領域Ａ１は、図３に示す
ように、上記バッファ層７であるＧａＮ層の表面上に、
下層部分から順に、Ｎ型ＧａＮの層３１と、Ｎ型Ａｌ
0.2 Ｇａ0.8 Ｎの層３２と、発光層４であるＩｎ0.15Ｇ
ａ0.85Ｎの層と、Ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎの層５１と、
Ｐ型ＧａＮの層５２と、を形成したものである。
【００２８】加えて、上記Ｎ型ＧａＮの層３１およびＮ
型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎの層３２には、Ｓｉが添加され、
Ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎの層５１およびＰ型ＧａＮの層
５２には、Ｍｇが添加されているとともに、上記Ｉｎ
0.15Ｇａ0.85Ｎの層４にはＺｎが添加されている。そし
て、上記Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎの層４におけるＩｎのＧａ
に対する組成比（混晶比）を増加させた場合には、この
層４から発せられる光の波長が長くなるとともに、上記
Ｚｎの添加量を増加させた場合には、上記組成比を増加
させた場合よりもさらに光の波長が長くなるという特性
を備えている。なお、上記各層の厚みは、下層側から各
層３１、３２、４、５１、５２のそれぞれの順に、たと
えば３μｍ、３００ｎｍ、５０ｎｍ、３００ｎｍ、１５
０ｎｍに設定されている。
型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎの層３２には、Ｓｉが添加され、
Ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎの層５１およびＰ型ＧａＮの層
５２には、Ｍｇが添加されているとともに、上記Ｉｎ
0.15Ｇａ0.85Ｎの層４にはＺｎが添加されている。そし
て、上記Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎの層４におけるＩｎのＧａ
に対する組成比（混晶比）を増加させた場合には、この
層４から発せられる光の波長が長くなるとともに、上記
Ｚｎの添加量を増加させた場合には、上記組成比を増加
させた場合よりもさらに光の波長が長くなるという特性
を備えている。なお、上記各層の厚みは、下層側から各
層３１、３２、４、５１、５２のそれぞれの順に、たと
えば３μｍ、３００ｎｍ、５０ｎｍ、３００ｎｍ、１５
０ｎｍに設定されている。
【００２９】一方、上記積層部６の第２領域Ａ２は、緑
色に対応した波長の光を発光させる領域である。この第
２領域Ａ２は、図４に示すように、上記第１領域Ａ１と
同様のＮ型の層３３、３４およびＰ型の層５３、５４が
形成されており、僅かに異なる点は、発光層４１がＩｎ
0.4 Ｇａ0.6 Ｎの層であって、かつ、この層４１のＺｎ
の添加量を増加させ、または／およびＢｅ、Ｓｅなどを
添加させた点である。これは、上述のようにＩｎのＧａ
に対する組成比を増加させることにより、あるいはＺｎ
の添加量を増加させることにより、この層４１から発せ
られる光の波長が長くなり、発光色を上述の青色から緑
色に移行できることによるものである。
色に対応した波長の光を発光させる領域である。この第
２領域Ａ２は、図４に示すように、上記第１領域Ａ１と
同様のＮ型の層３３、３４およびＰ型の層５３、５４が
形成されており、僅かに異なる点は、発光層４１がＩｎ
0.4 Ｇａ0.6 Ｎの層であって、かつ、この層４１のＺｎ
の添加量を増加させ、または／およびＢｅ、Ｓｅなどを
添加させた点である。これは、上述のようにＩｎのＧａ
に対する組成比を増加させることにより、あるいはＺｎ
の添加量を増加させることにより、この層４１から発せ
られる光の波長が長くなり、発光色を上述の青色から緑
色に移行できることによるものである。
【００３０】さらに、上記積層部６の第３領域Ａ３は、
赤色に対応した波長の光を発光させる領域である。この
第３領域Ａ３は、図５に示すように、下層部分から順
に、Ｎ型Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｎの層３５と、Ｎ型ＧａＮの
層３６と、発光層４２であるＩｎ0.8 Ｇａ0.2 Ｎの層
と、Ｐ型ＧａＮの層５５と、Ｐ型Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｎの
層５６と、を形成したものである。
赤色に対応した波長の光を発光させる領域である。この
第３領域Ａ３は、図５に示すように、下層部分から順
に、Ｎ型Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｎの層３５と、Ｎ型ＧａＮの
層３６と、発光層４２であるＩｎ0.8 Ｇａ0.2 Ｎの層
と、Ｐ型ＧａＮの層５５と、Ｐ型Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｎの
層５６と、を形成したものである。
【００３１】次に、上記の積層構造を備えた半導体発光
素子１の製造方法を、図２(a) 、(b) 、(c) に基づいて
説明する。なお、これらの各図に示すものは、最終的に
単一のチップとして得られるたとえば平面視が一辺０．
５ｍｍの正方形状のものであるが、実際の製造に際して
は、所定面積のウエハに対して上記各図に示すような構
造のものを複数箇所に一括して形成した後、ダイシング
により複数個の半導体発光素子１に分割するという手法
が採用される（後述する図８についても同様）。
素子１の製造方法を、図２(a) 、(b) 、(c) に基づいて
説明する。なお、これらの各図に示すものは、最終的に
単一のチップとして得られるたとえば平面視が一辺０．
５ｍｍの正方形状のものであるが、実際の製造に際して
は、所定面積のウエハに対して上記各図に示すような構
造のものを複数箇所に一括して形成した後、ダイシング
により複数個の半導体発光素子１に分割するという手法
が採用される（後述する図８についても同様）。
【００３２】上記半導体発光素子１の製造は、まず、図
２(a) にその平面視状態を示すように、正方形状のサフ
ァイア基板１の単位表面の全域に対し、ＭＯＣＶＤ法を
用いて、図３に示す青色発光に対応する積層構造が得ら
れるように各単結晶層を順次成長させる。
２(a) にその平面視状態を示すように、正方形状のサフ
ァイア基板１の単位表面の全域に対し、ＭＯＣＶＤ法を
用いて、図３に示す青色発光に対応する積層構造が得ら
れるように各単結晶層を順次成長させる。
【００３３】このようにして得られた上記積層部６に対
し、図２(b) に示す青色発光部である第１領域Ａ１の表
面をＳｉＯ2 膜によるマスクで覆い、非マスク部分であ
る第２、第３領域Ａ２、Ａ３に対応する積層部をエッチ
ングにより取り除く。
し、図２(b) に示す青色発光部である第１領域Ａ１の表
面をＳｉＯ2 膜によるマスクで覆い、非マスク部分であ
る第２、第３領域Ａ２、Ａ３に対応する積層部をエッチ
ングにより取り除く。
【００３４】この後、上記エッチングにより取り除かれ
た第２、第３領域Ａ２、Ａ３に対し、図４に示す緑色発
光に対応する積層構造が得られるように、上記ＭＯＣＶ
Ｄ法により各単結晶層を順次成長させる。
た第２、第３領域Ａ２、Ａ３に対し、図４に示す緑色発
光に対応する積層構造が得られるように、上記ＭＯＣＶ
Ｄ法により各単結晶層を順次成長させる。
【００３５】次に、上記の緑色発光に対応する領域Ａ
２、Ａ３に対し、図２(c) に示す緑色発光部である第２
領域Ａ２の表面を上記に加えてＳｉＯ2 膜によるマスク
で覆い、この時の非マスク部分である第３領域Ａ３に対
応する積層部をエッチングにより取り除く。
２、Ａ３に対し、図２(c) に示す緑色発光部である第２
領域Ａ２の表面を上記に加えてＳｉＯ2 膜によるマスク
で覆い、この時の非マスク部分である第３領域Ａ３に対
応する積層部をエッチングにより取り除く。
【００３６】さらにこの後、上記エッチングにより取り
除かれた第３領域Ａ３に対し、図５に示す赤色発光に対
応する積層構造が得られるように、上記ＭＯＣＶＤ法に
より各単結晶層を順次成長させる。
除かれた第３領域Ａ３に対し、図５に示す赤色発光に対
応する積層構造が得られるように、上記ＭＯＣＶＤ法に
より各単結晶層を順次成長させる。
【００３７】この結果、図１に示すように、サファイア
基板２上に、青色発光、緑色発光、および赤色発光にそ
れぞれ対応する各積層構造を有する第１、第２、第３領
域Ａ１、Ａ２、Ａ３を備えた半導体発光素子１が得られ
る。
基板２上に、青色発光、緑色発光、および赤色発光にそ
れぞれ対応する各積層構造を有する第１、第２、第３領
域Ａ１、Ａ２、Ａ３を備えた半導体発光素子１が得られ
る。
【００３８】以上のようにして得られた半導体発光素子
１は、単一の素子から３色の光を発することが可能であ
り、これらを同時に発光させることにより、その集合光
を白色として視認できることになる。詳しくは、上記各
領域Ａ１、Ａ２、Ａ３の各発光層４、４１、４２から発
せられる光は、サファイア基板２の表面と直交する方向
に向かって照射される。したがって、上記３つの領域の
各発光面積の大きさおよび／または各光の発光量がたと
えば均一等の適切な値になるように、あらかじめ各領域
の積層部の構造を設定しておけば、上記３色の光の集合
光は白色となるのである。
１は、単一の素子から３色の光を発することが可能であ
り、これらを同時に発光させることにより、その集合光
を白色として視認できることになる。詳しくは、上記各
領域Ａ１、Ａ２、Ａ３の各発光層４、４１、４２から発
せられる光は、サファイア基板２の表面と直交する方向
に向かって照射される。したがって、上記３つの領域の
各発光面積の大きさおよび／または各光の発光量がたと
えば均一等の適切な値になるように、あらかじめ各領域
の積層部の構造を設定しておけば、上記３色の光の集合
光は白色となるのである。
【００３９】したがって、白色の光を発光させる光源等
を作製するに際して、たとえば青色、緑色、および赤色
の光をそれぞれ独立して発光させることが可能な３種類
の半導体発光素子を、基板上に種類毎に適当数だけ適切
な配列状態で実装するといった手法を採用する必要がな
くなる。これにより、たとえば反射型液晶ディスプレイ
のバックライト光源、または透過型液晶ディスプレイの
光源などに、上記半導体発光素子１を使用できるのみな
らず、その基板上への実装作業が簡易化される。加え
て、この種のディスプレイの薄型化や軽量化が可能にな
るとともに、従来のように蛍光管を使用していた場合と
比較して、その寿命あるいは耐久性が向上することにな
る。
を作製するに際して、たとえば青色、緑色、および赤色
の光をそれぞれ独立して発光させることが可能な３種類
の半導体発光素子を、基板上に種類毎に適当数だけ適切
な配列状態で実装するといった手法を採用する必要がな
くなる。これにより、たとえば反射型液晶ディスプレイ
のバックライト光源、または透過型液晶ディスプレイの
光源などに、上記半導体発光素子１を使用できるのみな
らず、その基板上への実装作業が簡易化される。加え
て、この種のディスプレイの薄型化や軽量化が可能にな
るとともに、従来のように蛍光管を使用していた場合と
比較して、その寿命あるいは耐久性が向上することにな
る。
【００４０】なお、上記サファイア基板２は透明（また
は半透明）であることから、積層部６の表面側から光を
照射させるのみならず、サファイア基板２の裏面側から
光を照射させることも可能である。
は半透明）であることから、積層部６の表面側から光を
照射させるのみならず、サファイア基板２の裏面側から
光を照射させることも可能である。
【００４１】そして、上記半導体発光素子１に対する電
極の配設状態は特に限定されるわけではなく、種々のバ
リエーションが可能である。具体例を述べると、上記３
つの領域Ａ１、Ａ２、Ａ３の全ての領域についての共通
電極として、たとえば上記Ｐ型のＧａＮの層３１に一方
側の電極を形成し、上記Ｎ型のＧａＮの層５２に他方側
の電極を形成することが考えられる。
極の配設状態は特に限定されるわけではなく、種々のバ
リエーションが可能である。具体例を述べると、上記３
つの領域Ａ１、Ａ２、Ａ３の全ての領域についての共通
電極として、たとえば上記Ｐ型のＧａＮの層３１に一方
側の電極を形成し、上記Ｎ型のＧａＮの層５２に他方側
の電極を形成することが考えられる。
【００４２】また、上記３種類の積層構造の状態から判
断して上記のような共通電極の配設では不十分な場合に
は、たとえば図６に示すように３箇所のコーナー部をエ
ッチングにより所定深さまで除去して、各領域Ａ１、Ａ
２、Ａ３のそれぞれについて、図示の位置にある各結晶
層に一方側の電極Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と他方側の電極Ｎ
１、Ｎ２、Ｎ３とを形成するようにしてもよい。なお、
一部の領域、たとえば第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２
とだけを共通電極にすることも可能である。以上の各電
極の形成は、既存の手法（蒸着およびエッチングによる
手法）によって行われる。
断して上記のような共通電極の配設では不十分な場合に
は、たとえば図６に示すように３箇所のコーナー部をエ
ッチングにより所定深さまで除去して、各領域Ａ１、Ａ
２、Ａ３のそれぞれについて、図示の位置にある各結晶
層に一方側の電極Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と他方側の電極Ｎ
１、Ｎ２、Ｎ３とを形成するようにしてもよい。なお、
一部の領域、たとえば第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２
とだけを共通電極にすることも可能である。以上の各電
極の形成は、既存の手法（蒸着およびエッチングによる
手法）によって行われる。
【００４３】図７は、本願発明に係る半導体発光素子１
の第２実施例を示しており、この半導体発光素子１は、
各領域Ａ１、Ａ２、Ａ３の形状を矩形にしたものであ
る。このように、各領域の形状については、本願発明で
は特に限定されるわけではなく、これら以外にも種々の
形状であっても差し支えないことは言うまでもない。ま
た、電極の配設状態についても、この第２実施例で例示
したように、３種類の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３にまたがる
共通電極Ｐ４や、２種類の領域Ａ１、Ａ３にまたがる共
通電極Ｎ４を形成することなども可能である。なお、こ
の第２実施例を示す図７において、上記第１実施例と共
通の構成要件については同一符号を付し、その説明を省
略する。
の第２実施例を示しており、この半導体発光素子１は、
各領域Ａ１、Ａ２、Ａ３の形状を矩形にしたものであ
る。このように、各領域の形状については、本願発明で
は特に限定されるわけではなく、これら以外にも種々の
形状であっても差し支えないことは言うまでもない。ま
た、電極の配設状態についても、この第２実施例で例示
したように、３種類の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３にまたがる
共通電極Ｐ４や、２種類の領域Ａ１、Ａ３にまたがる共
通電極Ｎ４を形成することなども可能である。なお、こ
の第２実施例を示す図７において、上記第１実施例と共
通の構成要件については同一符号を付し、その説明を省
略する。
【００４４】図８は、本願発明に係る半導体発光素子１
の第３実施例を示しており、この半導体発光素子１は、
サファイア基板２上に形成した絶縁層１０を介して、上
記３の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３の積層部を相互に独立させ
たものである。そして、各領域Ａ１、Ａ２、Ａ３は、円
形状を呈している。なお、上記第１、第２実施例として
図示した構成についても、この場合と同様に、各領域相
互間に絶縁層を形成するようにしてもよい。
の第３実施例を示しており、この半導体発光素子１は、
サファイア基板２上に形成した絶縁層１０を介して、上
記３の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３の積層部を相互に独立させ
たものである。そして、各領域Ａ１、Ａ２、Ａ３は、円
形状を呈している。なお、上記第１、第２実施例として
図示した構成についても、この場合と同様に、各領域相
互間に絶縁層を形成するようにしてもよい。
【００４５】そして、この第３実施例に係る半導体発光
素子１の製造方法は、まずサファイア基板２の単位表面
上の全域に対し、たとえばＳｉＯ2 等の絶縁層１０を形
成しておく。そして、この絶縁層１０の表面における第
１、第２、第３領域Ａ１、Ａ２、Ａ３を除外した部分を
マスクで覆い、これらの各領域をエッチングにより取り
除く。この後、図８(a) に示すように、上記エッチング
を行った各部分に対し、上述の青色発光に対応する積層
構造の積層部を形成する。
素子１の製造方法は、まずサファイア基板２の単位表面
上の全域に対し、たとえばＳｉＯ2 等の絶縁層１０を形
成しておく。そして、この絶縁層１０の表面における第
１、第２、第３領域Ａ１、Ａ２、Ａ３を除外した部分を
マスクで覆い、これらの各領域をエッチングにより取り
除く。この後、図８(a) に示すように、上記エッチング
を行った各部分に対し、上述の青色発光に対応する積層
構造の積層部を形成する。
【００４６】次に、上記第１領域Ａ１の表面をさらにマ
スクで覆った後、図８(b) に示す残余部分である第２、
第３領域Ａ２、Ａ３をエッチングにより除去し、この除
去した両領域Ａ２、Ａ３に対して上述の緑色発光に対応
する積層構造の積層部を形成する。この後、上記第２領
域Ａ２の表面をさらにマスクで覆い、図８(c) に示す残
余部分である第３領域Ａ３をエッチングにより除去し、
この除去した第３領域Ａ３に対して赤色発光に対応する
積層構造の積層部を形成する。このような手法によって
も、各色を同時に発光させることが可能な単一の半導体
発光素子１が得られる。
スクで覆った後、図８(b) に示す残余部分である第２、
第３領域Ａ２、Ａ３をエッチングにより除去し、この除
去した両領域Ａ２、Ａ３に対して上述の緑色発光に対応
する積層構造の積層部を形成する。この後、上記第２領
域Ａ２の表面をさらにマスクで覆い、図８(c) に示す残
余部分である第３領域Ａ３をエッチングにより除去し、
この除去した第３領域Ａ３に対して赤色発光に対応する
積層構造の積層部を形成する。このような手法によって
も、各色を同時に発光させることが可能な単一の半導体
発光素子１が得られる。
【００４７】なお、上記第１ないし第３実施例は、積層
部６を３つの領域Ａ１、Ａ２、Ａ３に区分したものであ
が、２つあるいは４つ以上の領域に積層部６を区分する
ようにしてもよく、また各領域から発せられる光の色に
ついても青、緑、および赤の組み合わせ以外や、これら
にその他の色を付加したものなどであってもよい。
部６を３つの領域Ａ１、Ａ２、Ａ３に区分したものであ
が、２つあるいは４つ以上の領域に積層部６を区分する
ようにしてもよく、また各領域から発せられる光の色に
ついても青、緑、および赤の組み合わせ以外や、これら
にその他の色を付加したものなどであってもよい。
【００４８】加えて、上記積層部６のうちの発光層４の
みについて、ＩｎとＧａとの組成比や、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｓ
ｅなどの添加量を、各領域毎に異ならせる構成であって
も差し支えない。
みについて、ＩｎとＧａとの組成比や、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｓ
ｅなどの添加量を、各領域毎に異ならせる構成であって
も差し支えない。
【図１】本願発明の第１実施例に係る半導体発光素子の
内部積層構造を示す要部破断斜視図である。
内部積層構造を示す要部破断斜視図である。
【図２】上記第１実施例に係る半導体発光素子の製造方
法を説明するための概略図である。
法を説明するための概略図である。
【図３】上記第１実施例に係る半導体発光素子の各領域
のうちの青色発光に対応する領域の積層構造を示す縦断
面図である。
のうちの青色発光に対応する領域の積層構造を示す縦断
面図である。
【図４】上記第１実施例に係る半導体発光素子の各領域
のうちの緑色発光に対応する領域の積層構造を示す縦断
面図である。
のうちの緑色発光に対応する領域の積層構造を示す縦断
面図である。
【図５】上記第１実施例に係る半導体発光素子の各領域
のうちの赤色発光に対応する領域の積層構造を示す縦断
面図である。
のうちの赤色発光に対応する領域の積層構造を示す縦断
面図である。
【図６】上記第１実施例に係る半導体発光素子の完成品
の一例を示す外観斜視図である。
の一例を示す外観斜視図である。
【図７】本願発明の第２実施例に係る半導体発光素子の
完成品の一例を示す外観斜視図である。
完成品の一例を示す外観斜視図である。
【図８】本願発明の第３実施例に係る半導体発光素子の
製造方法を説明するための概略図である。
製造方法を説明するための概略図である。
１ 半導体発光素子 ２ 基板（サファイア基板） ３ Ｎ型半導体層 ４、４１、４２ 発光層 ５ Ｐ型半導体層 ６ 積層部 Ａ１ 第１領域 Ａ２ 第２領域 Ａ３ 第３領域
Claims (4)
- 【請求項１】 基板の表面上に、Ｎ型半導体層、発光
層、およびＰ型半導体層から構成される積層部を形成す
るとともに、少なくとも上記基板の表面と直交する方向
に向かって上記発光層から光が発せられるように構成さ
れた半導体発光素子において、 上記積層部を、基板の表面と平行な面内において複数の
領域に区分し、この複数の領域の各発光層から発せられ
る光の波長が各領域相互間で異なるように、その領域の
別異に応じて少なくとも一層について異種の結晶層を成
長させたことを特徴とする、半導体発光素子。 - 【請求項２】 上記積層部は３つの領域を備えていると
ともに、この３つの領域の各発光層からは、その領域の
別異に応じて、青色、緑色、および赤色に対応する波長
の光が発せられるように構成されている、請求項１に記
載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 基板の表面上に、Ｎ型半導体層、発光
層、およびＰ型半導体層から構成される積層部を形成す
るとともに、少なくとも上記基板の表面と直交する方向
に向かって上記発光層から光が発せられるように構成さ
れた半導体発光素子の製造方法であって、 基板の表面上の表面層に対して、エッチングと、そのエ
ッチングにより除去した部分への積層部の形成とを順次
行うことにより、少なくとも、第１の波長の光に対応す
る積層構造を有する第１領域の積層部と、第２の波長の
光に対応する積層構造を有する第２領域の積層部と、第
３の波長の光に対応する積層構造を有する第３領域の積
層部と、を順次形成していくようにしたことを特徴とす
る、半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項４】 基板の表面上に、Ｎ型半導体層、発光
層、およびＰ型半導体層から構成される積層部を形成す
るとともに、少なくとも上記基板の表面と直交する方向
に向かって上記発光層から光が発せられるように構成さ
れた半導体発光素子の製造方法であって、 上記基板の表面上の全域に対して、第１の波長の光を発
光させるための第１の積層構造に対応するように各結晶
層を成長させて積層部を形成する工程と、 上記積層部の表面を、上記第１の波長の光の発光領域を
マスクにより覆い、この時の非マスク領域に対して第１
のエッチングを行う工程と、 上記第１のエッチングを行った領域に対して、第２の波
長の光を発光させるための第２の積層構造に対応するよ
うに各結晶層を成長させる工程と、 上記第２の積層構造に対応する部分的積層部の表面に対
して、上記２の波長の光の発光領域をマスクにより覆
い、この時の非マスク領域に対して第２のエッチングを
行う工程と、 上記第２のエッチングを行った領域に対して、第３の波
長の光を発光させるための第３の積層構造に対応するよ
うに各結晶層を成長させる工程と、 を少なくとも備えていることを特徴とする、半導体発光
素子の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP18956694A JPH0856018A (ja) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | 半導体発光素子、および半導体発光素子の製造方法 |
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| JP18956694A JPH0856018A (ja) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | 半導体発光素子、および半導体発光素子の製造方法 |
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Family
ID=16243484
Family Applications (1)
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