DE112018007163T5 - Lichtemittierende halbleitervorrichtung - Google Patents

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Shinichi Takigawa
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Abstract

Eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung (100) umfasst ein Substrat (101) und eine Gruppierung (120), die drei oder mehr lichtemittierende Elemente (130a, 130b und 130c) umfasst, die über und entlang einer Hauptoberfläche eines Substrats (101) ausgerichtet sind und jeweils Licht emittieren. Die lichtemittierenden Elemente (130a, 130b und 130c) umfassen jeweils eine Mantelschicht eines ersten Leitertyps (102), eine aktive Schicht, die In (103) enthält, und eine Mantelschicht eines zweiten Leitertyps (104), die über dem Substrat (101) nacheinander von dem Substrat (101) aus angeordnet ist. Unter den lichtemittierenden Elementen (130a, 130b und 130c) ist das Kompositionsverhältnis von In in der aktiven Schicht (103) in dem lichtemittierenden Element (130b), das sich in einem zentralen Bereich in einer Ausrichtungsrichtung befindet, kleiner als das in den lichtemittierenden Elementen (130a und 130c), die sich in beiden Endbereichen in der Ausrichtungsrichtung befinden.

Description

  • TECHNISCHER BEREICH
  • Diese Offenbarung betrifft lichtemittierende Halbleiterbauelemente und betrifft insbesondere ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement, das lichtemittierende Elemente umfasst.
  • Diese Anmeldung ist eine 2018 von der New Energy and Industrial Technology Development Organization of National Research and Development Agency beauftragte Forschungsarbeit „Development of techniques for next-generation laser with high luminance and high efficiency/Development of techniques for novel light sources and elements for nextnext-generation processing/Development of GaN-based high output and high beam-quality semiconductor laser for highly efficient processing“ und ist eine Patentanmeldung, auf die Artikel 19 des Industrial Technology Enhancement Act angewendet wird.
  • HINTERGRUND
  • In jüngster Zeit wurden Hochleistungsprojektoren entwickelt, begleitet von der Verbreitung der Projektionsabbildung und dem zunehmenden Einsatz von Projektoren in großen Einrichtungen wie Stadien. Zur Realisierung von Hochleistungsprojektoren werden lichtemittierende Halbleiterbauelemente wie Halbleiterlaservorrichtungen, die sich gut mit einem optischen System kombinieren lassen, als Lichtquelle verwendet. Um die Leistung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung zu erhöhen, muss der thermische Widerstand der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung verringert werden. Verfahren zur Verringerung des Wärmewiderstands der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung umfassen die Verwendung einer Multi-Emitter-Konfiguration, bei der eine Vielzahl lichtemittierender Elemente (d.h. Emitter) angeordnet ist. In einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung mit einer solchen Multi-Emitter-Konfiguration können die als Wärmequellen dienenden lichtemittierenden Elemente gestreut werden, wodurch der thermische Widerstand der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung verringert wird. Wenn in einer solchen lichtemittierenden Halbleitervorrichtung mit einer solchen Multi-Emitter-Konfiguration ein Betrieb mit hoher Leistung durchgeführt wird, wird ein Temperaturunterschied zwischen den lichtemittierenden Elementen erzeugt, was zu ungleichmäßigen Emissionswellenlängen zwischen den lichtemittierenden Elementen führt, die auf den Temperaturunterschied zurückzuführen sind. Dies führt zu einer Verringerung der Wellenlängen uniformität der Lichtquelle und damit zu einer Verringerung der Farbwiedergabe des Projektors.
  • Eine konventionelle Technik zur Verringerung eines solchen Temperaturunterschieds zwischen Emittern wird unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. 10 ist ein Blockdiagramm, das ein konventionelles Halbleiter-Gruppierungs-Laserbauelement illustriert, das in PTL 1 beschrieben wird. Wie in 10 dargestellt, umfasst der Laserchip 1000 in dem in PTL 1 beschriebenen Halbleiter-Gruppierungs-Laserbauelement lichtemittierende Elemente, die in einer Gruppierung angeordnet sind, und seine Ober- und Unterseite ist aus der p-Seiten-Elektrode 1001 bzw. der n-Seiten-Elektrode 1007 konfiguriert. Zwei Wärmesenken 1009 und 1010 sind auf der Ober- bzw. Unterseite angeordnet, wobei die Lötschicht 1008 dazwischen liegt. Die Verwendung einer solchen Konfiguration zielt darauf ab, den Wärmeableitungseffekt in der in PTL 1 beschriebenen Halbleiter-Gruppierung der Laservorrichtung zu verbessern, im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Laserchip 1000 nur von einer einzigen Wärmesenke getragen wird. Darüber hinaus hat bei der in PTL 1 beschriebenen Gruppierung der Halbleiterlaseranordnung der mittlere Abschnitt des Substrats 1006 im Laserchip 1000 eine geringere Dicke. Mit anderen Worten, eine Oberfläche des Substrats 1006 nahe der n-Seiten-Elektrode 1007 hat eine konkave Form. Eine solche Konfiguration kann den thermischen Widerstand des zentralen Abschnitts reduzieren, der eine relativ hohe Temperatur aus dem Laserchip 1000 erreicht, wodurch eine Gleichmäßigkeit der Temperatur während des Betriebs des Laserchips 1000 erreicht wird. So wird bei der in PTL 1 offengelegten Halbleiter-Gruppierung des Lasers versucht, die Einheitlichkeit der Emissionswellenlänge zwischen den lichtemittierenden Elementen durch eine gleichmäßige Steuerung der Temperatur während des Betriebs des Laserchips 1000 zu erreichen.
  • Zitierliste
  • PTL 1: Veröffentlichung der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. 1992-192483
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • Die in PTL 1 beschriebene Halbleiter-Gruppierung des Lasers setzt nicht nur einen wärmeableitenden Weg durch die Oberfläche des Laserchips 1000 in der Nähe des Substrats 1006 voraus, sondern auch einen Weg durch dessen Oberfläche in der Nähe einer aktiven Schicht (die Oberfläche in der Nähe der p-Seiten-Elektrode 1001, dargestellt in 10). Aus diesem Grund ist ein Gehäuse, bei dem die Ober- und Unterseite des Laserchips 1000 zwischen zwei Wärmesenken 1009 und 1010 angeordnet ist, unerlässlich, was zu einem Anstieg der Kosten für Verpackung und Montage führt. Es gibt technische Schwierigkeiten bei der genauen Anpassung der konkaven Form des Substrats 1006 und der konvexen Form der Wärmesenke 1010. Eine Abweichung, die zwischen der konkaven Form des Substrats 1006 und der konvexen Form der Wärmesenke 1010 entsteht, kann die Dicke der dazwischen liegenden Lötschicht 1008 erhöhen, wodurch die Auswirkungen der gleichmäßigen Temperatur behindert werden. Daher kann die Gleichmäßigkeit der Emissionswellenlänge der lichtemittierenden Elemente in der in PTL 1 beschriebenen Halbleiter-Gruppierung des Lasers in einigen Fällen nicht gewährleistet werden.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um solche Probleme zu lösen. Ein Gegenstand der vorliegenden Offenlegung ist es, ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement bereitzustellen, das lichtemittierende Elemente mit verbesserter Einheitlichkeit der Emissionswellenlänge umfasst.
  • LÖSUNGEN DES PROBLEMS
  • Um die oben genannten Probleme zu lösen, umfasst die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Substrat; und eine Gruppierung, die drei oder mehr lichtemittierende Elemente umfasst, die über und entlang einer Hauptoberfläche des Substrats ausgerichtet sind und jeweils Licht emittieren. Die drei oder mehr lichtemittierenden Elemente umfassen jeweils eine Mantelschicht eines ersten Leitertyps, eine aktive Schicht, die In enthält, und eine Mantelschicht eines zweiten Leitertyps, die über dem Substrat nacheinander vom Substrat aus angeordnet ist. Unter den drei oder mehr lichtemittierenden Elementen ist das Kompositionsverhältnis von In in der aktiven Schicht bei einem lichtemittierenden Element, das sich in einem zentralen Bereich in einer Ausrichtungsrichtung befindet, kleiner als bei lichtemittierenden Elementen, die sich in beiden Endbereichen in der Ausrichtungsrichtung befinden.
  • Wenn das Kompositionsverhältnis von In in der aktiven Schicht gemäß den lichtemittierenden Elementen, wie oben beschrieben, variiert wird und die lichtemittierende Halbleitervorrichtung bei niedriger Leistung betrieben wird, so dass die Einflüsse durch Wärmeerzeugung in der aktiven Schicht auf die Emissionswellenlänge vernachlässigbar sind, verschiebt sich die Emissionswellenlänge in einen kürzeren Wellenlängenbereich, da das Kompositionsverhältnis von In in der aktiven Schicht kleiner ist. Wenn dagegen die Temperatur der aktiven Schicht ansteigt, verschiebt sich die Emissionswellenlänge in einen längeren Wellenlängenbereich. Aus diesem Grund kann die Einheitlichkeit der Emissionswellenlänge unter den lichtemittierenden Elementen verbessert werden, indem die aktive Schicht mit einem relativ kleinen Kompositionsverhältnis von In im zentralen Bereich in Ausrichtungsrichtung angeordnet wird, der während des Betriebs eine relativ hohe Temperatur erreicht. Auf diese Weise kann eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit hoher Wellenlängengleichmäßigkeit während des Betriebs implementiert werden. Darüber hinaus kann in der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung die wärmeableitende Konfiguration eine Konfiguration sein, die es den lichtemittierenden Elementen ermöglicht, Wärme in einem ähnlichen Ausmaß abzuleiten, und die Konfiguration, die eine Wärmesenke auf beiden Oberflächen der Vorrichtung umfasst, wie in PTL 1 beschrieben, ist nicht immer erforderlich. Zum Beispiel kann der Effekt der Gewährleistung der Gleichmäßigkeit der Emissionswellenlänge auch durch eine wärmeableitende Konfiguration erzielt werden, die eine Wärmesenke auf nur einer der Hauptoberflächen des Substrats in der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst. Dementsprechend kann die vorliegende Offenbarung die wärmeableitende Konfiguration vereinfachen und die Kosten reduzieren.
  • In der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung kann gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung die aktive Schicht eine Quantentopfstruktur aufweisen, die eine Topfschicht und eine Sperrschicht umfasst. Unter den drei oder mehr lichtemittierenden Elementen kann ein Kompositionsverhältnis von In in der Topfschicht in dem lichtemittierenden Element, das sich im zentralen Bereich in Ausrichtungsrichtung befindet, kleiner sein als in den lichtemittierenden Elementen, die sich in beiden Endbereichen in Ausrichtungsrichtung befinden.
  • In einem solchen Fall, in dem die aktive Schicht eine Quantentopfstruktur aufweist, die die Topfschicht und die Sperrschicht umfasst, kann die Ungleichförmigkeit der Emissionswellenlänge unter den lichtemittierenden Elementen reduziert werden, indem eine Topfschicht mit einem relativ kleinen Kompositionsverhältnis von In im zentralen Bereich in Ausrichtungsrichtung angeordnet wird, die während des Betriebs eine relativ hohe Temperatur erreicht. Auf diese Weise kann eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit hoher Einheitlichkeit der Wellenlänge während des Betriebs implementiert werden.
  • In der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann unter den drei oder mehr lichtemittierenden Elementen ein Ausfallswinkel des Substrats in einem Bereich, der das lichtemittierende Element umfasst, das sich in der Ausrichtungsrichtung im zentralen Bereich befindet, kleiner sein als ein Ausfallswinkel des Substrats in Bereichen, die die lichtemittierenden Elemente umfassen, die sich in der Ausrichtungsrichtung in beiden Endbereichen befinden.
  • In einer solchen lichtemittierenden Halbleitervorrichtung führt ein kleinerer Ausfallswinkel des Substrats zu einem kleineren Kompositionsverhältnis von In in der über dem Substrat laminierten Halbleiterschicht. Aus diesem Grund kann die lichtemittierende Halbleitervorrichtung, die die über dem Substrat laminierte Halbleiterschicht umfasst, die Implementierung einer Konfiguration erleichtern, bei der das Kompositionsverhältnis von In in der aktiven Schicht im mittleren Bereich in Ausrichtungsrichtung kleiner ist als in beiden Endbereichen in Ausrichtungsrichtung.
  • VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Offenbarung kann eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung umfassen, die lichtemittierende Elemente mit einer einheitlichen Emissionswellenlänge umfasst.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Schnittdarstellung, die den Halbleiter-Lichtemitter gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
    • 2 ist ein Diagramm, das eine Verteilung des Kompositionsverhältnisses von In in einer Topfschicht in der aktiven Schicht gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
    • 3 ist eine schematische Schnittdarstellung, die ein Beispiel für eine Montageform des lichtemittierenden Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
    • 4 ist ein Diagramm, das eine Verteilung der Emissionswellenlänge der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 gegen die Position der aktiven Schicht aufträgt.
    • 5 ist ein Diagramm, das eine Verteilung der Emissionswellenlänge einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel gegen die Position der aktiven Schicht aufgetragen zeigt.
    • 6A ist eine schematische Schnittdarstellung, die einen ersten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
    • 6B ist ein schematischer Schnitt, der einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 veranschaulicht.
    • 6C ist eine schematische Schnittdarstellung, die einen dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 veranschaulicht.
    • 6D ist eine schematische Schnittdarstellung, die einen vierten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 veranschaulicht.
    • 6E ist ein schematischer Schnitt, der einen fünften Schritt des Verfahrens zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 veranschaulicht.
    • 6F ist ein schematischer Schnitt, der einen sechsten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 veranschaulicht.
    • 6G ist eine schematische Schnittdarstellung, die einen siebten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 veranschaulicht.
    • 6H ist ein schematischer Schnitt, der einen achten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 veranschaulicht.
    • 6I ist ein schematischer Schnitt, der einen neunten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 veranschaulicht.
    • 7 ist ein schematischer Schnitt, der die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 veranschaulicht.
    • 8A ist eine schematische Schnittdarstellung, die einen ersten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 veranschaulicht.
    • 8B ist eine schematische Schnittdarstellung, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 veranschaulicht.
    • 8C ist ein schematischer Schnitt, der einen dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 veranschaulicht.
    • 8D ist ein schematischer Schnitt, der einen vierten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 veranschaulicht.
    • 8E ist ein schematischer Schnitt, der einen fünften Schritt des Verfahrens zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 veranschaulicht.
    • 8F ist ein schematischer Schnitt, der einen sechsten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 veranschaulicht.
    • 8G ist ein schematischer Schnitt, der einen siebten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 veranschaulicht.
    • 8H ist ein schematischer Schnitt, der einen achten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 veranschaulicht.
    • 8I ist ein schematischer Schnitt, der einen neunten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 veranschaulicht.
    • 9 ist eine schematische Ansicht, die den Projektionsapparat gemäß Ausführungsform 3 veranschaulicht.
    • 10 ist ein Blockdiagramm, das eine konventionelle Halbleiter-Gruppierung eines Lasers illustriert.
  • BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen illustrieren alle spezifische Beispiele der vorliegenden Offenbarung. Dementsprechend sind numerische Werte, Formen, Materialien, Komponenten und Anordnungen, Positionen und Verbindungsformen der in den folgenden Ausführungsformen dargestellten Komponenten beispielhaft und sollten nicht als Einschränkungen der vorliegenden Offenbarung ausgelegt werden. Unter den Komponenten der folgenden Ausführungsformen werden die Komponenten, die nicht in einem unabhängigen Anspruch beschrieben sind, der das übergeordnete Konzept der vorliegenden Offenbarung darstellt, als beliebige Komponenten beschrieben.
  • Bei den Zeichnungen handelt es sich um schematische Ansichten, die nicht immer streng illustriert sind. Entsprechend ist der Maßstab zwischen den Zeichnungen nicht immer einheitlich. In den Zeichnungen werden identische Referenzzahlen für im Wesentlichen identische Konfigurationen angegeben, und die Duplizierung der Beschreibung dieser Konfigurationen wird weggelassen oder vereinfacht.
  • In dieser Spezifikation repräsentieren die Begriffe „oben“ und „unten“ nicht die obere (vertikal oben) und untere (vertikal unten) Richtung bei absoluter räumlicher Erkennung und werden als Begriffe verwendet, die durch relative Positionsbeziehungen auf der Grundlage der Laminierungsreihenfolge einer Laminatstruktur definiert sind. Darüber hinaus werden die Begriffe „oben“ und „unten“ nicht nur dann verwendet, wenn zwei Komponenten in einem Abstand angeordnet sind und eine weitere Komponente zwischen den beiden Komponenten liegt, sondern auch dann, wenn die beiden Komponenten in Kontakt miteinander angeordnet sind.
  • AUSFÜHRUNGFORM1
  • Der Halbleiter-Lichtemitter gemäß Ausführungsform 1 wird beschrieben.
  • [Gesamte Konfiguration]
  • Zunächst wird die gesamte Konfiguration der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. 1 ist eine schematische Schnittdarstellung, die die lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. 2 ist ein Diagramm, das eine Verteilung des Kompositionsverhältnisses von In in einer Topfschicht in der aktiven Schicht 103 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 2 zeigt auch einen Querschnitt der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 in einer Position, die der Abszisse des Graphen entspricht. Die Position in der Abszisse des in 2 gezeigten Graphen entspricht einer Position in horizontaler Richtung des darüber gezeigten Querschnitts. Zum Beispiel entspricht eine Position von 0µm in der Abszisse des in 2 dargestellten Diagramms der äußersten linken Position der aktiven Schicht 103 im Querschnitt, und eine Position von 200µm in der Abszisse des Diagramms entspricht der äußersten rechten Position der aktiven Schicht 103 im Querschnitt. In 2 und der folgenden Beschreibung wird das Kompositionsverhältnis von In in der Topfschicht in der aktiven Schicht 103 auch einfach als „Kompositionsverhältnis von In in der aktiven Schicht“ bezeichnet.
  • Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100 ist eine lichtemittierende Gruppierung („array“), die drei oder mehr lichtemittierende Elemente umfasst, von denen jedes eine lichtemittierende Schicht aus einem Halbleiter umfasst. In der vorliegenden Ausführungsform ist die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100 eine Laservorrichtung mit einer lichtemittierenden Endfläche und einer lichtreflektierenden Endfläche (beide Endflächen sind nicht abgebildet), die einen optischen Hohlraum definieren. 1 zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Resonanzrichtung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100.
  • Wie in 1 dargestellt, umfasst die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100 das Substrat 101 und die Gruppierung („array“) 120. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst das lichtemittierende Halbleiterbauelement 100 des Weiteren die erste Elektrode 109 auf der Leiterseite.
  • Substrat 101 ist ein Substrat der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100. In den vorliegenden Ausführungsformen ist das Substrat 101 ein n-Typ-GaAs-Substrat mit einer Dicke von 80µm.
  • Gruppierung 120 umfasst drei oder mehr lichtemittierende Elemente, die über und entlang einer Hauptoberfläche von Substrat 101 ausgerichtet sind und jeweils Licht emittieren. In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 1 dargestellt, umfasst die Gruppierung 120 die drei lichtemittierenden Elemente 130a, 130b und 130c. Gruppierung 120 kann eine beliebige Anzahl von lichtemittierenden Elementen umfassen und kann wenigstens drei lichtemittierende Elemente enthalten. Im Folgenden wird die Ausrichtungsrichtung in Gruppierung 120 (die horizontale Richtung in 1) als Ausrichtungsrichtung bezeichnet.
  • Drei lichtemittierende Elemente 130a, 130b und 130c umfassen jeweils eine Mantelschicht 102 eines ersten Leitertyps, eine aktive Schicht 103, die In umfasst, und eine Mantelschicht 104 eines zweiten Leitertyps, die über dem Substrat 101 nacheinander vom Substrat 101 aus angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform umfassen die drei lichtemittierenden Elemente 130a, 130b und 130c jeweils die Kontaktschichten 105a, 105b und 105c und die zweiten leitfähigen Elektroden 107a, 107b und 107c. Die drei lichtemittierenden Elemente 130a, 130b und 130c umfassen des Weiteren die Isolierschicht 106 und die Pad-Elektrode 108.
  • Mantelschicht 102 eines ersten Leitertyps ist eine Mantelschicht, die über dem Substrat 101 angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Mantelschicht 102 eines ersten Leitertyps eine Mantelschicht vom n-Typ (AlxGa1-x)1-yInyP (wobei x = 0,6 und y = 0,5) mit einer Dicke von 1µm. Mantelschicht 102 eines ersten Leitertyps kann jede andere Konfiguration aufweisen. Mantelschicht 102 eines ersten Leitfähigkeitstyps kann eine Dicke von mehr als 1µm aufweisen, oder ihre Zusammensetzung kann ein n-Typ (AlxGa1-x)1-yInyP (wobei 0 < x < 1 und 0 < y < 1) sein.
  • Die aktive Schicht 103 ist eine lichtemittierende Schicht, die über der Mantelschicht 102 eines ersten Leitertyps angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die aktive Schicht 103 eine aktive Quantenschacht-Schicht, die ein Laminat aus einer undotierten InxGa1-xP (wobei x = 0,500 oder x = 0,502) Topfschicht mit einer Dicke von 10nm und einer undotierten (AlxGa1-x)1-yInyP (wobei x = 0,4 und y = 0,5) Sperrschicht mit einer Dicke von 100nm umfasst, wobei die Topfschicht und die Sperrschicht abwechselnd laminiert sind.
  • Unter den drei oder mehr lichtemittierenden Elementen in der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 ist das Kompositionsverhältnis von In in der aktiven Schicht 103 in dem lichtemittierenden Element, das sich in der Ausrichtungsrichtung im mittleren Bereich befindet, kleiner als in den lichtemittierenden Elementen, die sich in der Ausrichtungsrichtung in beiden Endbereichen befinden. In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 2 dargestellt, ist das Kompositionsverhältnis von In in der aktiven Schicht 103 im lichtemittierenden Element 130b, das sich im zentralen Bereich in Ausrichtungsrichtung befindet, kleiner als in den lichtemittierenden Elementen 130a und 130c, die sich in beiden Endbereichen in Ausrichtungsrichtung befinden. Konkret beträgt das Kompositionsverhältnis von In in der Topfschicht in der aktiven Schicht 103 gleich 0,500 (d.h. 50,0%) im lichtemittierenden Element 130b und 0,502 (d.h. 50,2%) in den lichtemittierenden Elementen 130a und 130c. Mit anderen Worten, die Zusammensetzung der Topfschicht in der aktiven Schicht 103 ist ein undotiertes InxGa1-xP (wobei x = 0,5) in dem lichtemittierenden Element 130b und ist ein undotiertes InxGa1-xP (wobei x = 0,502) in den lichtemittierenden Elementen 130a und 130c.
  • Eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100, die eine solche aktive Schicht 103 umfasst, kann rotes Laserlicht mit einer Wellenlänge von etwa 640nm emittieren. Die aktive Schicht 103 kann eine beliebige andere Konfiguration haben und kann eine aktive Quantentopfschicht sein, die ein Laminat aus einer InGaP-Topfschicht und einer (AlxGa1-x)1-yInyP (wobei 0 < x < 1 und 0 < y < 1) Sperrschicht umfasst, wobei die Topfschicht und die Sperrschicht abwechselnd laminiert sind. Von der aktiven Schicht 103 emittieren die Emitter 110a, 110b und 110c Licht, wobei die Emitter den Stromdurchgangsbereichen entsprechen, d.h. den unteren Bereichen der Grate 132a, 132b und 132c. Darüber hinaus kann die aktive Schicht 103 eine Führungsschicht umfassen, die wenigstens oberhalb oder unterhalb der aktiven Quantenschacht-Schicht angeordnet ist.
  • Wie in 1 dargestellt, ist die Mantelschicht 104 eines zweiten Leitertyps eine Mantelschicht, die über der aktiven Schicht 103 angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Mantelschicht 104 eines zweiten Leitertyps eine Schicht vom p-Typ (AlxGa1-x)1-yInyP (wobei x = 0,6 und y = 0,5) mit einer Dicke von 0,5µm. Mantelschicht 104 eines zweiten Leitertyps kann jede andere Konfiguration aufweisen. Mantelschicht 104 eines zweiten Leitfähigkeitstyps kann eine Dicke von 0,5µm oder mehr und 1,0µm oder weniger aufweisen, und ihre Zusammensetzung kann ein p-Typ (AlxGa1-x)1-yInyP (mit 0 < x < 1 und 0 < y < 1) sein.
  • Die Kontaktschichten 105a, 105b und 105c sind über der Mantelschicht 104 eines zweiten Leitertyps angeordnet und stehen in ohmschem Kontakt mit den zweiten Elektroden 107a, 107b bzw. 107c auf der Leiterseite. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Kontaktschichten 105a, 105b und 105c p-Typ-GaAs-Schichten mit einer Dicke von 100nm. Die Kontaktschichten 105a, 105b und 105c können jede andere Konfiguration aufweisen. Die Kontaktschichten 105a, 105b und 105c können eine Dicke von 100nm oder mehr und 500nm oder weniger aufweisen.
  • Die Isolierschicht 106 ist über der Mantelschicht 104 eines zweiten Leitertyps angeordnet, um die Pad-Elektrode 108 von der Mantelschicht 104 eines zweiten Leitertyps und den Kontaktschichten 105a, 105b und 105c zu isolieren. Die Isolierschicht 106 bedeckt die Oberseite der Mantelschicht 104 eines zweiten Leitfähigkeitstyps mit Ausnahme der Grate 132a, 132b und 132c, die Seitenflächen der Grate 132a, 132b und 132c in der Mantelschicht 104 eines zweiten Leitfähigkeitstyps und die Seitenflächen der Kontaktschichten 105a, 105b und 105c. Die Isolierschicht 106 kann einen Teil der oberen Oberflächen der Kontaktschichten 105a, 105b und 105c bedecken. Die Isolierschicht 106 umfasst Öffnungen über den Graten 132a, 132b und 132c, um die Kontaktschichten 105a, 105b und 105c mit den zweiten leitfähigen Elektroden 107a, 107b und 107c in Kontakt zu bringen. Die Öffnung der Isolierschicht 106 kann eine schlitzartige Form aufweisen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Isolierschicht 106 eine SiO2-Schicht mit einer Dicke von 300nm. Die Isolierschicht 106 kann eine beliebige andere Konfiguration aufweisen. Die Isolierschicht 106 kann eine Dicke von 100nm oder mehr und 1000nm oder weniger aufweisen.
  • Zweite leitfähige Elektroden 107a, 107b und 107c sind über den Kontaktschichten 105a, 105b und 105c angeordnet, um in ohmschem Kontakt mit den Kontaktschichten 105a, 105b bzw. 105c zu stehen. Die zweiten Elektroden 107a, 107b und 107c auf der leitfähigen Seite sind über den Graten 132a, 132b bzw. 132c angeordnet. Mit anderen Worten, die zweiten Elektroden 107a, 107b und 107c auf der leitfähigen Seite sind in den Öffnungen der Isolierschicht 106 angeordnet. Die zweiten leitfähigen Elektroden 107a, 107b und 107c können über der Isolierschicht 106 angeordnet werden. Die zweiten Elektroden 107a, 107b und 107c auf der leitfähigen Seite stehen in Kontakt mit den Kontaktschichten 105a, 105b und 105c in den Öffnungen der Isolierschicht 106. In der vorliegenden Ausführungsform sind die zweiten leitfähigen Elektroden 107a, 107b und 107c jeweils ein Laminatfilm aus Cr, Pt und Au, die nacheinander von der entsprechenden der Kontaktschichten 105a, 105b und 105c angeordnet sind. Die zweiten Elektroden 107a, 107b und 107c auf der leitfähigen Seite können jede andere Konfiguration aufweisen. Bei den zweiten Elektroden 107a, 107b und 107c kann es sich um einen Einschichtfilm oder einen Mehrschichtfilm handeln, der beispielsweise aus wenigstens einem der Elemente Cr, Ti, Ni, Pd, Pt und Au besteht.
  • Die Pad-Elektrode 108 ist eine pad-ähnliche Elektrode, die über den zweiten leitfähigen Elektroden 107a, 107b und 107c angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Pad-Elektrode 108 ein Laminatfilm aus Ti und Au, der nacheinander von den zweiten leitfähigen Elektroden 107a, 107b und 107c aus angeordnet ist und sich über den Graten 132a, 132b und 132c und der Isolierschicht 106 befindet. Die Pad-Elektrode 108 kann jede andere Konfiguration aufweisen. Die Pad-Elektrode 108 kann beispielsweise ein Laminatfilm aus Ti, Pt und Au oder ein Laminatfilm aus Ni und Au sein.
  • Die erste leitfähige Elektrode 109 ist eine Elektrode, die unter dem Substrat 101 angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Leitfähigkeitselektrode 109 ein Laminatfilm aus einer AuGeNi-Legierung und Au, die nacheinander vom Substrat 101 aus angeordnet sind. Die erste Leitfähigkeitselektrode 109 kann eine beliebige Konfiguration aufweisen. Die erste Leitfähigkeitselektrode 109 kann aus einem anderen leitfähigen Material hergestellt sein.
  • [Montageform]
  • Als nächstes wird die Montageform der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist eine schematische Schnittdarstellung, die ein Beispiel für die Montageform der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
  • Wie in 3 dargestellt, ist die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100 in einem Beispiel der Montageform auf Gehäuse 115 durch Untergestell 113 montiert. In einem in 3 dargestellten Beispiel wird die Oberfläche des lichtemittierenden Halbleiterbauelements 100 in der Nähe der Pad-Elektrode 108 auf dem Untergestell 113 montiert.
  • Untergestell 113 ist ein Element mit polyedrischer Form, und die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100 ist auf einer seiner Oberflächen befestigt. In der vorliegenden Ausführungsform hat Untergestell 113 eine quaderförmige Gestalt. Das Untergestell 113 besteht aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als die der Halbleiterschichten in der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 und fungiert als Wärmesenke für die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100 ist auf dem Untergestell 113 mit der Metallschicht 112 und der Haftschicht 111 in der Nähe der Vorrichtung befestigt. Untergestell 113 ist mit der Haftschicht 114 nahe am Gehäuse mit dem Gehäuse 115 verklebt. In der vorliegenden Ausführungsform besteht Untergestell 113 aus einem polykristallinen Diamanten mit einer Dicke von 300µm. Untergestell 113 kann aus jedem anderen Material hergestellt werden, wie beispielsweise AIN, SiC, CuW, Kupferdiamant oder Silberdiamant.
  • Die Metallschicht 112 ist ein leitendes Element, an das ein Draht zur Stromzuführung an die Pad-Elektrode 108 angeschlossen ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Metallschicht 112 ein Laminatfilm aus Ti, Pt und Au, der nacheinander von Untergestell 113 angeordnet ist, und hat eine Dicke von 5|jm. Metallschicht 112 kann jede andere Konfiguration aufweisen. Die Metallschicht 112 kann ein Monolayer-Film oder ein Laminatfilm mit einer Dicke von 1µm oder mehr und 10µm oder weniger sein und beispielsweise wenigstens eines der Elemente Ti, Ni, Pt und Au umfassen.
  • Die Haftschicht 111 in der Nähe des Bauelements ist ein leitendes Klebeelement, das den Untergestell 113 mit dem lichtemittierenden Halbleiterbauelement 100 verbindet. In der vorliegenden Ausführungsform besteht die Haftschicht 111 in der Nähe der Vorrichtung aus AuSn mit einer Dicke von 2µm. Die Haftschicht 111 in der Nähe der Vorrichtung kann aus jedem anderen Material gebildet werden, bei dem es sich um ein anderes leitfähiges Haftmaterial handeln kann. Die Haftschicht 111 in der Nähe der Vorrichtung kann auch eine andere Dicke als 2µm aufweisen, und die Dicke kann entsprechend bestimmt werden.
  • Die Haftschicht 114 in der Nähe des Pakets ist ein Element, das das Untergestell 113 mit dem Gehäuse 115 verbindet. In der vorliegenden Ausführungsform besteht die gehäuseseitige Haftschicht 114 aus AuSn mit einer Dicke von 2µm. Die gehäuseseitige Haftschicht 114 kann aus jedem anderen Material gebildet werden, bei dem es sich um ein anderes leitfähiges Haftmaterial handeln kann. Die gehäuseseitige Haftschicht 114 kann auch jede andere Dicke als 2µm aufweisen, und die Dicke kann entsprechend bestimmt werden.
  • Das Gehäuse 115 ist ein Element, in dem die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100 montiert ist. Das Gehäuse 115 kann zum Beispiel ein CAN-Gehäuse sein. In der vorliegenden Ausführungsform besteht das Gehäuse 115 beispielsweise aus Cu und Fe.
  • Wie oben beschrieben, wird in dieser Montageform die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100 auf der Oberfläche von Untergestell 113 in der Nähe der Emitter montiert, wobei Untergestell 113 als Kühlkörper fungiert. Aus diesem Grund kann die Wärme, die von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 erzeugt wird, effizient an die Subhalterung 113 abgeleitet werden.
  • [Wirkung und Effekte]
  • Die Wirkung und die Effekte der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden nun unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben. 4 und 5 sind Diagramme, die die Verteilungen der Emissionswellenlängen der lichtemittierenden Halbleiterbauelemente gemäß der vorliegenden Ausführungsform und dem Vergleichsbeispiel gegen die Positionen der aktiven Schichten auftragen. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100A gemäß dem Vergleichsbeispiel sind identisch, außer dass die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100A gemäß dem Vergleichsbeispiel die aktive Schicht 103A mit einem einheitlichen Kompositionsverhältnis von In umfasst. 4 und 5 veranschaulichen jeweils ein Diagramm (c), das die Verteilung der Emissionswellenlänge während des Betriebs der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung mit niedriger Ausgangsleistung (d.h. Spitzenwellenlänge des natürlich emittierten Lichts) veranschaulicht, und ein Diagramm (d), das die Verteilung der Emissionswellenlänge während des Betriebs mit hoher Ausgangsleistung veranschaulicht. Hier bedeutet der Betrieb mit niedriger Ausgangsleistung den Betrieb mit so niedriger Ausgangsleistung, dass Einflüsse durch Wärmeerzeugung in der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung vernachlässigbar sind, und der Betrieb mit hoher Ausgangsleistung bedeutet einen normalen Betrieb, bei dem die lichtemittierende Halbleitervorrichtung beispielsweise mit einer Nennleistung arbeitet. Darüber hinaus sind 4 und 5 jeweils die Querschnittsansicht der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung veranschaulichen, wobei Graph (a) die Verteilung des Kompositionsverhältnisses von In in der Topfschicht in der aktiven Schicht und Graph (b) die Verteilung der Temperatur der aktiven Schicht während des normalen Betriebs der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung (d.h. während des Betriebs mit hoher Leistung) veranschaulicht. In 4 und 5 entspricht, ähnlich wie in 2, die Position auf der Abszisse des Graphen der Position in horizontaler Richtung in der oben gezeigten Querschnittsansicht.
  • Wie in Diagramm (a) von 5 dargestellt, hat die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100A gemäß Vergleichsbeispiel ein einheitliches Kompositionsverhältnis von In in der aktiven Schicht 103A. In einer solchen Konfiguration, wie in Diagramm (c) von 5 dargestellt, ist die Emissionswellenlänge über die aktive Schicht 103A während des Betriebs mit niedriger Ausgangsleistung, bei dem die Einflüsse durch die in der aktiven Schicht 103A erzeugte Wärme vernachlässigbar sind, einheitlich. Die Einflüsse der Wärmeerzeugung können jedoch während des normalen Betriebs nicht vernachlässigt werden. Wie in den Diagrammen (b) der 4 und 5 dargestellt, empfängt das lichtemittierende Element, das sich in jedem lichtemittierenden Halbleiterbauelement im mittleren Bereich in Ausrichtungsrichtung befindet, stärker thermische Interferenzen von anderen benachbarten lichtemittierenden Elementen in Ausrichtungsrichtung als diejenigen, die sich in beiden Endbereichen in Ausrichtungsrichtung befinden. Obwohl solche thermischen Interferenzen durch die in 3 dargestellte Montageform teilweise reduziert werden können, ist es sehr schwierig, die thermischen Interferenzen vollständig zu eliminieren. Aus diesem Grund ist die Temperatur der aktiven Schicht im lichtemittierenden Element, das sich im mittleren Bereich in Ausrichtungsrichtung befindet, höher als in den lichtemittierenden Elementen, die sich im Normalbetrieb in beiden Endbereichen in Ausrichtungsrichtung befinden. In den aktiven Schichten der lichtemittierenden Halbleiterbauelemente gemäß der vorliegenden Ausführungsform und dem Vergleichsbeispiel, wie in Graph (b) der 4 und 5 dargestellt, ist die Temperatur der aktiven Schicht in dem lichtemittierenden Element, das sich im mittleren Bereich in Ausrichtungsrichtung befindet, etwa 3°C höher als die Temperatur in den lichtemittierenden Elementen, die sich in beiden Endbereichen in Ausrichtungsrichtung befinden.
  • Da die aktive Schicht 103A während des Normalbetriebs eine solche Temperaturverteilung aufweist, wie in Diagramm (d) von 5 dargestellt, variiert in der aktiven Schicht 103A des lichtemittierenden Halbleiterbauelements 100A gemäß Vergleichsbeispiel der Verschiebungsbetrag der Emissionswellenlänge, der einem Temperaturanstieg zugeschrieben wird, gemäß den Positionen in der Ausrichtungsrichtung der drei lichtemittierenden Elemente. Daher ist die Emissionswellenlänge für die Position der aktiven Schicht 103A nicht einheitlich.
  • Im Gegensatz dazu ist in der vorliegenden Ausführungsform, wie in Graph (a) von 4 dargestellt, das Kompositionsverhältnis von In in der aktiven Schicht 103 im lichtemittierenden Element 130b, das sich im mittleren Bereich in Ausrichtungsrichtung befindet, kleiner als in den lichtemittierenden Elementen 130a und 130c, die sich in beiden Endbereichen in Ausrichtungsrichtung befinden. Wie in Graph (c) von 4 dargestellt, ist die Emissionswellenlänge daher für die Position der aktiven Schicht 103 während des Betriebs mit geringer Leistung nicht einheitlich, wo die Einflüsse durch Wärme im lichtemittierenden Halbleiterelement 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform vernachlässigbar sind. Wie oben beschrieben, ist jedoch im lichtemittierenden Halbleiterbauelement 100 während des Normalbetriebs die Temperatur der aktiven Schicht 103 im lichtemittierenden Element 130b, das sich im mittleren Bereich in Ausrichtungsrichtung befindet, höher als in den lichtemittierenden Elementen 130a und 130c, die sich in beiden Endbereichen in Ausrichtungsrichtung befinden. Aus diesem Grund ist der Betrag der Verschiebung der Emissionswellenlänge zur längeren Wellenlänge in der aktiven Schicht 103 des lichtemittierenden Elements 130b, die sich im zentralen Bereich in Ausrichtungsrichtung befindet, erhöht. Infolgedessen kann wenigstens ein Teil des Unterschieds im Verschiebungsbetrag der Emissionswellenlänge, der auf die Differenz zwischen der Temperatur der aktiven Schicht 103 im lichtemittierenden Element 130b, das sich im zentralen Bereich in Ausrichtungsrichtung befindet, und der Temperatur der lichtemittierenden Elemente 130a und 130c, die sich in beiden Endbereichen in Ausrichtungsrichtung befinden, zurückzuführen ist, durch den Unterschied in der Emissionswellenlänge, der auf das Kompositionsverhältnis von In zurückzuführen ist, aufgehoben werden. Dementsprechend kann gemäß Diagramm (d) von 4 die Gleichmäßigkeit der Emissionswellenlänge in den drei lichtemittierenden Elementen 130a, 130b und 130c der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 verbessert werden.
  • Darüber hinaus kann die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine beliebige wärmeableitende Konfiguration aufweisen, solange die Konfiguration die Wärmeableitung von den lichtemittierenden Elementen im gleichen Umfang ermöglicht, und muss nicht immer eine Konfiguration umfassen, die eine auf beiden Oberflächen der Vorrichtung angeordnete Wärmesenke wie in PTL 1 beschrieben umfasst. Zum Beispiel kann, wie in 3 dargestellt, der Effekt der Bereitstellung der gleichmäßigen Emissionswellenlänge auch durch eine wärmeableitende Konfiguration erzielt werden, in der eine Wärmesenke wie das Untergestell 113 nur auf einer der Hauptoberflächen des Substrats 101 in der lichtemittierenden Vorrichtung 100 angeordnet ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine vereinfachte wärmeableitende Konfiguration mit geringen Kosten bereitgestellt werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die aktive Schicht 103 die Quantentopfstruktur einschließlich der Topfschicht und der Sperrschicht, und das Kompositionsverhältnis von In in der Topfschicht ist bei dem lichtemittierenden Element 130b, das sich im zentralen Bereich in Ausrichtungsrichtung befindet, kleiner als bei den lichtemittierenden Elementen 130a und 130c, die sich in beiden Endbereichen in Ausrichtungsrichtung befinden. Daher kann die Gleichmäßigkeit der Emissionswellenlänge in der aktiven Schicht 103 mit einer solchen Quantentopfstruktur verbessert werden.
  • [Verfahren zur Herstellung]
  • Das Verfahren zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf 6A bis 6I beschrieben. 6A bis 6I sind schematische Schnittbilder, die die Schritte des Verfahrens zur Herstellung des lichtemittierenden Halbleiterbauelements 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulichen.
  • Zunächst wird Substrat 101 vorbereitet, das eine ebene Hauptoberfläche, wie in 6A dargestellt, umfasst. Hier steht die Kristallachse ((100)-Achse) des Substrats 101 senkrecht zur Hauptoberfläche des Substrats 101, wie durch die Pfeile in 6A dargestellt.
  • Als nächstes wird, wie in 6B dargestellt, Resist 122 auf die Hauptoberfläche von Substrat 101 aufgetragen. Hier wird die Dicke des Resists 122 gemäß der Position auf Substrat 101 variiert, indem die Belichtungsmenge während der Bildung des Resists 122 eingestellt wird. Dabei wird in 6B die Dicke des Resists 122 in beiden Endbereichen in horizontaler Richtung linear (d.h. mit einer festen Neigungsrichtung) nach rechts unten variiert, während in 6B die Dicke des Resists 122 im mittleren Bereich in horizontaler Richtung vereinheitlicht wird.
  • Als nächstes wird, wie in 6C dargestellt, die Hauptoberfläche des Substrats 101 um die Dicke gemäß der Dicke des über dem Substrat 101 angeordneten Resists 122 geätzt, indem der Resist 122 durch Ätzen entfernt wird. In diesem Fall wird, da der gebildete Resist 122 eine geringere Dicke aufweist, eine größere Dicke des Substrats 101 durch Ätzen entfernt. So kann, wie in 6C dargestellt, das Substrat 101 so gebildet werden, dass die Neigung der Hauptoberfläche von Substrat 101 zur Kristallachse, d.h. der Ausfallswinkel in den Bereichen 101a und 101c in beiden Endbereichen der Hauptoberfläche größer und in dem Bereich 101b im zentralen Bereich der Hauptoberfläche kleiner ist.
  • Als nächstes werden, wie in 6D dargestellt, die Mantelschicht 102 eines ersten Leitertyps, die aktive Schicht 103, die Mantelschicht 104 eines zweiten Leitertyps und die Kontaktschicht 105 über der Hauptoberfläche des Substrats 101 nacheinander vom Substrat 101 aus gebildet. In 6D und 6E bis 61, die später beschrieben werden, ist die in 6C dargestellte Neigung der Oberseite von Substrat 101 aus Gründen der Einfachheit der Zeichnungen nicht dargestellt. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Schichten durch metallorganische Gasphasenabscheidung (MOCVD) gebildet. Hier führt ein kleinerer Ausfallswinkel von Substrat 101 zu einem kleineren Kompositionsverhältnis von In in der über Substrat 101 laminierten Halbleiterschicht. Aus diesem Grund kann das Kompositionsverhältnis von In in der aktiven Schicht 103 in der Position, in der in den nachfolgenden Schritten das lichtemittierende Element 130b gebildet wird (in der Mitte der horizontalen Richtung in 6D), im Vergleich zu den Positionen, in denen die lichtemittierenden Elemente 130a und 130c gebildet werden (in beiden Endbereichen in horizontaler Richtung in 6D), reduziert werden, wenn die darüberliegenden Halbleiterschichten über das Substrat 101 laminiert sind.
  • Als nächstes wird, wie in 6E dargestellt, Maske 123 aus SiO2 über der Kontaktschicht 105 gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein SiO2-Film mit einer Dicke von etwa 300nm über der Kontaktschicht 105 durch Plasma-CVD gebildet, und der SiO2-Film wird durch Photolithographie und Ätzen strukturiert, um drei Masken 123 mit einer Bandform zu bilden, die sich in der Resonanzrichtung (d.h. der Richtung senkrecht zum Papier in 6E) erstreckt.
  • Als nächstes werden, wie in 6F dargestellt, die Grate 132a, 132b und 132c durch Ätzen der Kontaktschicht 105 und der Mantelschicht 104 eines zweiten Leitertyps unter Verwendung von bandförmig geformten Masken 123 und anschließendem Entfernen der Masken 123 durch Nassätzen gebildet. Dabei bleiben von der Kontaktschicht 105 nur die auf den Graten 132a, 132b bzw. 132c angeordneten Kontaktschichten 105a, 105b und 105c übrig, während die Schichtdicke der Abschnitte außer den Graten der Mantelschicht 104 eines zweiten Leitertyps verringert wird. Kontaktschicht 105 und Mantelschicht 104 eines zweiten Leitertyps können durch Trockenätzen durch reaktives lonenätzen (RIE) unter Verwendung eines Gases auf Chlorbasis wie Cl2 geätzt werden. Masken 123 können durch Nassätzen mit Flusssäure entfernt werden.
  • Als nächstes wird die Isolierschicht 106 über der Mantelschicht 104 eines zweiten Leitertyps und den Kontaktschichten 105a, 105b und 105c gebildet. Die Isolierschicht 106 wird durch Plasma-CVD aus SiO2 gebildet und hat eine Dicke von 300nm. Anschließend wird, wie in 6G dargestellt, nur die Isolierschicht 106 über den Kontaktschichten 105a, 105b und 105c entfernt, um die oberen Oberflächen der Kontaktschichten 105a, 105b und 105c freizulegen. Die Isolierschicht 106 kann durch Fotolithografie und Nassätzen entfernt werden.
  • Als nächstes werden, wie in 6H dargestellt, unter Verwendung eines Vakuumverdampfungsverfahrens und eines Lift-off-Verfahrens zweite Elektroden 107a, 107b und 107c auf den Kontaktschichten 105a, 105b bzw. 105c gebildet. Anschließend wird die Pad-Elektrode 108 gebildet, um die zweiten Elektroden 107a, 107b und 107c auf der leitfähigen Seite und die Isolierschicht 106 zu bedecken. Insbesondere wird der Resist durch Photolithographie so strukturiert, dass er einen Abschnitt aufweist, in dem die Pad-Elektrode 108 nicht gebildet wird. Die Pad-Elektrode 108 wird durch den Vakuumaufdampfprozess über die gesamte Oberfläche des Substrats 101 gebildet, und unnötige Abschnitte werden durch den Lift-off-Prozess entfernt. Auf diese Weise wird eine Pad-Elektrode 108 mit einer vorbestimmten Form gebildet. Ähnlich wie die Pad-Elektrode 108 wird die erste leitfähige Elektrode 109 auf der unteren Oberfläche des Substrats 101 (die untere Oberfläche in 61) gebildet. Auf diese Weise kann, wie in 6I dargestellt, eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100 gebildet werden.
  • Von den drei lichtemittierenden Elementen 130a, 130b und 130c in der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Ausfallswinkel des Substrats 101 im Bereich 101b, der das lichtemittierende Element 130b umfasst, das sich im zentralen Bereich in der Ausrichtungsrichtung befindet, kleiner als der in den Bereichen 101a und 101c, die die lichtemittierenden Elemente 130a und 130c umfassen, die sich in beiden Endbereichen in der Ausrichtungsrichtung befinden. In einer solchen lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 führt ein kleinerer Ausfallswinkel des Substrats 101 zu einem kleineren Kompositionsverhältnis von In in der über dem Substrat 101 laminierten Halbleiterschicht. Aus diesem Grund kann eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100, die eine über dem Substrat 101 laminierte Laminatstruktur umfasst, die Implementierung der Konfiguration erleichtern, bei der das Kompositionsverhältnis von In in der aktiven Schicht 103 im zentralen Bereich in Ausrichtungsrichtung kleiner ist als in den beiden Endbereichen darin.
  • AUSFÜHRUNGSFORM 2
  • Lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 wird beschrieben. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform 1, außer dass die Materialien und die In-Verteilung in der aktiven Schicht unterschiedlich sind. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nun hauptsächlich für die Unterschiede zur lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 beschrieben.
  • [Gesamte Konfiguration]
  • Zunächst wird die gesamte Konfiguration der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. 7 ist eine schematische Schnittdarstellung, die die lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. In 7 ist auch eine Grafik dargestellt, die eine Verteilung des Kompositionsverhältnisses von In in einer Topfschicht in der aktiven Schicht 203 gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Die Abszissenposition des in 7 gezeigten Graphen entspricht einer Position in horizontaler Richtung des darüber gezeigten Querschnitts. Zum Beispiel entspricht eine Position von 0µm in der Abszisse des in 7 gezeigten Diagramms der äußersten linken Position der aktiven Schicht 203 im Querschnitt, und eine Position von 200µm in der Abszisse des Diagramms entspricht der äußersten rechten Position der aktiven Schicht 203 im Querschnitt.
  • Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst Halbleiterschichten aus Nitrid-Halbleitern. Wie in 7 dargestellt, umfasst die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 200 nach der vorliegenden Ausführungsform das Substrat 201 und die Gruppierung 220. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 200 des Weiteren die erste Elektrode 209 auf der Leiterseite.
  • Substrat 201 ist ein Substrat der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 200. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Substrat 201 ein n-Typ-GaN-Substrat mit einer Dicke von 80µm.
  • Gruppierung 220 umfasst drei oder mehr lichtemittierende Elemente, die über und entlang einer Hauptoberfläche von Substrat 201 ausgerichtet sind und jeweils Licht emittieren. In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 7 dargestellt, umfasst die Gruppierung 220 die drei lichtemittierenden Elemente 230a, 230b und 230c. Die Gruppierung 220 kann eine beliebige Anzahl lichtemittierender Elemente umfassen und kann wenigstens drei lichtemittierende Elemente enthalten.
  • Drei lichtemittierende Elemente 230a, 230b und 230c umfassen jeweils eine Mantelschicht 202 eines ersten Leitertyps, eine aktive Schicht 203, die In umfasst, und eine Mantelschicht 204 eines zweiten Leitertyps, die über dem Substrat 201 nacheinander vom Substrat 201 aus angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform umfassen die drei lichtemittierenden Elemente 230a, 230b und 230c die Kontaktschichten 205a, 205b und 205c sowie die zweiten leitfähigkeitsseitigen Elektroden 207a, 207b und 207c. Die drei lichtemittierenden Elemente 230a, 230b und 230c umfassen des Weiteren die Isolierschicht 206 und die Pad-Elektrode 208.
  • Die Mantelschicht 202 eines ersten Leitertyps ist eine Mantelschicht, die über dem Substrat 201 angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Mantelschicht 202 eines ersten Leitertyps eine Mantelschicht vom n-Typ AlxGa1-xN (wobei x = 0,05) mit einer Dicke von 1µm. Mantelschicht 202 eines ersten Leitertyps kann jede andere Konfiguration aufweisen. Mantelschicht 202 eines ersten Leitertyps kann eine Dicke von mehr als 1µm aufweisen, oder ihre Zusammensetzung kann ein AlxGa1-xN vom n-Typ sein (wobei 0 < x < 1).
  • Die aktive Schicht 203 ist eine lichtemittierende Schicht, die über der Mantelschicht 202 eines ersten Leitertyps angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die aktive Schicht 203 eine aktive Quantentopfschicht, die ein Laminat aus einer undotierten InxGa1-xN (wobei x ≥ 0,1800) Topfschicht mit einer Dicke von 5nm und einer undotierten GaN-Sperrschicht mit einer Dicke von 100nm umfasst, wobei die Topfschicht und die Sperrschicht abwechselnd laminiert sind.
  • Unter den drei oder mehr lichtemittierenden Elementen in der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 200 ist das Kompositionsverhältnis von In in der aktiven Schicht 203 in dem lichtemittierenden Element, das sich in der Ausrichtungsrichtung im mittleren Bereich befindet, kleiner als in den lichtemittierenden Elementen, die sich in der Ausrichtungsrichtung in beiden Endbereichen befinden. In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 7 dargestellt, ist das Kompositionsverhältnis von In in der aktiven Schicht 203 im lichtemittierenden Element 230b, das sich im zentralen Bereich in der Ausrichtungsrichtung befindet, kleiner als in den lichtemittierenden Elementen 230a und 230c, die sich in beiden Endbereichen in der Ausrichtungsrichtung befinden. Konkret beträgt das Kompositionsverhältnis von In in der Topfschicht in der aktiven Schicht 203 0,1800 (d.h. 18,00%) im Emitter 210b des lichtemittierenden Elements 230b und 0,1815 (d.h. 18,15%) im Emitter 210a des lichtemittierenden Elements 230a und im Emitter 210c des lichtemittierenden Elements 230c. In der vorliegenden Ausführungsform nimmt das Kompositionsverhältnis von In in der Topfschicht in der aktiven Schicht 203 vom zentralen Bereich zu beiden Endbereichen hin in Ausrichtungsrichtung kontinuierlich zu.
  • Eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung 200, die eine solche aktive Schicht 203 umfasst, emittiert blaues Laserlicht mit einer Wellenlänge von etwa 450nm.
  • Die aktive Schicht 203 kann jede andere Konfiguration haben und kann eine aktive Quantenschacht-Schicht sein, die ein Laminat aus einer InxGa1-xN (wobei 0 < x < 1) Topfschicht und einer abwechselnd laminierten GaN-Sperrschicht umfasst. Von der aktiven Schicht 203 emittieren die Emitter 210a, 210b und 210c Licht, wobei die Emitter den Stromdurchgangsbereichen entsprechen, d.h. den unteren Bereichen der Grate 232a, 232b und 232c. Darüber hinaus kann die aktive Schicht 203 eine Führungsschicht umfassen, die wenigstens oberhalb oder unterhalb der aktiven Quantenschacht-Schicht angeordnet ist.
  • Wie in 7 dargestellt, ist die Mantelschicht 204 eines zweiten Leitertyps eine Mantelschicht, die über der aktiven Schicht 203 angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Mantelschicht 204 eines zweiten Leitertyps eine p-Typ-AlxGa1-xN-Schicht (wobei x = 0,05) mit einer Dicke von 0,5µm. Mantelschicht 204 eines zweiten Leitertyps kann jede andere Konfiguration aufweisen. Mantelschicht 104 eines zweiten Leitfähigkeitstyps kann eine Dicke von 0,5µm oder mehr und 1,0µm oder weniger aufweisen, und ihre Zusammensetzung kann ein p-Typ AlxGa1-xN (mit 0 < x < 1) sein.
  • Die Kontaktschichten 205a, 205b und 205c sind über der Mantelschicht 204 eines zweiten Leitertyps angeordnet und stehen in ohmschem Kontakt mit den zweiten Elektroden 207a, 207b bzw. 207c auf der Leiterseite. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Kontaktschichten 205a, 205b und 205c jeweils eine p-Typ-GaN-Schicht mit einer Dicke von 100nm. Die Kontaktschichten 205a, 205b und 205c können jede andere Konfiguration aufweisen. Die Kontaktschichten 205a, 205b und 205c können eine Dicke von 100nm oder mehr und 500nm oder weniger aufweisen.
  • Die Isolierschicht 206 ist über der Mantelschicht 204 eines zweiten Leitertyps angeordnet, um die Pad-Elektrode 108 von der Mantelschicht 204 eines zweiten Leitertyps und den Kontaktschichten 205a, 205b und 205c zu isolieren. Die Isolierschicht 206 bedeckt die Oberseite der Mantelschicht 204 eines zweiten Leitfähigkeitstyps mit Ausnahme der Grate 232a, 232b und 232c, die Seitenflächen der Grate 232a, 232b und 232c in der Mantelschicht 204 eines zweiten Leitfähigkeitstyps und die Seitenflächen der Kontaktschichten 205a, 205b und 205c. Die Isolierschicht 106 kann einen Teil der oberen Oberflächen der Kontaktschichten 205a, 205b und 205c bedecken. Die Isolierschicht 206 umfasst Öffnungen über den Graten 232a, 232b und 232c, um die Kontaktschichten 205a, 205b und 205c mit den zweiten leitfähigen Elektroden 207a, 207b und 207c in Kontakt zu bringen. Die Öffnung der Isolierschicht 206 kann eine schlitzartige Form aufweisen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Isolierschicht 206 eine SiO2-Schicht mit einer Dicke von 300nm. Die Isolierschicht 206 kann jede andere Konfiguration aufweisen. Die Isolierschicht 206 kann eine Dicke von 100nm oder mehr und 1000nm oder weniger aufweisen.
  • Die zweiten leitfähigen Elektroden 207a, 207b und 207c sind über den Kontaktschichten 205a, 205b und 205c angeordnet und stehen in ohmschem Kontakt mit den Kontaktschichten 205a, 205b bzw. 205c. Die zweiten leitfähigen Seitenelektroden 207a, 207b und 207c haben dieselbe Konfiguration wie die zweiten leitfähigen Seitenelektroden 107a, 107b und 107c gemäß Ausführungsform 1.
  • Die Pad-Elektrode 208 ist eine pad-ähnliche Elektrode, die über den zweiten leitfähigen Elektroden 207a, 207b und 207c angeordnet ist. Die Pad-Elektrode 208 hat die gleiche Konfiguration wie die Pad-Elektrode 108 gemäß Ausführungsform 1.
  • Die erste Elektrode auf der Leitseite 209 ist eine Elektrode, die unter dem Substrat 201 angeordnet ist. Die erste Leitfähigkeitselektrode 209 hat die gleiche Konfiguration wie die erste Leitfähigkeitselektrode 109 gemäß Ausführungsform 1.
  • Wie oben beschrieben, kann die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit der Verteilung des Kompositionsverhältnisses von In in der Topfschicht in der aktiven Schicht 203 die Gleichmäßigkeit der Emissionswellenlänge unter den lichtemittierenden Elementen wie in der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform 1 verbessern. In der vorliegenden Ausführungsform kann auch eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 200 mit einer vereinfachten Konfiguration wie in Ausführungsform 1 kostengünstig implementiert werden.
  • [Verfahren zur Herstellung]
  • Das Verfahren zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf die 8A bis 8I beschrieben. 8A bis 8I sind schematische Schnittdarstellungen, die die Schritte des Verfahrens zur Herstellung des lichtemittierenden Halbleiterbauelements 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulichen.
  • Zunächst wird das Substrat 201 vorbereitet, das eine ebene Hauptoberfläche, wie in 8A dargestellt, umfasst. Hier ist die Kristallachse ((100)-Achse) von Substrat 201 senkrecht zur Hauptoberfläche von Substrat 201, wie durch die Pfeile in 8A dargestellt.
  • Als nächstes wird, wie in 8B dargestellt, Resist 222 auf die Hauptoberfläche von Substrat 201 aufgetragen. Hier wird die Dicke des Resists 222 gemäß der Position auf Substrat 201 variiert, indem die Belichtungsmenge während der Bildung des Resists 222 eingestellt wird. Dabei wird die Dicke des Resists 222 8B vom mittleren Bereich zu den beiden Endbereichen hin in horizontaler Richtung verringert.
  • Als nächstes kann, wie in 8C dargestellt, die Hauptoberfläche des Substrats 201 um die Dicke gemäß der Dicke des über dem Substrat 201 befindlichen Resists 222 geätzt werden, indem der Resist 222 durch Ätzen entfernt wird. In diesem Fall wird, da der gebildete Resist 222 eine geringere Dicke aufweist, eine größere Dicke des Substrats 201 durch Ätzen entfernt. So kann, wie in 8C dargestellt, das Substrat 201 so geformt werden, dass die Neigung der Hauptoberfläche von Substrat 201 zur Kristallachse, d.h. der Ausfallswinkel zu beiden Endbereichen von Substrat 201 hin größer ist. Dementsprechend kann das Substrat 201 so geformt werden, dass es einen großen Ausfallswinkel in den Regionen 201a und 201c in beiden Endbereichen der Hauptoberfläche und einen kleinen Ausfallswinkel in dem Bereich 201b im zentralen Bereich der Hauptoberfläche aufweist.
  • Als nächstes werden, wie in 8D dargestellt, die Mantelschicht 202 eines ersten Leitertyps, die aktive Schicht 203, die Mantelschicht 204 eines zweiten Leitertyps und die Kontaktschicht 205 über der Hauptoberfläche von Substrat 201 nacheinander von Substrat 201 gebildet. In 8D und 8E bis 81, die später beschrieben werden, ist die in 8C dargestellte Neigung der Oberseite von Substrat 201 aus Gründen der Einfachheit der Zeichnungen nicht dargestellt. Die in 8D bis 8I dargestellten Schritte sind die gleichen wie die in 6D bis 6I dargestellten, und die detaillierten Beschreibungen davon werden weggelassen.
  • Als nächstes werden, wie in 8E dargestellt, drei bandförmige Masken 223 aus SiO2 über der Kontaktschicht 205 gebildet.
  • Als nächstes werden, wie in 8F dargestellt, Kontaktschicht 205 und Mantelschicht 204 eines zweiten Leitertyps unter Verwendung von Masken 223 geätzt, die zu einer Bandform geformt werden, und dann werden die Masken 223 durch Nassätzen entfernt, um die Grate 232a, 232b und 232c zu bilden. Dabei bleiben von der Kontaktschicht 205 nur die Kontaktschichten 205a, 205b und 205c übrig, die in den Graten 232a, 232b bzw. 232c angeordnet sind, um die Schichtdicke der Abschnitte außer den Graten der Mantelschicht 204 eines zweiten Leitertyps zu verringern.
  • Als nächstes wird die Isolierschicht 206 über der Mantelschicht 204 eines zweiten Leitertyps und den Kontaktschichten 205a, 205b und 205c gebildet. Anschließend wird, wie in 8G dargestellt, nur die Isolierschicht 206 über den Schichten 205a, 205b und 205c entfernt, um die obere Oberfläche der Kontaktschichten 205a, 205b und 205c freizulegen.
  • Als nächstes werden, wie in 8H dargestellt, zweite leitfähige Seitenelektroden 207a, 207b und 207c über den Kontaktschichten 205a, 205b bzw. 205c gebildet. Anschließend wird die Pad-Elektrode 208 gebildet, um die zweiten leitfähigen Elektroden 207a, 207b und 207c und die Isolierschicht 206 zu bedecken. Als nächstes wird die erste Leitfähigkeitselektrode 209 auf der unteren Oberfläche des Substrats 201 (die untere Oberfläche in 81) gebildet. Auf diese Weise kann, wie in 8I dargestellt, die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 200 gebildet werden.
  • Ähnlich wie bei der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 ist der Ausfallswinkel des Substrats 201 in dem Bereich 201b, der das lichtemittierende Element 230b umfasst, das sich im zentralen Bereich in Ausrichtungsrichtung befindet, kleiner als der in den Bereichen 201a und 201c, die die lichtemittierenden Elemente 230a und 230c umfassen, die sich in beiden Endbereichen in Ausrichtungsrichtung befinden. Aus diesem Grund kann die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 200, die eine Laminatstruktur umfasst, die über dem Substrat 201 laminiert ist, die Implementierung der Konfiguration erleichtern, bei der das Kompositionsverhältnis von In in der aktiven Schicht 203 im zentralen Bereich in Ausrichtungsrichtung kleiner ist als in den beiden Endbereichen darin.
  • [Modifikation]
  • Eine Modifikation der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nun beschrieben. Die vorliegende Modifikation ist die gleiche wie die der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 200 mit der Ausnahme, dass die Zusammensetzung und die Emissionswellenlänge der Halbleiterschicht unterschiedlich sind. Die vorliegende Modifikation wird nun hauptsächlich für die Unterschiede zur lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 200 beschrieben.
  • Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Modifikation emittiert grünes Laserlicht mit einer Wellenlänge von etwa 520nm. Um eine solche Emissionswellenlänge bereitzustellen, werden die Mantelschicht eines ersten Leitertyps und die Mantelschicht eines zweiten Leitertyps gemäß der vorliegenden Modifikation aus einem AlxGa1-xN vom n-Typ (mit x = 0,2) bzw. einem AlxGa1-xN vom p-Typ (mit x = 0,2) hergestellt. Die Topfschicht und die Sperrschicht in der aktiven Schicht bestehen aus einem undotierten InxGa1-xN (wobei x ≥ 0,3000 ist) und einem undotierten GaN. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Kompositionsverhältnis von In in der Topfschicht in der aktiven Schicht im lichtemittierenden Element, das sich im zentralen Bereich in der Ausrichtungsrichtung befindet, kleiner als in den lichtemittierenden Elementen, die sich in beiden Endbereichen befinden. Konkret beträgt das Kompositionsverhältnis von In in der Topfschicht 0,3000 (d.h. 30,00%) in dem Emitter, der sich im zentralen Bereich in Ausrichtungsrichtung befindet, und 0,3015 (d.h. 30,15%) in dem Emitter, der sich in beiden Endbereichen in Ausrichtungsrichtung befindet. Ähnlich wie bei der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 200 nimmt bei der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Modifikation das Kompositionsverhältnis von In in der Topfschicht in der aktiven Schicht vom zentralen Bereich zu beiden Endbereichen in Ausrichtungsrichtung kontinuierlich zu.
  • So kann die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Modifikation mit der Verteilung des Kompositionsverhältnisses von In in der Topfschicht in der aktiven Schicht auch die Gleichmäßigkeit der Emissionswellenlänge unter den lichtemittierenden Elementen wie in der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 200 verbessern. In der vorliegenden Modifikation kann eine kostengünstige lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit einer vereinfachten Konfiguration wie in Ausführungsform 1 implementiert werden.
  • AUSFÜHRUNGSFORM 3
  • Der Projektionsapparat gemäß Ausführungsform 3 wird beschrieben. Der Projektionsapparat (Projektor) gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Halbleiter-Leuchtvorrichtungen gemäß den Ausführungsformen 1 und 2 und die Modifikation der Ausführungsform 2. Der Projektionsapparat gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
  • 9 ist eine schematische Darstellung des Projektionsapparates 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 9 dargestellt, ist der Projektionsapparat 300 ein Beispiel für eine Bildanzeigevorrichtung, die eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung umfasst. Der Projektionsapparat 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst Lichtquellen, beispielsweise ein Halbleiter-Lichtemissionsmodul 300R, das rotes Laserlicht emittiert, ein lichtemittierendes Halbleitermodul 300G, das grünes Laserlicht emittiert, und ein lichtemittierendes Halbleitermodul 300B, das blaues Laserlicht emittiert. Beispielsweise umfassen die lichtemittierenden Halbleitermodule 300R, 300G und 300B die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform 1, die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß der Modifikation der Ausführungsform 2 und die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 200 gemäß der Ausführungsform 2. Die lichtemittierenden Halbleitermodule 300R, 300G und 300B umfassen die Gehäuse 115R, 115G bzw. 115B, wobei die Gehäuse die gleichen sind wie das in der Ausführungsform der Ausführungsform 1 dargestellte Gehäuse 115.
  • Der Projektionsapparat 300 umfasst die Linsen 302R, 302G und 302B, den Spiegel 303R, den dichroitischen Spiegel 303G und den dichroitischen Spiegel 303B, den räumlichen Lichtmodulator 304 und die Projektionslinse 305.
  • Bei den Linsen 302R, 302G und 302B handelt es sich beispielsweise um Kollimatorlinsen, die jeweils vor den lichtemittierenden Halbleitermodulen 300R, 300G und 300B angeordnet sind.
  • Der Spiegel 303R reflektiert das rote Laserlicht, das von dem lichtemittierenden Halbleitermodul 300R abgestrahlt wird. Der dichroitische Spiegel 303G reflektiert das grüne Laserlicht, das vom lichtemittierendem Halbleitermodul 300G abgestrahlt wird, und überträgt das rote Laserlicht, das vom lichtemittierenden Halbleitermodul 300R abgestrahlt wird. Der dichroitische Spiegel 303B reflektiert das blaue Laserlicht, das von dem lichtemittierenden Halbleitermodul 300B abgestrahlt wird, und überträgt das rote Laserlicht, das von dem lichtemittierenden Halbleitermodul 300R abgestrahlt wird, und das grüne Laserlicht, das von dem lichtemittierenden Halbleitermodul 300G abgestrahlt wird.
  • Unter Verwendung des roten Laserlichts vom lichtemittierenden Halbleitermodul 300R, des grünen Laserlichts vom lichtemittierendem Halbleitermodul 300G und des blauen Laserlichts vom Halbleiter-Leuchtmodul 300B erzeugt der räumliche Lichtmodulator 304 rote, grüne und blaue Bilder gemäß dem Eingangsbildsignal, das in den Projektionsapparat 300 eingegeben wird. Als räumlicher Lichtmodulator 304 kann eine Flüssigkristalltafel oder eine digitale Spiegelvorrichtung (DMD) unter Verwendung eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS) verwendet werden.
  • Die Projektionslinse 305 projiziert das vom räumlichen Lichtmodulator 304 erzeugte Bild auf den Bildschirm 306.
  • In einer Projektionsvorrichtung 300 mit einer solchen Konfiguration werden die von den lichtemittierenden Halbleitermodulen 300R, 300G und 300B abgestrahlten Laserlichtstrahlen durch die Linsen 302R, 302G und 302B in annähernd parallele Lichtstrahlen umgewandelt und treten in den Spiegel 303R, den dichroitischen Spiegel 303G bzw. den dichroitischen Spiegel 303B ein.
  • Der Spiegel 303R reflektiert das vom Halbleiter-Leuchtmodul 300R abgestrahlte rote Laserlicht in 45°-Richtung. Der dichroitische Spiegel 303G überträgt das rote Laserlicht, das vom Halbleiter-Leuchtmodul 300R abgestrahlt und vom Spiegel 303R reflektiert wird, und reflektiert das grüne Laserlicht, das vom Halbleiter-Leuchtmodul 300G abgestrahlt wird, in der 45°-Richtung. Der dichroitische Spiegel 303B überträgt das rote Laserlicht, das von dem lichtemittierenden Halbleitermodul 300R abgestrahlt und von dem Spiegel 303R reflektiert wird, und das grüne Laserlicht, das von dem lichtemittierenden Halbleitermodul 300G abgestrahlt und von dem dichroitischen Spiegel 303G reflektiert wird, und reflektiert das blaue Laserlicht, das von dem lichtemittierenden Halbleitermodul 300B abgestrahlt wird, in der 45°-Richtung.
  • Die roten, grünen und blauen Laserlichtstrahlen, die von Spiegel 303R, dichroitischem Spiegel 303G und dichroitischem Spiegel 303B reflektiert werden, treten in einem Zeitmultiplex-Modus in den räumlichen Lichtmodulator 304 ein (beispielsweise wird das Laserlicht mit einem Schaltzyklus von 120 Hz sequentiell von Rot über Grün nach Blau umgeschaltet). In diesem Fall zeigt der räumliche Lichtmodulator 304 ein rotes Bild, wenn das rote Laserlicht eintritt, ein grünes Bild, wenn das grüne Laserlicht eintritt, und ein blaues Bild, wenn das blaue Laserlicht eintritt.
  • So werden die roten, grünen und blauen Laserlichtstrahlen, die durch den räumlichen Lichtmodulator 304 räumlich moduliert werden, in rote, grüne und blaue Bilder umgewandelt, die durch die Projektionslinse 305 auf die Leinwand 306 projiziert werden. In diesem Fall sind die roten, grünen und blauen Bilder, die im Zeitmultiplex-Modus auf die Leinwand 306 projiziert werden, zwar monochromatisch, aber diese Bilder werden vom menschlichen Auge als ein Bild einer Mischfarbe dieser Farben, nämlich als Farbbild, erkannt.
  • Da der Projektionsapparat 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen gemäß den Ausführungsformen und ihrer Modifikation als lichtemittierende Halbleitermodule 300R, 300G und 300B umfasst, ergibt sich daraus eine hohe Kopplungseffizienz der von den Emittern emittierten Laserlichtstrahlen. Aus diesem Grund können Projektionsapparate 300 mit hoher Leuchtdichte und hoher Auflösung realisiert werden.
  • MODIFIKATIONEN
  • Obwohl Halbleiterlaservorrichtungen und der Projektionsapparat gemäß der vorliegenden Offenbarung auf der Grundlage der Ausführungsformen 1 bis 3 und der Modifikation der Ausführungsform 2 wie oben beschrieben wurden, sollten diese Ausführungsformen und die Modifikation nicht als Einschränkungen der vorliegenden Offenbarung ausgelegt werden.
  • Obwohl zum Beispiel jedes lichtemittierende Halbleiterbauelement drei lichtemittierende Elemente in den Ausführungsformen und der obigen Modifikation umfasst, ist die Anzahl der lichtemittierenden Elemente nicht auf drei begrenzt. Jede lichtemittierende Halbleitervorrichtung kann drei oder mehr lichtemittierende Elemente umfassen.
  • Obwohl der erste Leitfähigkeitstyp der Halbleiterschicht der n-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp der p-Typ in den Ausführungsformen und der obigen Modifikation ist, kann der erste Leitfähigkeitstyp der p-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp der n-Typ sein.
  • Obwohl jede aktive Schicht in den Ausführungsformen und der darüber liegenden Modifikation eine Quantentopfstruktur hat, kann die aktive Schicht jede andere Struktur als die Quantentopfstruktur aufweisen.
  • Obwohl jede lichtemittierende Halbleitervorrichtung ein Laserelement ist, das eine optische Kavität in den Ausführungsformen und die obige Modifikation umfasst, kann die lichtemittierende Halbleitervorrichtung eine Superlumineszenzdiode sein.
  • Obwohl die Stromeinschränkung mit der Stegstruktur in den lichtemittierenden Halbleiterbauelementen gemäß den Ausführungsformen und der obigen Modifikation implementiert wurde, kann die Stromeinschränkung mit jedem anderen Verfahren implementiert werden, und es kann eine Elektrodenstreifenstruktur oder eine Einbettungsstruktur verwendet werden.
  • Die vorliegende Offenbarung umfasst auch Ausführungsformen, die durch eine Vielzahl von Modifikationen der von Fachleuten konzipierten Ausführungsformen erhalten werden, sowie Ausführungsformen, die jede Kombination der Bestandteile und Funktionen in den Ausführungsformen umfassen, ohne vom Kern der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann in Projektionsapparaten als Lichtquelle mit hoher Gleichförmigkeit der Emissionswellenlänge verwendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 100, 100A, 200
    lichtemittierende Halbleitervorrichtung
    101, 201, 1006
    Substrat
    101a, 101b, 101c, 201a, 201b, 201c
    Bereich
    102, 202
    Mantelschicht des ersten Leitertyps
    103, 103A, 203
    aktive Schicht
    104, 204
    Mantelschicht des zweiten Leitertyps
    105, 105a, 105b, 105c, 205, 205a, 205b, 205c
    Kontaktschicht
    106, 206
    Isolierschicht
    107a, 107b, 107c, 207a, 207b, 207c
    zweite Elektrode auf der Leiterseite
    108, 208
    Pad-Elektrode
    109, 209
    erste Elektrode auf der Leiterseite
    110a, 110b, 110c, 210a, 210b, 210c
    Emitter
    111
    elementseitige Haftschicht
    112
    Metallschicht
    113
    Untergestell
    114
    gehäuseseitige Haftschicht
    115, 115B, 115G, 115R
    Gehäuse
    120,220
    Gruppierung
    122,222
    Resist
    123, 223
    Maske
    130a, 130b, 130c, 230a, 230b, 230c
    lichtemittierendes Element
    132a, 132b, 132c, 232a, 232b, 232c
    Grat
    300
    Projektionsapparat
    300B, 300G, 300R
    Lichtemittierendes Halbleitermodul
    302B, 302G, 302R
    Linse
    303B, 303G
    dichroitischer Spiegel
    303R
    Spiegel
    304
    räumlicher Lichtmodulator
    305
    Projektionslinse
    306
    Bildschirm
    1000
    Laser-Chip
    1001
    p-Seiten-Elektrode
    1007
    n-Seiten-Elektrode
    1008
    Lötschicht
    1009, 1010
    Kühlkörper
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 1992192483 [0005]

Claims (3)

  1. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Substrat; und eine Gruppierung, die drei oder mehr lichtemittierende Elemente umfasst, die über und entlang einer Hauptoberfläche des Substrats ausgerichtet sind und jeweils Licht emittieren, wobei die drei oder mehr lichtemittierenden Elemente jeweils eine Mantelschicht eines ersten Leitertyps, eine aktive Schicht, die In enthält, und eine Mantelschicht eines zweiten Leitertyps, die über dem Substrat nacheinander vom Substrat aus angeordnet ist, umfassen, und wobei unter den drei oder mehr lichtemittierenden Elementen das Kompositionsverhältnis von In in der aktiven Schicht bei einem lichtemittierenden Element, das sich in einem zentralen Bereich in einer Ausrichtungsrichtung befindet, kleiner als bei lichtemittierenden Elementen ist, die sich in beiden Endbereichen in der Ausrichtungsrichtung befinden.
  2. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die aktive Schicht eine Quantentopfstruktur aufweist, die eine Topfschicht und eine Sperrschicht umfasst, und wobei unter den drei oder mehr lichtemittierenden Elementen ein Kompositionsverhältnis von In in der Topfschicht in dem lichtemittierenden Element, das sich im zentralen Bereich in Ausrichtungsrichtung befindet, kleiner als in den lichtemittierenden Elementen ist, die sich in beiden Endbereichen in Ausrichtungsrichtung befinden.
  3. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei unter den drei oder mehr lichtemittierenden Elementen ein Ausfallswinkel des Substrats in einem Bereich, der das lichtemittierende Element umfasst, das sich in der Ausrichtungsrichtung in der zentralen Fläche befindet, kleiner als ein Ausfallswinkel des Substrats in Bereichen ist, die die lichtemittierenden Elemente umfassen, die sich in der Ausrichtungsrichtung in beiden Endflächen befinden.
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