CN1269229C - 半导体发光器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

色调偏差小的半导体发光器件及其制造方法。包括半导体发光元件(包含由电流注入发射第一波长的光的有源区)以及至少一个半导体叠层体(结合到上述半导体发光元件上、包含由上述第一波长的光激发、发射第二波长的光的发光层)，将上述第一波长的光与上述第二波长的光混合输出的半导体发光器件。作为制造这种半导体发光器件的方法，提供一种首先采用适合于形成有源区的第一衬底构成上述半导体发光元件，其次采用适合于形成发光层的第二衬底构成上述半导体叠层体，然后将二者结合的方法。

Description

半导体发光器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体发光器件及其制造方法。
背景技术
近年来，白色半导体发光器件作为白炽灯泡及荧光灯的替代品引起人们极大的注意。白色半导体发光器件具有驱动电路简单、耗电量少的特点。
作为这种白色半导体发光器件地提供了采用GaN系半导体发光元件的器件(GaN系白色半导体发光器件)以及采用ZnSe系半导体发光元件的器件(ZnSe系半导体发光器件)的方案。
例如，在特开平10-242513号公报，特开平10-12916号公报，特开平11-121806号公报中描述了GaN系半导体发光器件。
特开平10-242513公报所述的GaN系半导体发光器件配备有发蓝光的GaN半导体发光元件及吸收蓝光而发黄光的YAG:Ce荧光体，由发出的蓝光及黄光实现白色发射光。在这里，将YAG:Ce荧光体混合在树脂中涂布在半导体发光元件的周边上。
此外，特开平10-12916号公报所述的GaN系半导体白色半导体发光器件，配备有发射紫外线的GaN系半导体发光元件，吸收紫外线发射红色，绿色及蓝光的三种荧光体，由发出的红色光，发出的绿色光，及发出的蓝光实现白光的发射。这里同样地，将荧光体混合在树脂内涂布在半导体发光元件的周边上。
同时，特开平11-121806号公报所述的GaN系半导体发光器件中配备有发射红光的有源区、发射绿光的有源区以及发射蓝光的有源区这三种有源区，利用所发红光、绿光及蓝光实现白光发射。在这里，三种有源区分别单独设置，分别向各有源区注入电流。
进而，ZnSe系半导体发光器件配备有发射蓝光的ZnSe系半导体发光元件以及建立在该衬底上的发射黄光的发光中心，由发出的蓝光及黄光实现白光发射。
但根据本发明人的试制与评价的结果确定，在现有的白色半导体发光器件中，存在以下的问题，即，每个元件的白光的色调参差不齐，同时随着时间的变化色调也发生变化。
首先，如特开平10-242513号公报所述的白色半导体发光器件那样，当把荧光体混合到树脂中涂布到半导体元件周边上时，由于很难使涂布到每个元件上的荧光体的量恒定，所以每个元件上的荧光体的量会有偏差。从而，例如，当荧光体的量多时，发出的黄光多，白光的色调接近黄色。反之，当荧光体的量少时，发出的黄光少，色调接近蓝色。因此，每个元件的白光的色调参差不齐。同时，由于荧光体与半导体发光元件相比容易恶化，随着时间的变化，色调的变化大。例如，荧光体恶化，黄光变弱，色调接近蓝色。
其次，如特开平10-12916号公报所述的白色半导体发光器件那样，采用三种类型的荧光体时，由于荧光体的混合较困难，对于每个元件，荧光体的配合比例会造成偏差。从而，例如当发射蓝光的荧光体的量大时，色调接近蓝色。因此，这种元件会偏离白光的色调。同时，和前面的器件一样，容易引起每个元件的荧光体的量的偏离所引起的色调的偏离以及因荧光体的恶化而引起的色调变化。
其次，在如特开平10-12916公报所述的采用发射红光、发射绿光及发射蓝光的三种有源区的结构中，它们各自所发出的光依赖于所注入的电流，从而很难对于所发射的三种颜色的光的平衡进行调整。从而，例如，当注入发射蓝光的有源区的电流过多时，白光的色调接近蓝色。因此，白光的色调发生偏离。
进而，如ZnSe系半导体发光器件中，在衬底上制造发光中心的结构中，由于很难使每个晶片上发光中心的量恒定，所以每个晶片上的发光中心的量会产生偏离。从而，例如当发光中心多时，发出的黄光多，白光色调接近黄色。反之，当发光中心少时，发射的黄光少，色调接近蓝色。因此，白光色调发生偏离。
从而可以判断，在现有的白色半导体发光器件中，存在着对于每个元件会发生偏离白光的色调的问题以及随着时间的推移色调会发生变化的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种色调的偏离及色调变化小的半导体发光器件。
本发明提供了一种半导体发光器件，包括：半导体发光元件，具有通过电流注入来发射第一波长的主光的有源区；以及结合到上述半导体发光元件上的至少一个半导体叠层体，上述半导体叠层体具有由上述主光所激发的第一发光层，用于发射具有第二波长的次光，上述半导体叠层体还具有由上述主光和上述次光所激发的第二发光层，用于发射具有第三波长的三级光，其中，将上述主光、上述次光和上述三级光混合后输出。
上述有源区可以是GaN系有源区。这里，所谓GaN系有源区指的是由InpGaqAl1-p-qN(0≤p≤1，0≤q≤1，0≤p+q≤1)构成所有源区，在这种GaN系有源区中，例如也包含InGaN及GaN的多量子阱结构的有源区。此外，上述第一和第二发光层也可以是InGaAlP系发光层。在这里，InGaAlP系发光层是指由InsGatAl1-s-tP(0≤s≤1，0≤t≤1，0≤s+t≤1)构成的发光层。
同时，本发明提供了一种半导体发光器件的制造方法，具有以下工序：在第一衬底上形成半导体发光元件的工序，具有形成具有通过电流注入来发射第一波长的主光的有源区的半导体层的步骤；半导体叠层体形成工序，具有在第二衬底上形成半导体层的步骤，上述在第二衬底上形成的半导体层包含由上述主光激发而发射具有第二波长的次光的第一发光层和由上述主光和上述次光激发以便发射具有第三波长的三级光的第二发光层；以及结合工序，具有把上述半导体发光元件和上述半导体叠层体结合使之一体化的步骤。
此外，本发明还提供一种半导体发光器件，其特征为，它配备有
GaAs衬底，
InGaAl系发光层(形成于上述GaAs衬底上。发射由第一波长的光激发的第二波长的光)，
缓冲层(形成于上述InGaAlP系发光层上)；以及
ZnCdSe系有源区(形成于上述缓冲层上。通过注入电流发射上述第一波长的光)，
所述半导体发光器件将上述第一波长的光和上述第二波长的光混合输出。
此外，本发明提供一种具有以下工序的半导体发光器件的制造方法：
在GaAs衬底上形成用发出的蓝光进行激发、从而发射出黄光的InGaAlP系发光层的工序；
在上述InGaAlP系发光层上形成缓冲层的工序；
在上述缓冲层上形成通过电流注入发射上述蓝光的ZnCdSe系有源区的工序。
同时，本发明还提供一种具有下述各部分的半导体发光器件：衬底；缓冲层(形成于上述衬底上)；第一导电型GaN系包层(形成于上述缓冲层上；GaN系有源区(形成于第一导电型GaN系包层上。在其一部分上设置由氟，氧，氮，碳或硫中造出的离子进行注入的离子注入区。在离子注入区之外，发射由电流注入引起的第一波长的光。离子注入区发射第二波长的光。)；第二导电型GaN包层(形成于上述GaN系有源区上)。
同时，本发明提供具有以下部分的半导体发光器件：
半导体发光元件(包含通过电流注入发射第一波长的光的有源区)；
反射板(反射从上述半导体元件发射出来的第一波长的光)；以及
荧光体(涂布在上述反射板的一部分上、发射由上述第一波长的光激发的第二波长的光)。
附图说明
图1是本发明第一实施例的半导体发光器件的剖面模式图。
图2表示本发明第一实施例的半导体发光器件的制造方法。
图3表示本发明第一实施例的半导体发光器件的制造方法。
图4是本发明第二实施例的半导体发光器件的剖面模式图。
图5是本发明第三实施例的半导体发光器件的剖面模式图。
图6表示本发明第三实施例的半导体发光器件的制造方法。
图7是本发明第四实施例的半导体发光器件的剖面模式图。
图8是本发明第五实施例的半导体发光器件的剖面模式图。
图9是本发明第六实施例的半导体发光器件的剖面模式图。
图10是本发明第七实施例的半导体发光器件的剖面模式图。
图11是本发明的第八实施例的半导体发光器件的剖面模式图。
图12是用于说明本发明的第八实施例的半导体发光器件的色度的色度图，这是国际照明委员会(CIE)制订的XY色度图。
图13是本发明第九实施例的半导体发光器件的剖面模式图。
图14是本明第十实施例的半导体发光器件的剖面模式图。
图15是本发明第十一实施例的半导体发光器件的剖面模式图。
图16是表示本发明第十一实施例的半导体发光器件的低通滤光片特性的图示。
图17是本发明第十二实施例的半导体发光器件的剖面模式图。
图18是本发明第十三实施例的半导体发光器件的剖面模式图。
具体实施方式
下面对十三种实施例进行说明。
首先，在第一实施例至第七实施例中，对备有通过电流注入发射蓝光的半导体发光元件及将发射出来的该蓝光进行转换后发射其它颜色光的半导体叠层体且将半导体叠层体与半导体发光元件的光提取面或其对向面的几乎整个面相结合的白色半导体发光器件进行说明。其中，首先，在第一至第五实施例中，表示出采用以GaN系半导体发光元件作为半导体发光元件的例子，其次，在第六、第七实施例中，表示出以ZnCdSe系半导体发光元件作为半导体发光元件的例子。
其次，在第八至第十一实施例中，对具备有发射蓝光的GaN系半导体发光元件及将该蓝光变换发射黄光的双异质结构的半导体叠层且将半导体叠层体结合到GaN系半导体发光元件的光提取面或其对向面的一部分上的白色半导体发光器件进行说明。
进而。在第十二、第十三实施例中，说明与本发明相关的其它白色半导体发光器件。
下面，一面参照附图，一面对本发明的实施例的白色半导体发光器件进行说明。
(第一实施例)
图1是表示有关本发明的第一实施例的白色半导体发光器件的剖面模式图。将通过电流注入发射蓝光E1的半导体发光元件1与利用该蓝光E1进行激发发射的黄光E2的半导体叠层2在结合面A处相互结合，构成白色半导体发光器件。如图1所示，所发射出的这些光由图中上侧被提取出来。
首先说明半导体发光元件1。在蓝宝石衬底104的图中上侧的表面上，依次形成缓冲层105，n型GaN包层(n型接触层)106，GaN/InGaN多量子阱结构(MQW结构)的有源区107，p型AlGaN包层108，p型GaN接触层109。此外，在下文中，将“n型GaN包层106”称之为“n型包层106”。对其它层也采用同样的省略的表述方式。
将这种半导体发光元件1的一部分刻蚀到露出n型包层106为止，在n型包层106上形成接触的n侧电极111。同时在p型接触层109上形成p侧透明电极110a。这种p侧透明电极110a由金属薄膜或导电性氧化膜构成，对从有源区107发出的蓝光E1及从发光层102发出的黄光E2具有透光性。图1的器件，由于光的提取面在p型接触层109侧，通过利用这种透明电极增加发光亮度。在这种p侧透明电极110a上，形成p侧电极。同时，从这种p侧电极110和n侧电极111注入电流，从有源区107上发射蓝光E1。
下面说明半导体叠层体2。半导体叠层体2是将由InAlP/InGaAlP多层膜形成的发光层102夹持在GaAs衬底101与InAlP包层(接触层)103之同构成的。这里，GaAs衬底101与InAlP/InGaAlP多层膜构成的发光层102的晶格常数相近。从而，通过利用这种GaAs衬底进行晶体生长，发光层102的结晶性良好，提高了发光效率。这种GaAs衬底101相对于从发光层102发出的黄光E2及从上述有源区107发射出来的蓝光E1是不透明的。但是，在图1所示的器件中，由于这种GaAs衬底101处于光的提取面的相反一侧，所以，即使存在衬底101发光亮度也很高。因此，在图1的器件中，不必去掉这种GaAs衬底，简化了制造工艺。同时，由于这种GaAs衬底比发光层102的禁带宽度窄，所以不构成发光层102的包层。因此，在图1所示的半导体叠层体2中，通过用InAlP/InGaAlP多层膜制成发光层102，可将从半导体发光元件1所发射的蓝光产生的电子、空穴封闭在发光层102内。从而，通过将发光层102制成多层结构，提高黄光E2的发光效率，增加黄光E2的发光亮度。在以上述方式构成的半导体叠层体2，如图1所示，InAlP包层103的图中的上侧结合到半导体发光元件1的蓝宝石衬底104的图中的下侧上。
如上所述，在半导体发光元件1与半导体叠层体2中，通过电流注入从半导体发光元件1的有源区107发射波长为485nm的蓝光E1，这种蓝光E1中被发射到图中下侧的部分，入射到半导体叠层体2内，由这种入射的蓝光E1激发半导体叠层体2的发光层102，从发光层102发射出波长为590nm的黄光E2。从而，利用从有源区107发射的蓝光E1和从发光层102发射的黄光E2实现白光的发射。
在图1的白光半导体发光器件中，白光的色温度大约为8000K，在注入20mA电流时的发光强度，在发射角度为10度的封装中为2cd。这里，白色的色温度，可通过调整半导体发光元件1与半导体叠层体2的发光波长及发光强度加以调节。同时，在图1元件的结构中，p侧透明电极110a的透明度也会影响色温度及发光强度。即，由于p侧透明电极110a可透过波长不同的发射光E1、E2，通过调节对它们各个的透过率可获得所需的色温度。
在上面所述的图1所示的白色半导体发光器件中，可降低每个元件的色调的偏差。这是因为，半导体叠层体2的膜厚、组分等，相对于每个元件几乎可以是没有什么偏差的。即利用在半导体元件制造过程中通常所用的统一大批量生产工艺而能够使膜厚、组分等几乎没有偏差且再现性良好地制造半导体叠层体2。同时，通过在每个元件中使半导体叠层体2的膜厚、组分等十分均匀，使得从半导体发光元件1中发射出来的蓝光E1以及从半导体叠层体2发射出来的黄光E2的比例对于每个元件来说没有偏差，从而每个元件的色调也没有偏离。
此外，在图1所示的白色半导体发光器件中，几乎不会随着时间推移引起色调的变化。这是因为，发射黄光的半导体叠层体2与荧光体相比，随着时间的变化小。同时，由于半导体叠层体随时间的变化小，所以从半导体发光体1发射的蓝光E1与从半导体叠层体2发出的黄光E2的比例不发生变化，几乎不会引起色调的变化。
下面，参照图2，图3说明图1的白色半导体发光器件的制造方法。本制造方法的特征之一是，如图2所示，在适合于形成发光层103的GaAs衬底101上形成发光层103，然后，将其结合到蓝色半导体发光元件1上。
首先，对于半导体叠层体2，在用有机溶剂及硫酸系腐蚀剂将GaAs衬底(第二个衬底)101清洗之后，导入MOCVD(有机金属化学气相沉积)装置内。然后，将GaAs衬底101加热到730℃，提供造合于形成p型层的V族元素，依次生长由InAlP/InGaAlP多层膜构成的发光层102、InAlP包层103，进而在其表面上生长GaAs覆盖层112。该覆盖层112为最后将被除去的保护膜。各层的膜厚，如下面的表1所示。
[表1]
InAlP/InGaAlP发光层102          30nm/50nm
InAlP包层103                      300nm以下
GaAs覆盖层113                100nm
在此确切地说，发光层102为30nm的InAlP与50nm的In0.5(Ga0.7Al0.3)0.5P交替地每层叠层20次所制成结构InAlP包层103为结合到半导体发光元件1上时的结合层，而且是发光层102的保护膜，同时具有将在发光层102中激发的载流子封闭起来的功能。由于这种InGaAlP接触层吸收蓝光E1，所以为了减少由这种吸收造成的光耗损，优选地使其厚度低于100nm。
其次，对于半导体发光元件1，如从图3可以看出的，在利用有机溶剂和硫酸系腐蚀液将蓝宝石衬底清洗后，导入MOCVD装置。然后在把蓝宝石衬底104于1100℃热清洗之后，依次形成缓冲层105，n型GaN包层106，MQW结构的GaN/InGaN有源区107，p型AlGaN包层108，p型GaN接触层109。上述各层的生长温度及膜厚示于表2。
[表2]
缓冲层105                   500℃         30nm
n型GaN包层106             1050℃        4μm
GaN/InGaN有源区107       750℃         7nm/3nm
p型AlGaN包层108           1050℃        50nm
p型GaN接触层109           1050℃        150nm
这里，更详细地说，有源区107为由3nm的In0.15Ga0.65N与7nm的GaN构成的5QW结构。
接着将以上述方式制成的半导体发光元件1与半导体叠层体2进行结合。在结合之前在半导体叠层体2中，用硫酸系腐蚀剂将作为保护膜所形成的GaAs覆盖层112腐蚀清除.这时，在把GaAs覆盖层除去后，接着进行对InAlP包层103的表面清洗。对于半导体发光元件1，在对蓝宝石衬底104的图3中的下侧进行镜面研磨的同时，使之薄膜化，形成平坦面。这里，为以后能够容易地进行元件分离，把半导体元件1的总厚度薄膜化到100μm左右。
然后，将半导体发光元件1的蓝宝石衬底104的图3中所示的下侧与半导体叠层体2的InAlP包层103的图2中所示的上侧贴合。具体地说，在水中重合之后，在氮气气氛中于500℃退火30分钟，通过脱水缩合反应将它们结合。这里，为获得良好的密合性，优选地，双方的结合面应尽可能地平坦。为使半导体叠层体2的InAlP包层103平坦化，采用从(100)面向[011]方向倾斜的GaAs衬底101是十分有效的。在图2中，通过采用倾斜15°的GaAs衬底101，使InAlP包层103在图中的上侧表面的粗糙度大约为2nm左右。然后，蓝宝石衬底104在图3中的下侧通过镜面研磨使其表面粗糙度小于20nm。
其次，如从图1中可以看到，将半导体发光元件1的一部分从p型接触层109腐蚀到n型包层106，在露出的n型包层106与p型接触层109上分别形成n侧电极111，p侧透明电极110a，p侧电极110。而且根据需要地对GaAs衬底101的下侧进行研磨。
按上述方式获得图1所示的白光半导体发光器件。
利用上面所述的本实施例的半导体发光器件的制造方法，由于在适合于形成发光层102的GaAs衬底101上形成发光层102，然后将蓝色半导体发光元件1结合于其上，从而可提供发光层102的结晶缺陷少、可靠性高的白色半导体发光器件。
同时，利用本实施例的半导体发光元件的制造方法，由于将发射蓝光的半导体发光元件1与发射黄光的半导体叠层体2通过结合制成整体的器件，与利用两个器件的情况相比，可采用较小的空间，也可减少电极。同时，通过整体化，可将其看作荧光点光源，可提供发光偏差少的元件。
(第二实施例)
第二实施例的白色半导体发光器件与第一实施例(图1)的不同点之一在于，如图4所示，将半导体发光元件1的衬底104侧作为光的提取面，将半导体叠层体2结合到光的提取面上。
图4是表示根据本发明的第二实施例的白色半导体发光器件的剖面模式图。对于与第一实施例(图1)对应的结构部分，赋予相同的符号。和第一实施例(图1)一样，把通过电流注入从有源区107发射蓝光E1的半导体发光元件1与通过由该蓝色发射光E1激发的从发光层102发射的黄光E2的半导体叠层体2，在结合面A处结合，构成白色半导体发光器件。如从图4中可以看出的，这些发射光从图中的上侧提取出来。
首先，对半导体发光元件1进行说明。半导体发光元件1与第一实施例(图1)的不同之处之一在于，作为p侧的电极不采用透明电极110a。在图4中所示的半导体发光元件1中，在p型接触层109的几乎整个表面上形成Ni/Au等反射率高的p侧电极110。借此，从有源区107中向图中下侧发射的蓝光E1由p侧电极110反射，可有效地从图中上侧的光提取面上提取出来。其它主要结构与第一实施例(图1)相同。
其次，对半导体叠层体2进行说明。半导体叠层体2与第一实施例(图1)的不同之处之一在于，去掉GaAs衬底101，在其表面上形成SiO2保护膜201。这是为了避免由GaAs衬底101所造成的光吸收。即，在图4的器件中，半导体叠层体2结合到光提取面上，当存在GaAs衬底时，会吸收所发射的蓝光E1及所发射的黄光E2。因此，去掉GaAs衬底可提高发光亮度。
半导体发光元件1，半导体叠层体2的制造工艺，基本上和第一实施例相同。具体地说，对于InAlP/InGaAlP多层膜102来说，通过将InAlP与In0.5(Ga0.7Al0.3)0.5P交替地各进行十次叠层构成。将GaAs衬底用氟酸系腐蚀剂除去。
将按上述方式获得的图4所示的白色半导体发光器件于其下部制成电极110，111装配成封装，通过配置电流，获得从有源区107发射出来的485nm的蓝光E1，并获得由该蓝色发射光激发的从发光层102上发射出来的590nm的黄光E2。这些光透过氧化膜201作为白光被观察到。白光的色温度约为8000K，在注入20mA的电流时，其发光强度在发射角为10度的封装中为3cd。
如本实施例所述的将光提取面置于衬底104侧，也可以和第一实施例一样，减少每个元件的色调偏离，而且减少色调随时间的变化。
(第三实施例)
第三实施例的白色半导体发光器件与第二实施例(图4)的不同点之一在于，如图5所示，由两个发光层302，304形成半导体叠层体2。
图5是表示根据本发明的第三实施例的白色半导体发光器件的剖面模式图。与第二实施例(图4)对应的结构部分赋予相同的符号。通过电流注入从有源区107发射蓝光E1的半导体发光元件1，由该蓝色发射光激发的从第一发光层304发射绿色光E2，进而由该绿色光E2及上述蓝色发射光E1激发的从第二发光层302发射红色光的半导体叠层体2构成白色半导体发光器件。这些发射光如图5所示，从图中的上侧被提取出来。
首先，半导体发光元件1的结构与第二实施例(图4)基本上相同，省略对它们的详细说明。
其次，对半导体叠层体2进行说明。在第一发光层304与第二发光层302之间，设置第一个InAlP包层303，在第一发光层304的图中的下侧表面上形成用于和半导体发光元件1结合用的第二个InAlP包层305。同时，第二发光层302的图中上侧的表面用作为保护膜的氧化膜306覆盖。
这里，图中没有示出，但如果在氧化膜306与第二发光层302之间设置第三个InAlP包层的话，可以进行色调的调节。即，当设置这种第三个InAlP包层时，由于可把载流子有效地封闭在第二发光层302中，可增加红色发射光E3，同时，由第三个InAlP包层吸收发射的蓝光E1而减少蓝色发射光E1。
利用上面所述的半导体发光元件1和半导体叠层体2，如图5所示，以半导体叠层体2的保护膜306侧作为光的提取面，获得由三种发射光E1，E2，E3的混合色形成的白光。即，通过向半导体发光元件1注入电流，获得从MQW结构的有源区107发出的蓝光E1。由该蓝色发射光E1激发半导体叠层体2的第一发光层304获得绿色发射光E2。进而，由蓝色发射光E1和绿色发射光E2激发第二发光层302，获得红色发射光E3。通过将它们混合，获得白光。
具体地说，从MQW层获得485nm的蓝色发射光E1，分别从第一发光层304获得565nm的绿色发射光E2，从第二发光层302获得620nm的红色发射光E3，并观察到由它们的混合色得到的白色发射光。白色的色温度约为6500K。在注入20mA电流时的发光强度，在发射角10度的封装中为2cd。
在图5所示的器件中，在利用蓝色发射光E1，绿色发射光E2，红色发射光E3三种颜色获得的白色发射光的白色半导体发光器件中，和第一实施例一样地，也可以减少每个元件的色调偏离且减少色调随时间的变化。
此外，在图5的器件中，蓝色发射光E1借助电流注入进行发射，而绿色发射光E2及红色发射光E3通过光激发而发射。因此，即使电流注入失去平衡，也不会引起色调的变化。例如，在分别向蓝色发射光有源区，绿色发光有源区，红色发光有源区注入电流获得白光的场合，如果电流注入失去平衡，向蓝色发光有源区注入的电流多时，色调接近蓝色。但是，在图5的器件中，则不会引起这种色调变化。
其次，参照图6说明图5所示的白色半导体发光器件的制造方法。本制造方法的特征之一为，如图6所示，在适于形成第一发光层304和第二发光层302的GaAs衬底301上，形成这些发光层304，302，然后，将它们结合到半导体发光元件1上。
图6表示对于该第二实施例的半导体叠层体2在结合之前的结构。下面按照制造工序对其进行具体说明。
首先，在用有机溶剂和硫酸系腐蚀剂将GaAs衬底301进行清洗后，导入MOCVD装置。将衬底301加热到730℃供应适当的V族元素作为P原料，依次结晶生长由InAlP/InGaAlP多层膜构成的第二发光层302，第一个InAlP包层303，由InAlP/InGaAlP多层膜构成的第一发光层304，第二个InAlP包层305，进而，在其表面上生成GaAs覆盖层307，获得如图6所示的结构。GaAs覆盖层307为最终更被除去的保护膜。
各结晶层的膜厚如下面的表3所示。
[表3]
InAlP/InGaAlP发光层302        30nm/50nm
InAlP包层303                    500nm以下
InAlP/InGaAlP发光层304        30nm/50nm
InAlP包层305                    300nm以下
GaAs覆盖层307                   100nm
这里，更详细地说，第二发光层302为由30nm的InAlP与50nm的In0.5(Ga0.8Al0.2)0.5P交替地进行20次叠层的结构。同时，第一发光层304，更详细地说，为30nm的InAlP与50nm的In0.5(Ga0.6Al0.4)0.5P交替地叠层20次的结构。InAlP接触层305为和半导体发光元件1结合时的结合层，并且，为发光层304的保护膜，同时具有把发光层304光封闭的功能。
其次，将这样制成的半导体叠层体2的覆盖层307除去，和第一实施例一样结合到半导体发光元件1上。然后，将GaAs衬底301腐蚀掉，在其表面上形成保护层306，获得如图5所示的结构。
在上面所述的图5的半导体发光元件的制造方法中，和第一实施例一样地由于在适于形成发光层302、304的GaAs衬底301上形成了发光层302、304并随后将其结合到蓝色半导体发光元件1上，从而可提供发光层302、304的晶格缺陷少、可靠性高的白色半导体发光器件。
此外，在图5所示的将半导体叠层体2设置在光的提取面侧的器件制造方法中，通过将GaAs衬底301腐蚀去掉，不存在由GaAs衬底301对光的吸收，可提高器件的发光亮度。
同时，在图5的半导体发光元件的制造方法中，由于通过把发射蓝光E1的半导体发光元件1和发射绿色光E2及红色光E3的半导体叠层体2相结合形成一体化的单个器件，与利用两个器件及三个器件的场合相比，可占用较小的空间，同时也可减少电极。同时，通过一体化，可看作是荧光点光源，从而可提供发光偏差少的元件。
(第四实施例)
第四实施例的白色半导体发光器件与第一实施例的器件(图1)的不同点之一在于，如图7所示，作为半导体发光元件1的衬底，采用n型GaN，n型SiC，n型Si等n型半导体衬底404，将n侧电极111形成于半导体叠层体2的衬底101n的背面。在图7的器件中，从n侧电极111中间经过n型GaAs衬底101n，n型的InAlP/InGaAlP多层膜构成的发光层102n，n型InAlP包层103n，n型半导体衬底404，n型AlGaN缓冲层105n，GaN接触层106将电流注入到有源区107。其它主要结构与第一实施例相同。
如图7所示，即使在把电极上下设置的半导体发光器件中，也和第一实施例(图1)一样，可以减少每个元件的色调偏离，减少色调随时间的变化。
在图7的器件中，也可以采用和第一实施例(图1)基本上相同的制造方法，可获得和第一实施例同样的可靠性高的器件。进而，在图7所示的器件的情况下，由于无须为形成n侧电极用的腐蚀工序，从而制造方法简单。
(第五实施例)
第五实施例的白色半导体发光器件与第一实施例(图1)的器件的不同点之一在于，如图8所示，将半导体叠层体2的的不透明的GaAs衬底101通过腐蚀去掉，在结合面A2处用另外的透明衬底501进行结合。具体地说，作为该透明衬底801，采用透射黄色光的GaP衬底以及ZnSe衬底，其它主要结构与第一实施例相同。此外，第一实施例(图1)的结合面A和第五实施例的结合面A1相对应。
在图8的器件中，如虚线所示，也可把从InAlP/InGaAlP发光层102发射出来的黄光E2s由重新结合的衬底501的侧面提取出来。该发射光E2s，例如把封装内壁面制成凹面并从上方提取出来时，可有效地加以利用。
在上面所述的第一～第五实施例中，作为把半导体叠层体2的发光层102与半导体发光元件1结合起来用的包层(兼作接触层)，采用InAlP层103。
在这种InAlP包层103上，或者代替这种包层103，可以形成用其它材料构成的包层。作为这种包层，例如可采用GaN或者GaP。通过设置这种包层，可更大地提高将光封闭在多层膜102中的效果。特别设在GaN包层的场合，由多晶膜构成，以便更好地透过蓝光。透射根据结合时的对方材料，也可采用GaAlAs，InGaAlP等。
此外，作为结合时的预处理，利用腐蚀及研磨，但也可用气体腐蚀和在各种气氛中进行热清洗。进而，也可适当变更退火气氛和温度。在采用高退火温度的情况下，为防止原子从结晶中脱离及脱落，可选择适当的气氛并施加适当的压力也是有效的。
同时，在结合时，也可用粘合剂。例如，在第五实施例(图5)的器件中采用粘合剂的场合，使粘合剂的折射率值介于蓝宝石衬底104的折射率与InAlP包层的折射率之间时，可以降低在结合面A1处对发射的蓝光E1及发射的黄光E2的反射，提高器件的发光亮度。
(第六实施例)
图9是第六实施例的白色半导体发光器件的剖面模式图。在该实施例中，和到目前为止的实施例不同，半导体发光元件与半导体叠层体相互之间不进行贴合，通过结晶生成在n型GaAs衬底701上形成发光层702与有源区706。即，在n型GaAs衬底701上依次叠层形成由光激发发射黄光E2的n型InAlP/InGaAlP发光层702，n型ZnSe缓冲层703，n型ZnMgSSe包层704，n型ZnSe光导层705，通过电流注入发射蓝光E1的ZnCdSe系MQW有源区706，p型ZnSe光导层707，p型ZnMgSe包层708，p型ZnTe/ZnSe超晶格层接触层709。在p型接触层709形成p侧透明电极710a，p侧电极710，在n型GaAs衬底上形成n侧电极711。
对于图9所示的器件的晶格生长采用MOCVD法及MBE法(分子束外延法)细合使用。即，n型InAlP/InGaAlP发光层702向n型GaAs衬底70上的生长用MOCVD法，从其上的n型ZnSe缓冲层703到p型ZnTe/ZnSe超晶格层的接触层709的生成采用MBE法。这是因为，对于ZnSe系的p型导电层采用MBE法可特别能够进行良好的导电类型的控制。
在按上述方法形成的白色半导体发光器件中，通过在电极710，711之间流过电流，获得从有源区706中发射出来的蓝光E1.该蓝光的一部分透过元件的内部被发光层702吸收，激发起黄色发射光E2。该黄色发射光E2从图中的上侧发射出来。通过这些发射光E1，E2的混合获得白光。
实际上，观察到由波长485nm的蓝色发射光E1与波长590nm的黄色发射光E2的混合产生的白光白光的色温度约为8000k，在20mA电流注入时的发光强度在发射角10度的封装中为2cd。
在上面所述的图9所示的半导体发光器件中，在ZnSe系的半导体发光元件1的场合，也可与第一实施例一样，减少各元件的色调偏离并且可减少色调随时间的变化。
下面，简单地说明图9的器件的具体制造方法。首先，将n型GaAs衬底701用有机溶制及硫酸系腐蚀剂清洗后，放入MOCVD装置中。将衬底加热到730℃，供应适合于作为P原料的V族元素材料，生长n型InAlP/InGaAlP发光层702。然后把衬底移到MBE装置中，在多层膜702生长从n型ZnSe缓冲层703到p型ZnTe/ZnSe超晶格层的接触层709。n型InAep/InGaAlP发光层702，更详细地说，为将InAlP与In0.5(Ga0.7Al0.3)0.5P交替地叠层20次的叠层结构。
如上所述，在图9所示的半导体发光器件中，由于通过晶体生长在n型GaAs衬底701上形成n型InAlP/InGaAlP发光层702以及ZnCdSe系MQW有源区706，从而制造工艺简单。
而且ZnCdSe系半导体的晶格常数接近GaAs系半导体的晶格常数，在进行上述晶体生长时，晶体缺陷少，可提供可靠性高的白色半导体发光器件。
(第七实施例)
第七实施例的白色半导体发光器件与第六实施例的器件(图9)的不同点之一在于，如从图10可以看出的，从p型接触层709侧腐蚀到露出n型缓冲层703为止，在该n型缓冲层703上形成n侧电极711。其它主要结构与第六
实施例(图9)相同。
在图10的器件中，也和第六实施例一样地由混合色得到白光，同时获得与第六实施例同样的效果。
此外，在第六、第七实施例中，InGaAlP系及ZnSe系晶体生长法，分别分成MOCVD法及MBE法，但也统一地采用MBE法。在第六、第七实施例的材料系的情况下，也和实施例一同样，可将二个发光层分别形成于单独的元件衬底上之后，通过结合使之整体化。
(第八实施例)
下面的第八实施例至第十一实施例中，例如如图11所示地，对把双异质结构的半导体叠层体2结合到GaN系半导体发光元件1的光提取面或与之对向面的一部分上的结构进行说明。此外，在下面的实施例中，省略对其制造方法的详细说明。
图11为表示根据本发明的第八实施例的白色半导体发光器件的剖面模式图。与第一实施例(图1)对应的部分赋予相同的符号。通过电流注入发射蓝光E1的半导体发光元件1与由该蓝色发射光激发发射黄光E2的半导体叠层体2构成的白色半导体发光器件。这些发射光如图11所示，被从图中的上侧提取出来。
首先，对半导体发光元件1进行说明。在蓝宝石衬底104的图中下侧的表面上，依次形成缓冲层105，n型GaN包层106，InGaAlN有源区107a，p型AlGaN包层108，P型GaN接触层109。在这里，这些叠层层104～109的厚度为几个μ，蓝宝石衬底104的厚度为几百μm，但在图1中为说明叠层层104～109而按倍率变化方式来表示。
上述的从InGaAlN有源区107a发射出来的光的波长，以通过调整有源区In，Al的组分比，使之发射蓝光E1的方式构成。这里，使Al的组分为零，将有源区制成InGaN层也可以。同时，通过使该有源区107a的厚度为具有1nm～10nm左右的薄膜的单个量子阱结构或多量子阱结构，可实现高亮度。在该有源区107a上，通过形成于n型包层106上的n侧电极111及形成于p型接触层109上的p侧电极110注入电流。这里，p侧电极110与n侧电极111优选地为对从有源区107a发射的蓝色发射光进行反射的反射率高的材料Ni/Au，Ti/Al。主要，将从有源区107a在图中下侧发射的蓝光E1在p侧电极110，n侧电极111处反射，可从图中上侧的光提取面提取出来。此外，在图中如p侧电极110。n侧电极111的斜线所表示的部分为具有反射蓝色发射光E1，黄色发射光E2的性质的部分。
下面对半导体叠层体2进行说明。半导体叠层体2通过把InGaAlP发光层102c夹持在p型InGaAlP包层102b及n型InGaAlP包层102a之间构成。发光层102c，通过调节InGaAlP的III族元素In，Ga，Al的组分比，使之发射黄光E2的方式构成。发光层102的厚度优选地为1nm～10μm。即，当把发光层102c制成由1nm～几十nm的薄膜构成的单一量子阱结构或多量子阱结构时，提高黄色发射光的发光效率增加黄色发射光的强度，同时，当把发光层102c的厚度制成几十nm～10μm的单层膜或多层膜时，提高对蓝色发射光的吸收率，增加黄色发射光的强度。该发光层102c两侧的二个包层102a及102b比发光层102c的禁带宽度大。即，半导体叠层体2为双异质结构。通过制成这种双异质结构，可将从半导体发光元件1发射出来的蓝光E1产生的电子、空穴有效地封闭在发光层102c内，提高黄色发射光E2的发光效率，增加黄色发射光E2的发光亮度。同时，当制成这种双异质结构时，即使把发光层102c制成单层膜，也可提高黄色发射光E2的发光亮度。这里，如本实施例那样，通过把夹持发光层102c的包层制成p型与n型，进一步增加发光层102c的黄色发射光E2的强度。这是由本发明人通过实验得出的结果，其原因可以解释为由内部电场增加了吸收效率。同时，在这里，也可以不进行掺杂制成包层102a及102b。在这种未掺杂的场合，提高发光层102c的结晶性，即减少发光层102c的非发光中心，增加发光层102c的黄色发射光E2的强度。
如图11所示器件那样，在采用双异质结构的半导体叠层体2的场合，使半导体叠层体2的面积为蓝宝石衬底104的图中上侧的面积1/3～2/3是有效的。即，如上所述，当把半导体叠层2制成双异质结构时，增加黄色发射光E2的强度。但是，当制成双异质结构时，n型包层102a吸收蓝色发射光E1，减少蓝色发射光E1的强度。从而，当将半导体叠层体2制成双异质结构，而且使半导体叠层2的面积等于图中上侧的面积时，黄色发射光E2的强度过强，白色发射光的色调接近黄色。因此，当使半导体叠层体2的面积相当于蓝宝石衬底的面积的1/3～2/3时，可获得平衡良好的白色发射光。
上述p型包层102b的厚度优选地为300nm以下，更优选地为100nm以下。原因是，由于这种p型包层102b具有吸收蓝色发射光E1的性质，所以当p型包层102b过厚时，会减少激发发光层102c的蓝色发射光E1。与此相反，由于n型包层102a对黄色发射光E2具有透光性，所以可根据需要而加厚。
该半导体叠层体2如图11所示，被结合到半导体发光元件1的蓝宝石衬底104的图中上侧的一部分上。该半导体叠层体2，例如可以在GaAs衬底上依次形成n型包层102a，发光层102c，p型包层102b之后，通过在惰性气体中从460℃至750℃进行热处理，将p型包层102b结合到蓝宝石衬底104的图中所示的上侧上，通过腐蚀将衬底GaAs去掉来形成。
在上面所述的半导体发光元件1和半导体叠层体2中，从半导体发光元件1的有源区107a发射蓝光E1，该蓝光E1的一部分入射到半导体叠层体2内，由该入射的蓝色发射光E1激发半导体叠层体2的发光层102c，从发光层102c中发射黄光E2。这样一来，由有源区107a发射的蓝光E1与从发光层102c发射的黄光E2来实现白光。
下面利用图12的色度图更详细地说明这种白色发射光。图12为国际照明委员会(CIE)制订的XY色度图。如图11的半导体发光元件1的有源区107a这种InGaAlN有源区的发射光的波长，如图12的左侧所示，可以从380nm到500nm。同时像半导体叠层体2的发光层102c这种InGaAlP发光层的发射光的波长，如图12的右侧所示，可以从540nm到750nm。这里，例如把从InGaAlN有源区发射的波长476nm的蓝光与InGaAlP发光层发出的波长578nm的黄色发射光混色时，考虑连接图中左下方的blue(蓝)区的476的白圈与图中右上方的yellow(黄)区的578的白圈的直线。这样一来，可以看出该直线通过白色区White。从而，从图12中可以看出，通过将从半导体发光元件1发射出来的蓝光E1与从半导体叠层体2发出的黄光E2混色，能够实现白光。
此外，同样地，如从图12可以看出的，令InGaAlN有源区107a的发射光的波长为495nm，InGaAlP发光层102c发射光的波长为750nm时，由蓝绿色发射光与红色发射光进行混色，也可以实现白光。
在上面所说明的图11的半导体发光元件中，可使每个元件的色调偏离少。这是由于半导体叠层体2的膜厚，组分，其它特性，面积等，与荧光体不同，对于每个元件而言没有偏离。即，可以利用通常制造半导体元件的统一的大批量生成的工艺来制造半导体叠层体2，其膜厚，组分，及其它特性几乎没有偏差，再观性良好，而且很容易加工成相同的面积。同时通过使半导体叠层体2的膜厚，组分，其它特性，面积等均匀化，从半导体发光元件1发射出来的蓝光E1与从半导体叠层体2发射的黄光E2的比例，对于每个元件而言均没有偏差，从而每个元件的色调没有偏离。
同时，在图11的半导体发光元件中，通过改变半导体叠层体2的面积，可很容易地进行色调调整。借此，不管由于什么原因，即使在半导体叠层体2的发光效率发生偏离时，也可很容易地对色调进行调整。例如，当半导体叠层体2的发光效率降低时，可扩大半导体叠层体2的面积。
同时，在根据需要改变白光的色调时，通过如上面所述的那样改变半导体叠层体2的面积，就可很容易的进行。例如，作为显示用的元件希望接近蓝色色调的白色元件的情况下，可以减少发射黄光的半导体叠层体2的面积。
进而，利用图11所示的半导体元件，可比现有技术的元件提高发光亮度。即，在图11的元件中，由于仅仅把半导体叠层体2形成光的提取面的一部分，可以利用不穿过作为波长变换区的半导体叠层体2的蓝色发射光，即从半导体发光元件1发出的亮度高的直接的蓝色发射光，可提高发光亮度。
(第九实施例)
第九实施例与第八实施例的不同点之一在于，如从图13中可以看出的那样，将光的提取面设在p型接触层109侧。
图13为表示根据第九实施例的白色半导体发光器件的剖视图。与第八实施例(图11)一样，由通过电流注入从有源区107发射蓝光E1的半导体发光元件1，以及由该蓝色发射光E1激发的从发光层102发射黄光E2的半导体叠层体2构成白色半导体发光器件。这些发射光，从图中上侧的光提取面上被提取出来。
首先，半导体发光元件1的结构与第一实施例(图1)基本上相同，省略对它的详细说明。
下面对半导体叠层体2进行说明。半导体叠层体2，具有把由InAlP/InGaAlP多层膜构成的发光层102夹持在p型InGaAlP包层102b与n型InGaAlP包层102a之间的结构。同时，在该n型包层102a的下侧，形成反射从发光层102发出的黄光的反射膜120。该反射膜可以是由Al，Ag，Au，Cu形成的金属膜或用它们的合金构成，厚度为1μm～10μm。借此，用反射膜120将从发光层102在图中下侧发射出来的黄光E2反射，可从光的提取面中提取出来。以这种方式构成的半导体叠层体2结合到半导体发光元件1的蓝宝石基本104的图中下侧面(第二面)的一部分上。
如本实施例那样将光的提取面置于p型接触层109侧也可获得与第八实施例同样的效果。
(第十实施例)
第十实施例与第九实施例(图13)不同点之一在于，如从图14中可以看出的，将半导体叠层体2形成于图中上侧的光提取面侧。
图14是表示根据本发明的第十实施例的白色半导体发光器件的剖视图。和第九实施例一样，由借助电流注入从有源区107发射蓝光E1的半导体发光元件1和借助该蓝色发射光激发从发光层102发射黄光E2的半导体叠层体2构成白色半导体发光器件。由该元件发出的光，如从图14可以看出的，从图中上侧的光提取面被提取出来。
首先对半导体发光元件1进行说明。半导体发光元件1与第九实施例(图13)不同点之一在于，在蓝宝石衬底104的下侧，形成反射从有源区107发射的蓝光E1及从发光层102发射的黄光E2的反射膜120。这种反射膜可以是Al、Ag、Au、Cu构成的金属膜，也可以是它们的合金制成的膜，其厚度可为0.1μm～10μm。利用这种方式，将从有源区107向图中下侧发射的蓝光E1，以及从发光层102向图中下侧发射的黄光E2用反射膜120进行反射，可从图中上侧的光提取面提取出来。其它主要结构和第九实施例(图9)相同。
其次，对半导体叠层体2进行说明。半导体叠层体2与第九实施例同样，通过将InAlP/InGaAlP多层膜构成的发光层102夹持在p型InGaAlP包层102b与n型InGaAlP包层102a之间构成。该半导体叠层体2结合到半导体发光元件1的p侧透明电极110a上。在进行这种结合时，和第八实施例同样，在惰性气体中进行热处理。但，根据本发明人的实验，该半导体叠层体2的结合温度与第八实施例的元件的结合温度460℃～750℃不同，可以是150℃～450℃。即，根据本发明人的实验断定，在把半导体叠层体2结合到透明电极109上时，与结合到蓝宝石衬底104上时相比，即使在低温下结合，也可以得到与在高温下结合相同的结合强度。
如本实施例的半导体发光元件那样，即使把半导体叠层体2形成于光提取面侧的透明电极110a上，也可获得和第九实施例及第八实施例同样的效果。
同时，在本实施例的半导体发光元件中，由于把半导体叠层体2结合到透明电极110a上，可利用透明电极110a的反射，从而可以更有效地提取从发光层102发射出来的黄光。
(第十一实施例)
第十一实施例与第八实施例(图11)的不同点在于，如从图15中可以看出的，利用n型GaN衬底404n，在衬底404n上设置n侧电极111，进而，在半导体叠层体2上设置低通滤光片130。
图15是表示根据本发明的第十一实施例的白色半导体发光器件的剖面模式图。和第八实施例(图11)同样，由借助电流注入从有源区107发射蓝光E1的半导体发光元件1和借助该蓝色发射光E1激发从发光层102发射黄光E2的半导体叠层体2构成的白色半导体发光器件。由该元件中发出的光，从图中上侧的光提取面被提取出来。
首先对半导体发光元件1进行说明。在n型GaN衬底404n的图中下侧的面上，依次形成n型AlGaN缓冲层105n，n型GaN包层106，GaN/InGaN多量子阱结构有源区107，p型AlGaN包层108，p型GaN接触层109。从形成于GaN衬底404n上的Ti/Al等构成的n侧电极111，及形成于p型接触层109上的由Ni/Au等构成的p侧电极110向该有源区107注入电流。这样，在图15的元件中，由于从设于衬底404n上的n侧电极110中间经过缓冲层105n向有源区107注入电流，作为缓冲层105n如上面所述，采用n型的AlGaN。
其次对半导体叠层体2进行说明。半导体叠层体2具有把将由InAlP/InGaAlP多层膜构成的发光层102夹持在p型InGaAlP包层102b及n型InGaAlP包层102a之间的结构。除此之外，在图15的元件中，在半导体叠层体2上设置低通滤光片130。该低通滤光片130，如图16所示，相对于从发光层102发射出来的黄光E2具有高的反射率，对于从有源区107发射出来的蓝光反射率低。即，低通滤光片130具有反射从发光层102发射出来的黄光E2，透过从有源区107发射出来的蓝光E1的性质。半导体叠层体2与第八实施例(图11)同样，结合到半导体发光元件1的衬底404n的图中的上侧(第二面侧)上。
如本实施例的元件那样，当采用n型GaN衬底404n作为衬底时，除了和第八实施例的元件具有相同的效果外，进而，包含有源区107的晶体生长层105n～109n与衬底404n之间的晶格不匹配所造成的畸变少，可实现可靠性高的发光元件。
同时，当如本实施例的元件那样，设置低通滤光片130时，可更有效地提取从发光层107发出的黄光，可进一步提高亮度。
在上面所述的第十一实施例中，采用n型GaN衬底404n作为衬底，但也可以像第四实施例那样，采用n型SiC衬底。当采用这种n型SiC衬底时，散热特性好，可以实现即使在超80℃的高温也可以不降低亮度的元件。
(第十二实施例)
在下面的第十二、第十三实施例中，说明与本发明相关的，色调偏离小的另外的白色半导体发光器件。
第十二实施例的特征之一是如图17所示，在有源区107的一部分上设置离子注入区809。
图17为表示根据本发明的第十二实施例的白色半导体发光器件的剖面模式图。在蓝宝石衬底104的图中下侧的表面上，依次形成缓冲层105，n型GaN包层106，GaN/InGaN多量子阱结构的有源区107，p型AlGaN包层108，p型GaN接触层109。
本实施例特征之一是设置离子注入区809，在有源区107局部上形成离子注入区。离子注入区809的离子在有源区107上形成发光中心，吸收蓝色发射光E1发射黄光E2。同时，在图17的元件中，用从有源区107发射的蓝光E1及从离子注入区809发射的黄光来实现白色发射光。这些发射光从图中上侧的光提取面上提取出来。
从形成于n型包层106上的n侧电极111以及形成于p型接触层109上的p侧电极110向上述有源区107上注入电流。这里，p侧电极110与n侧电极111优选地为对蓝色发射光及黄色发射光具有高反射率的材料Au/Ni，Ti/Al。这样一来，从有源区107向下侧发射的蓝光E1以及从离子注入区809向下侧发射的黄光E2等由p侧电极110、n侧电极111反射，可从图中上侧的光提取面上被提取出来。
在图17的半导体发光元件中，可使每个元件的色调偏离很小。这是由于离子注入区809的离子浓度以及注入区对于每个元件而言几乎没有偏离。即，由于离子注入可以利用在半导体元件制造过程中通常采用统一的工艺以高的再现性来进行，所以离子注入区809的离子浓度及注入区对于每个元件都是均匀的。同时，借此，从有源区107发射的蓝光E1与从离子注入区809发射的黄光E2的比例对于每个元件而言是没有偏离的。从而，每个元件都没有色调偏离。
同时，在图17的元件中，不管由于什么原因，即使当有源区107的发光效率变化时，蓝色发射光E1与黄色发射光E2的比例都是一样的，所以没有色调的偏离。例如，不管由于什么原因有源区107的发光效率降低时，蓝色发射光E1和黄色发射光E2以相同的比例变弱，由于蓝色发射光E1与黄色发射光E2的比例相同，所以色调没有偏离。这样，在图17的元件中，可使色调偏离极小。
此外，在图17的半导体发光元件中，通过改变离子注入区809的面积，可很容易地调整色调。借此，可根据需要很容易地改变白色发射光的色调。例如，在作为显示用的元件希望接近蓝色色调的白色元件时，可以减少离子注入区809的面积。
进而，在图17的半导体发光元件中，可以比现有技术的元件进一步增加发光亮度。即，在图17的元件中，可以利用从半导体发光元件1直接发出的光，可增加发光亮度。
(第十三实施例)
第十三实施例的特征之一是，如图18所示地使发射黄光E2的荧光体903形成于反射板902的局部上。
图13是表示根据本发明的第十三实施例的白色半导体发光器件的剖面模式图。发射蓝光E1的半导体发光元件1，反射该半导体发光元件1的蓝色发射光E1的反射板902，涂布在反射板902的反射面的一部分上的将蓝色发射光E1的波长转换成黄色发射光E2的荧光体903构成半导体发光元件。半导体发光元件1与反射板902通过模塑树脂904整体形成。这里，半导体发光元件1，例如可采用第九实施例(图13)的半导体发光元件。同时，作为荧光体可采用YAG:Ce。该荧光体903薄薄地在一个很宽的范围内涂布到反射板902的反射面的一部分上。
在图18的元件中，由从半导体发光元件1发射的蓝光E1、从反射板902反射的蓝色发射光E1来自荧光体903的黄光E2实现白光。
在图8的半导体发光元件中，可使每个元件的色调偏差很小。其原因如下。
首先，涂布荧光体903的荧光体区的面积，对于每个元件而言几乎没有偏离。即，由于反射板902的表面是平坦的，容易进行面积的调整，对于每个元件而言，荧光体区的面积没有偏离。
其次，涂布荧光体903的荧光体区的面积相同，在体积变化时，就是说，即使荧光体区的厚度变化时，每个元件的色调偏离很小。即，在荧光体区的荧光体903中，将蓝色发射光E1转换成黄色发射光E2的转换效率高的荧光体是靠近半导体发光元件900那部分的荧光体，也就是荧光体区表面附近的荧光体903，即使荧光体区的厚度发生变化，位于荧光体区表面附近的转换效率高的荧光体903的量不会变化，仅仅是转换效率低的荧光体903的量发生变化。这样，即使荧光体区的厚度发生变化，对黄色发射光E2的强度影响大的转换效率高的荧光体903的量几乎不变。从而，即使荧光体区的厚度发生变化对黄色发射光E2的强度影响也很小，色调变化小。
这样一来，在图18的半导体发光元件中，可使每个元件的色调差很小。
同时，在图18的半导体发光元件中，通过改变涂布荧光体903的荧光体的面积，可很容易地调整色调。借此，例如，即使在荧光体903的转换效率变化时，也可以很简单地对色调进行调整。例如，当荧光体的转换效率低时，可扩大荧光体区的面积。
同时，在图18的半导体发光元件中，通过改变涂布荧光体903的荧光体区的面积，可很容易进行色调的调整。借此，根据需要可很容易地改变白色发射光的色调。例如，作为显示用的元件，需要接近蓝色色调的白色发光元件时，可减少荧光体区的面积。
此外，图18的半导体发光元件的反射板上涂布有荧光体，因而可容易地调整视角。
此外，在图18的半导体发光元件，可比现有技术的元件提高发光亮度。即，在图18的元件中，可以利用从半导体发光元件中直接发射出来的光。进而，由于可通过薄而广地涂布荧光体，提高荧光体903的转换效率，可提高发光亮度。

Claims (13)

1、一种半导体发光器件，包括：
半导体发光元件，具有通过电流注入来发射第一波长的主光的有源区；以及
结合到上述半导体发光元件上的至少一个半导体叠层体，上述半导体叠层体具有由上述主光所激发的第一发光层，用于发射具有第二波长的次光，
上述半导体叠层体还具有由上述主光和上述次光所激发的第二发光层，用于发射具有第三波长的三级光，
其中，将上述主光、上述次光和上述三级光混合后输出。
2、如权利要求1所述的半导体发光器件，其特征为，上述有源区为GaN系有源区，上述第一和第二发光层为InGaAlP系发光层。
3、如权利要求1所述的半导体发光器件，其特征为，上述有源区为发射蓝光的GaN系有源区，
上述第一发光层为由从上述有源区发出的蓝光激发并发射绿色光的InGaAlP系发光层，
上述第二发光层为由上述蓝色发射光和绿色发射光激发后发射红色光的InGaaAlP发光层。
4、如权利要求2所述的半导体发光器件，其特征为，上述第一和第二发光层为InAlP/InGaAlP多层膜的发光层。
5、如权利要求4所述的半导体发光器件，其特征为，上述半导体叠层体具有将上述第一发光层夹持在InGaAlP系包层与GaAs衬底之间的结构，上述半导体叠层体在上述InGaAlP系包层侧的表面结合到与上述半导体发光元件的发光面相对的面上。
6、如权利要求4所述的半导体发光器件，其特征为，上述半导体叠层体具有将上述第二发光层夹持在InGaAlP系包层与保护膜之间的结构，上述半导体叠层体在上述InGaAlP系包层侧的表面结合到上述半导体发光元件上。
7、如权利要求4所述的半导体发光器件，其特征为，上述半导体叠层体具有将上述第二发光层夹持在InGaAlP系包层与相对于从上述第二发光层发射的上述次光有透光性的衬底之间的结构，上述半导体叠层体在上述InGaAlP系包层侧的表面结合到上述半导体发光元件上。
8、如权利要求2所述的半导体发光器件，其特征为，上述有源区为GaN/InGaN多量子阱结构的有源区。
9、一种半导体发光器件的制造方法，具有以下工序：
在第一衬底上形成半导体发光元件的工序，具有形成具有通过电流注入来发射第一波长的主光的有源区的半导体层的步骤；
半导体叠层体形成工序，具有在第二衬底上形成半导体层的步骤，上述在第二衬底上形成的半导体层包含由上述主光激发而发射具有第二波长的次光的第一发光层和由上述主光和上述次光激发以便发射具有第三波长的三级光的第二发光层；以及
结合工序，具有把上述半导体发光元件和上述半导体叠层体结合起来使之一体化的步骤。
10、如权利要求9所述的半导体发光器件的制造方法，其特征为，上述有源区为GaN系有源区，上述第一和第二发光层为InGaAlP系发光层。
11、如权利要求9所述的半导体发光器件的制造方法，其特征为：
所述半导体发光元件形成工序包括下列步骤：
在上述第一衬底上形成缓冲层；
在上述缓冲层上形成第一导电型的GaN系包层；
在上述第一导电型的GaN系包层上形成上述有源区；以及
在上述有源区上形成第二导电型的GaN系包层，
所述半导体叠层体形成工序包括下列步骤：在上述第二衬底上形成上述第一和第二发光层，以及在上述第一和第二发光层上形成InGaAlP系包层，
所述结合工序包括将上述半导体发光元件一体地结合到上述半导体叠层体的上述InGaAlP系包层上的步骤。
12、如权利要求11所述的半导体发光器件的制造方法，其特征为，上述第一和第二发光层为InGaAlP/InGaAlP多层膜的发光层，以及
在上述结合工序后，还包括：
第二衬底除掉工序，具有将上述第二衬底除掉以使上述第二发光层露出的步骤，以及
保护膜形成工序，具有在通过上述第二衬底除掉工序而露出的上述第二发光层上形成一层保护膜的步骤。
13、如权利要求11所述的半导体发光器件的制造方法，其特征为，上述第一和第二发光层为InGaAlP/InGaAlP多层膜的发光层，以及
在上述结合工序后，还包括：
第二衬底除掉工序，具有除掉上述第二衬底以露出上述第二发光层的步骤；以及
第三衬底结合工序，具有将第三衬底结合到在上述第二衬底除掉工序中露出的第二发光层上的步骤，该第三衬底相对于从上述有源区发射的上述主光及从上述发光层上发射的次光具有透光性。
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