JP2001257379A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子及びその製造方法Info
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- JP2001257379A JP2001257379A JP2000066736A JP2000066736A JP2001257379A JP 2001257379 A JP2001257379 A JP 2001257379A JP 2000066736 A JP2000066736 A JP 2000066736A JP 2000066736 A JP2000066736 A JP 2000066736A JP 2001257379 A JP2001257379 A JP 2001257379A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 安定した白色等の混色発光を可能とした半導
体発光素子とその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体積層体１は、サファイア基板１０
４と、これに成長形成された下部ＧａＮクラッド層１０
６、青色発光層であるＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ層１
０７、及び上部ＧａＮクラッド層１０８を含む。半導体
積層体２は、ＧａＡｓ基板１０１に成長形成された黄色
発光層であるＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜１０２
とコンタクト層１０３を含む。これらの積層体１，２は
接着され、青色発光層からの放射１と、青色光により励
起された黄色発光層からの放射２とが混成して白色光を
出力する。
体発光素子とその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体積層体１は、サファイア基板１０
４と、これに成長形成された下部ＧａＮクラッド層１０
６、青色発光層であるＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ層１
０７、及び上部ＧａＮクラッド層１０８を含む。半導体
積層体２は、ＧａＡｓ基板１０１に成長形成された黄色
発光層であるＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜１０２
とコンタクト層１０３を含む。これらの積層体１，２は
接着され、青色発光層からの放射１と、青色光により励
起された黄色発光層からの放射２とが混成して白色光を
出力する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、複数波長の光を
混成して出力する半導体発光素子とその製造方法に関す
る。
混成して出力する半導体発光素子とその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より、可視光半導体発光素子（ＬＥ
Ｄ）は表示用光源として広く実用されている。実用され
ている主なＬＥＤ材料は、ＡｌＧａＡｓ，ＧａＡｌＰ，
ＧａＰ，ＩｎＧａＡｌＰ等であり、これらの材料を用い
て赤色、橙色、黄色、緑色のＬＥＤが低コストで供給さ
れている。また近年、ＧａＮ系材料を用いた青色ＬＥＤ
や緑色ＬＥＤが実用化され、ＬＥＤによる３原色発光も
可能となっている。
Ｄ）は表示用光源として広く実用されている。実用され
ている主なＬＥＤ材料は、ＡｌＧａＡｓ，ＧａＡｌＰ，
ＧａＰ，ＩｎＧａＡｌＰ等であり、これらの材料を用い
て赤色、橙色、黄色、緑色のＬＥＤが低コストで供給さ
れている。また近年、ＧａＮ系材料を用いた青色ＬＥＤ
や緑色ＬＥＤが実用化され、ＬＥＤによる３原色発光も
可能となっている。
【０００３】一方、白色発光のＬＥＤの開発も精力的に
行われている。これは、白熱電球や蛍光灯に代わる照明
用途として期待されている。これまでのところ、白色Ｌ
ＥＤとしては、ＧａＮ系の青色ＬＥＤとその出力光によ
り黄色発光が励起されるＹＡＧ蛍光体を組み合わせるも
の（ＧａＮ系白色ＬＥＤ）や、ＺｎＳｅ系青色ＬＥＤの
基板に黄色発光の発光中心を作るもの（ＺｎＳｅ系白色
ＬＥＤ）が提案されている。いずれも、青色発光とこれ
により励起される黄色発光との混成（混色）により白色
を放射するものである。
行われている。これは、白熱電球や蛍光灯に代わる照明
用途として期待されている。これまでのところ、白色Ｌ
ＥＤとしては、ＧａＮ系の青色ＬＥＤとその出力光によ
り黄色発光が励起されるＹＡＧ蛍光体を組み合わせるも
の（ＧａＮ系白色ＬＥＤ）や、ＺｎＳｅ系青色ＬＥＤの
基板に黄色発光の発光中心を作るもの（ＺｎＳｅ系白色
ＬＥＤ）が提案されている。いずれも、青色発光とこれ
により励起される黄色発光との混成（混色）により白色
を放射するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来提案されている白
色ＬＥＤは、いずれも寿命が短いことが実用上問題とな
っている。すなわち、ＧａＮ系白色ＬＥＤでは、蛍光体
の特性の経時変化が大きい。ＺｎＳｅ系白色ＬＥＤで
は、ＺｎＳｅ基板に発光中心を作ることによる間接遷移
による黄色の発光を利用するが、これは安定した発光中
心を作ることが難しい。
色ＬＥＤは、いずれも寿命が短いことが実用上問題とな
っている。すなわち、ＧａＮ系白色ＬＥＤでは、蛍光体
の特性の経時変化が大きい。ＺｎＳｅ系白色ＬＥＤで
は、ＺｎＳｅ基板に発光中心を作ることによる間接遷移
による黄色の発光を利用するが、これは安定した発光中
心を作ることが難しい。
【０００５】この発明は、安定した白色等の混色発光を
可能とした半導体発光素子とその製造方法を提供するこ
とを目的としている。
可能とした半導体発光素子とその製造方法を提供するこ
とを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体発
光素子は、電流注入により光放射する第１の発光層を含
む第１の半導体積層体と、前記第１の発光層の出力光に
より励起されて光放射する第２の発光層を含む第２の半
導体積層体とを有し、前記第１及び第２の半導体積層体
は接着されて一体化され、前記第１及び第２の発光層の
放射光を混成して出力することを特徴とする。
光素子は、電流注入により光放射する第１の発光層を含
む第１の半導体積層体と、前記第１の発光層の出力光に
より励起されて光放射する第２の発光層を含む第２の半
導体積層体とを有し、前記第１及び第２の半導体積層体
は接着されて一体化され、前記第１及び第２の発光層の
放射光を混成して出力することを特徴とする。
【０００７】この発明において好ましくは、前記第１の
発光層は、青色光を放射するＧａＮ系半導体層であり、
前記第２の発光層は、前記第１の発光層から出力される
青色光により励起されて黄色光を放射するＩｎＧａＡｌ
Ｐ系半導体層であるものとする。この発明によると、電
流注入型の発光層を含む半導体積層体と、その発光光を
吸収して発光する光励起型の発光層を含む半導体積層体
とを、接着して一体化することにより、安定した混色発
光が可能となる。特に、第１の発光層を青色光を放射す
るＧａＮ系半導体層とし、第２の発光層を黄色光を放射
するＩｎＧａＡｌＰ系半導体層とすることにより、安定
した白色発光が可能になる。
発光層は、青色光を放射するＧａＮ系半導体層であり、
前記第２の発光層は、前記第１の発光層から出力される
青色光により励起されて黄色光を放射するＩｎＧａＡｌ
Ｐ系半導体層であるものとする。この発明によると、電
流注入型の発光層を含む半導体積層体と、その発光光を
吸収して発光する光励起型の発光層を含む半導体積層体
とを、接着して一体化することにより、安定した混色発
光が可能となる。特に、第１の発光層を青色光を放射す
るＧａＮ系半導体層とし、第２の発光層を黄色光を放射
するＩｎＧａＡｌＰ系半導体層とすることにより、安定
した白色発光が可能になる。
【０００８】この発明に係る半導体発光素子はまた、Ｇ
ａＡｓ基板と、このＧａＡｓ基板上に結晶成長された光
励起により発光するＩｎＧａＡｌＰ系発光層と、このＩ
ｎＧａＡｌＰ系発光層上にバッファ層を介して結晶成長
された、電流注入により発光するＺｎＣｄＳｅ系発光層
とを有し、前記ＺｎＣｄＳｅ系発光層からの発光と、こ
れにより励起された前記ＩｎＧａＡｌＰ系発光層からの
発光とを混成して出力することを特徴とする。
ａＡｓ基板と、このＧａＡｓ基板上に結晶成長された光
励起により発光するＩｎＧａＡｌＰ系発光層と、このＩ
ｎＧａＡｌＰ系発光層上にバッファ層を介して結晶成長
された、電流注入により発光するＺｎＣｄＳｅ系発光層
とを有し、前記ＺｎＣｄＳｅ系発光層からの発光と、こ
れにより励起された前記ＩｎＧａＡｌＰ系発光層からの
発光とを混成して出力することを特徴とする。
【０００９】この発明による半導体発光素子の製造方法
は、第１の基板に電流注入により光放射する第１の発光
層を含む半導体層を成長して第１の半導体積層体を形成
する工程と、第２の基板に光励起により光放射する第２
の発光層を含む半導体層を成長して第２の半導体積層体
を形成する工程と、前記第１の半導体積層体と第２の半
導体積層体を、前記第１の発光層の放射光により前記第
２の発光層が励起され、且つ第１の発光層と第２の発光
層の放射光が混成して出力されるように接着して一体化
する工程とを有することを特徴とする。
は、第１の基板に電流注入により光放射する第１の発光
層を含む半導体層を成長して第１の半導体積層体を形成
する工程と、第２の基板に光励起により光放射する第２
の発光層を含む半導体層を成長して第２の半導体積層体
を形成する工程と、前記第１の半導体積層体と第２の半
導体積層体を、前記第１の発光層の放射光により前記第
２の発光層が励起され、且つ第１の発光層と第２の発光
層の放射光が混成して出力されるように接着して一体化
する工程とを有することを特徴とする。
【００１０】この発明は更に、青色発光と黄色発光の混
成により白色発光を得る半導体発光素子の製造方法であ
って、基板に光励起により黄色発光するＩｎＧａＡｌＰ
系発光層を結晶成長する工程と、前記ＩｎＧａＡｌＰ系
発光層上にバッファ層を介して、電流注入により青色発
光するＺｎＣｄＳｅ系発光層を含む半導体積層体を結晶
成長する工程とを有することを特徴とする。
成により白色発光を得る半導体発光素子の製造方法であ
って、基板に光励起により黄色発光するＩｎＧａＡｌＰ
系発光層を結晶成長する工程と、前記ＩｎＧａＡｌＰ系
発光層上にバッファ層を介して、電流注入により青色発
光するＺｎＣｄＳｅ系発光層を含む半導体積層体を結晶
成長する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態を説明する。 ［実施の形態１］図１は、この発明の実施の形態による
ＬＥＤの断面構造を示している。このＬＥＤは、それぞ
れに半導体発光層が結晶成長により形成された二つの半
導体積層体１，２を接着面３で接着して一体化して作ら
れている。
の実施の形態を説明する。 ［実施の形態１］図１は、この発明の実施の形態による
ＬＥＤの断面構造を示している。このＬＥＤは、それぞ
れに半導体発光層が結晶成長により形成された二つの半
導体積層体１，２を接着面３で接着して一体化して作ら
れている。
【００１２】一方の半導体積層体１は、サファイア基板
１０４にバッファ層１０５を介して、ｎ型ＧａＮクラッ
ド層１０６、ＧａＮ／ＩｎＧａＮの多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）層１０７、ｐ型ＧａＮクラッド層１０８が順次結晶
成長されたＬＥＤである。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１
０８の上には更にｐ型ＧａＮコンタクト層１０９が形成
され、この上に電流注入電極である透明なｐ側電極１１
０が形成されている。また半導体積層体１の一部はｎ型
ＧａＮクラッド層１０６が露出するまでエッチングさ
れ、ｎ型ＧａＮクラッド層１０６にコンタクトするｎ側
電極１１１が形成されている。即ち、半導体積層体１
は、ＭＱＷ層１０７を発光層とする電流注入型の青色Ｌ
ＥＤを構成している。
１０４にバッファ層１０５を介して、ｎ型ＧａＮクラッ
ド層１０６、ＧａＮ／ＩｎＧａＮの多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）層１０７、ｐ型ＧａＮクラッド層１０８が順次結晶
成長されたＬＥＤである。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１
０８の上には更にｐ型ＧａＮコンタクト層１０９が形成
され、この上に電流注入電極である透明なｐ側電極１１
０が形成されている。また半導体積層体１の一部はｎ型
ＧａＮクラッド層１０６が露出するまでエッチングさ
れ、ｎ型ＧａＮクラッド層１０６にコンタクトするｎ側
電極１１１が形成されている。即ち、半導体積層体１
は、ＭＱＷ層１０７を発光層とする電流注入型の青色Ｌ
ＥＤを構成している。
【００１３】もう一方の半導体積層体２は、ＧａＡｓ基
板１０１に光励起型の発光層であるＩｎＡｌＰ／ＩｎＧ
ａＡｌＰ多層膜１０２が形成されている。多層膜１０２
の上にはＩｎＡｌＰコンタクト層１０３が形成され、こ
のコンタクト層１０３の面が半導体積層体１のサファイ
ア基板１０４に接着されている。発光層である多層膜１
０２は、半導体積層体１から放射される青色光により励
起されて黄色光を放射するように組成が選択されてい
る。
板１０１に光励起型の発光層であるＩｎＡｌＰ／ＩｎＧ
ａＡｌＰ多層膜１０２が形成されている。多層膜１０２
の上にはＩｎＡｌＰコンタクト層１０３が形成され、こ
のコンタクト層１０３の面が半導体積層体１のサファイ
ア基板１０４に接着されている。発光層である多層膜１
０２は、半導体積層体１から放射される青色光により励
起されて黄色光を放射するように組成が選択されてい
る。
【００１４】このＬＥＤ構造の結晶成長は、ＭＯＣＶＤ
法により行われる。結晶成長の原料として、Ｇａ源には
トリメチルガリウムやトリエチルガリウムが、Ｉｎ源に
はトリメチルインジウムやトリエチルインジウムが、Ａ
ｌ源にはトリメチルアルミニウムやトリエチルアルミニ
ウムが用いられる。また、Ｐ源にはホスフィンやターシ
ャリブチルホスフィンが用いられ、Ｎ源にはアンモニア
やヒドラジンが用いられる。ｐ型不純物にはビスシクロ
ペンタジエルマグネシウム、ｎ型不純物にはモノシラン
がそれぞれ用いられる。
法により行われる。結晶成長の原料として、Ｇａ源には
トリメチルガリウムやトリエチルガリウムが、Ｉｎ源に
はトリメチルインジウムやトリエチルインジウムが、Ａ
ｌ源にはトリメチルアルミニウムやトリエチルアルミニ
ウムが用いられる。また、Ｐ源にはホスフィンやターシ
ャリブチルホスフィンが用いられ、Ｎ源にはアンモニア
やヒドラジンが用いられる。ｐ型不純物にはビスシクロ
ペンタジエルマグネシウム、ｎ型不純物にはモノシラン
がそれぞれ用いられる。
【００１５】具体的な製造工程を次に説明する。まず、
半導体積層体２については、ＧａＡｓ基板１０１を有機
溶剤や硫酸系エッチャントによりクリーニングした後、
ＭＯＣＶＤ装置に導入する。基板を７３０℃に加熱し、
Ｐ原料となる適当な５族原料を供給して、図２に示すよ
うに、ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜１０２、Ｉｎ
ＡｌＰコンタクト層１０３を順次成長し、更にその表面
にはＧａＡｓキャップ層１１２を成長する。ＧａＡｓキ
ャップ層１１２は最終的に除去される保護膜である。各
結晶層の膜厚は、次の表１の通りである。
半導体積層体２については、ＧａＡｓ基板１０１を有機
溶剤や硫酸系エッチャントによりクリーニングした後、
ＭＯＣＶＤ装置に導入する。基板を７３０℃に加熱し、
Ｐ原料となる適当な５族原料を供給して、図２に示すよ
うに、ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜１０２、Ｉｎ
ＡｌＰコンタクト層１０３を順次成長し、更にその表面
にはＧａＡｓキャップ層１１２を成長する。ＧａＡｓキ
ャップ層１１２は最終的に除去される保護膜である。各
結晶層の膜厚は、次の表１の通りである。
【００１６】
【表１】 ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜１０２ ＩｎＡｌＰ…３０ｎｍ ＩｎＧａＡｌＰ…５０ｎｍ ＩｎＡｌＰコンタクト層１０３…３００ｎｍ以下 ＧａＡｓキャップ層１１２…１００ｎｍ
【００１７】ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜１０２
中のＩｎＧａＡｌＰ層は具体的には、Ｉｎ0.5（Ｇａ1-x
Ａｌx）0.5Ｐであり、Ａｌ組成比はｘ＝０．３とした。
また層数は３０ペアとした。ＩｎＡｌＰコンタクト層１
０３は、半導体積層体１に接着する際の接着層であり且
つ多層膜１０２の保護層であり、同時に多層膜１０２の
励起キャリアを閉じ込める機能を持つ。但し、このＩｎ
ＡｌＰコンタクト層１０３は、光損失の原因ともなるか
ら、好ましくは１００ｎｍ以下にする。
中のＩｎＧａＡｌＰ層は具体的には、Ｉｎ0.5（Ｇａ1-x
Ａｌx）0.5Ｐであり、Ａｌ組成比はｘ＝０．３とした。
また層数は３０ペアとした。ＩｎＡｌＰコンタクト層１
０３は、半導体積層体１に接着する際の接着層であり且
つ多層膜１０２の保護層であり、同時に多層膜１０２の
励起キャリアを閉じ込める機能を持つ。但し、このＩｎ
ＡｌＰコンタクト層１０３は、光損失の原因ともなるか
ら、好ましくは１００ｎｍ以下にする。
【００１８】次に半導体積層体１については、サファイ
ア基板１０４を有機溶剤や硫酸系エッチャントによりク
リーニングした後、ＭＯＣＶＤ装置に導入する。そし
て、このサファイア基板１０４を１１００℃でサーマル
クリーニングを行った後、バッファ層１０５、ｎ型Ｇａ
Ｎクラッド層（兼コンタクト層）１０６、ＧａＮ／Ｉｎ
ＧａＮ−ＭＱＷ層１０７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１
０８、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９を順次結晶成長し
て、図３に示す積層構造を得る。これらの各層の成長温
度及び膜厚を表２に示す。
ア基板１０４を有機溶剤や硫酸系エッチャントによりク
リーニングした後、ＭＯＣＶＤ装置に導入する。そし
て、このサファイア基板１０４を１１００℃でサーマル
クリーニングを行った後、バッファ層１０５、ｎ型Ｇａ
Ｎクラッド層（兼コンタクト層）１０６、ＧａＮ／Ｉｎ
ＧａＮ−ＭＱＷ層１０７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１
０８、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９を順次結晶成長し
て、図３に示す積層構造を得る。これらの各層の成長温
度及び膜厚を表２に示す。
【００１９】
【表２】 バッファ層１０５ ５００℃ ３０ｎｍ ｎ型ＧａＮクラッド層１０６ １０５０℃ ４μｍ ＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ膜１０７ ７５０℃ ７０ｎｍ／３０ｎｍ ｐ型ＧａＮクラッド層１０８ １０５０℃ ５０ｎｍ ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９ １０５０℃ １５０ｎｍ
【００２０】ＭＱＷ層１０７は、７０ｎｍのＩｎＧａＮ
層と３０ｎｍのＧａＮ層の繰り返し多層膜であり、具体
的にはＩｎxＧａ1-xＮの組成比ｘ０．３５とし、井戸数
は５とした。
層と３０ｎｍのＧａＮ層の繰り返し多層膜であり、具体
的にはＩｎxＧａ1-xＮの組成比ｘ０．３５とし、井戸数
は５とした。
【００２１】以上のように作られた半導体積層体１，２
を次に接着する。接着に先立ち、半導体積層体２では、
保護を目的として形成されたＧａＡｓキャップ層１１２
を硫酸系エッチャントでエッチングして除去する。この
ときＧａＡｓキャップ層１１２の除去後、引き続きＩｎ
ＡｌＰコンタクト層１０３の表面クリーニングを行う。
半導体積層体１については、サファイア基板１０４を鏡
面研磨すると同時に薄膜化し、平坦面を形成する。この
とき、半導体積層体１の全厚は、後の素子分離を容易に
するため、１００μｍ程度とした。
を次に接着する。接着に先立ち、半導体積層体２では、
保護を目的として形成されたＧａＡｓキャップ層１１２
を硫酸系エッチャントでエッチングして除去する。この
ときＧａＡｓキャップ層１１２の除去後、引き続きＩｎ
ＡｌＰコンタクト層１０３の表面クリーニングを行う。
半導体積層体１については、サファイア基板１０４を鏡
面研磨すると同時に薄膜化し、平坦面を形成する。この
とき、半導体積層体１の全厚は、後の素子分離を容易に
するため、１００μｍ程度とした。
【００２２】次に、二つの半導体積層体１，２を貼り合
わせる。具体的には、半導体積層体１の鏡面研磨された
サファイア基板１０４と半導体積層体２のコンタクト層
１０３とを、水中で合わせた後、窒素雰囲気中で５００
℃、３０分のアニールを行うことにより、脱水縮合反応
により接合した。ここで密着性を良好にするためには、
双方の接着面をできる限り平坦にすることが望ましい。
半導体積層体２では、ＧａＡｓ基板１０１に（１００）
面から［０１１］方向に傾斜した基板を用いることが成
長層の平坦化に有効である。実際にここでは、１５°傾
斜したＧａＡｓ基板を用い、コンタクト層１０３の表面
粗さ２ｎｍ程度の平坦性を得た。また半導体積層体１の
サファイア基板１０４については、鏡面研磨により、表
面粗さ２０ｎｍ以下とした。
わせる。具体的には、半導体積層体１の鏡面研磨された
サファイア基板１０４と半導体積層体２のコンタクト層
１０３とを、水中で合わせた後、窒素雰囲気中で５００
℃、３０分のアニールを行うことにより、脱水縮合反応
により接合した。ここで密着性を良好にするためには、
双方の接着面をできる限り平坦にすることが望ましい。
半導体積層体２では、ＧａＡｓ基板１０１に（１００）
面から［０１１］方向に傾斜した基板を用いることが成
長層の平坦化に有効である。実際にここでは、１５°傾
斜したＧａＡｓ基板を用い、コンタクト層１０３の表面
粗さ２ｎｍ程度の平坦性を得た。また半導体積層体１の
サファイア基板１０４については、鏡面研磨により、表
面粗さ２０ｎｍ以下とした。
【００２３】次に、半導体積層体１側について、表面の
コンタクト層１０９からｎ型クラッド層１０６に達する
まで一部エッチングする。そして、露出したｎ型クラッ
ド層１０６と電極コンタクト層１０９にそれぞれ、電極
１１１，１１０を形成する。更に必要ならＧａＡｓ基板
１０１を研磨し、個々のＬＥＤ素子を分離する。
コンタクト層１０９からｎ型クラッド層１０６に達する
まで一部エッチングする。そして、露出したｎ型クラッ
ド層１０６と電極コンタクト層１０９にそれぞれ、電極
１１１，１１０を形成する。更に必要ならＧａＡｓ基板
１０１を研磨し、個々のＬＥＤ素子を分離する。
【００２４】以上のように形成されたＬＥＤでは、半導
体積層体１側では電流注入により、発光層であるＭＱＷ
層１０７から青色光の放射１が得られる。青色光の一部
は半導体積層体１内を透過して半導体積層体２の発光層
である多層膜１０２に吸収され、黄色光が励起される。
図１に示すように、黄色光は電極１１０を透過して上方
に放射２として出される。これらの放射１，２の混成に
より、白色光が得られる。
体積層体１側では電流注入により、発光層であるＭＱＷ
層１０７から青色光の放射１が得られる。青色光の一部
は半導体積層体１内を透過して半導体積層体２の発光層
である多層膜１０２に吸収され、黄色光が励起される。
図１に示すように、黄色光は電極１１０を透過して上方
に放射２として出される。これらの放射１，２の混成に
より、白色光が得られる。
【００２５】実際にこの実施の形態により、波長４８５
ｎｍの青色光と波長５９０ｎｍの黄色光の混色による安
定な白色光が観測されている。白色光の色温度は約８０
００Ｋであり、２０ｍＡ注入時の光度は、放射角度１０
度のパッケージで２ｃｄであった。この白色の色温度
は、二つの発光層の発光波長及び発光強度をを調整する
ことにより、調整可能である。また、半導体積層体２側
の発光層である多層膜１０２の発光効率（吸収光を波長
変換して放射する効率）は、多層膜のペア数、膜厚、不
純物ドーピングにより調整できる。例えば、多層膜１０
２のＩｎＧａＡｌＰ層にＳｉをドーピングすることによ
り、発光効率が高くなることが確認されている。またこ
の実施の形態の素子構造では、ｐ側電極１１０を通して
放射光を得るため、ｐ側電極１１０の透明性も色温度や
光度に影響を与える。即ちｐ側電極１１０は、波長の異
なる放射１，２を透過するものであるため、それぞれに
対する透過率を調整することで必要な色温度や光度を得
ることができる。
ｎｍの青色光と波長５９０ｎｍの黄色光の混色による安
定な白色光が観測されている。白色光の色温度は約８０
００Ｋであり、２０ｍＡ注入時の光度は、放射角度１０
度のパッケージで２ｃｄであった。この白色の色温度
は、二つの発光層の発光波長及び発光強度をを調整する
ことにより、調整可能である。また、半導体積層体２側
の発光層である多層膜１０２の発光効率（吸収光を波長
変換して放射する効率）は、多層膜のペア数、膜厚、不
純物ドーピングにより調整できる。例えば、多層膜１０
２のＩｎＧａＡｌＰ層にＳｉをドーピングすることによ
り、発光効率が高くなることが確認されている。またこ
の実施の形態の素子構造では、ｐ側電極１１０を通して
放射光を得るため、ｐ側電極１１０の透明性も色温度や
光度に影響を与える。即ちｐ側電極１１０は、波長の異
なる放射１，２を透過するものであるため、それぞれに
対する透過率を調整することで必要な色温度や光度を得
ることができる。
【００２６】なおこの実施の形態において、半導体積層
体１，２の接着法については、他の方法を用いることも
可能である。例えば、十分に平坦化した半導体積層体
１，２を重ねて圧力を加えることにより直接接着する方
法も用い得る。また、エポキシ系接着剤等を用いて接着
することもできる。
体１，２の接着法については、他の方法を用いることも
可能である。例えば、十分に平坦化した半導体積層体
１，２を重ねて圧力を加えることにより直接接着する方
法も用い得る。また、エポキシ系接着剤等を用いて接着
することもできる。
【００２７】［実施の形態２］図４は、図１の実施の形
態１を変形した実施の形態２である。図１と対応する部
分には図１と同じ符号を付して詳細な説明は省く。この
実施の形態２では、半導体積層体２について、二つの半
導体積層体１，２を接着した後に、ＧａＡｓ基板１０１
を除去して、その面に保護膜としてＳｉＯ２等の酸化膜
４０１を形成している。そしてこの酸化膜４０１側を素
子発光面とする。
態１を変形した実施の形態２である。図１と対応する部
分には図１と同じ符号を付して詳細な説明は省く。この
実施の形態２では、半導体積層体２について、二つの半
導体積層体１，２を接着した後に、ＧａＡｓ基板１０１
を除去して、その面に保護膜としてＳｉＯ２等の酸化膜
４０１を形成している。そしてこの酸化膜４０１側を素
子発光面とする。
【００２８】各半導体積層体１，２の製造工程は、基本
的に実施の形態１と同様である。具体的には、ＩｎＡｌ
Ｐ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜１０２については、ＩｎＧａ
ＡｌＰ層を、Ｉｎ0.5（Ｇａ0.7Ａｌ0.3）0.5Ｐとし、ペ
ア数を１０とした。ＧａＡｓ基板はフッ酸系エッチャン
トによりエッチング除去した。得られたＬＥＤを、電極
１１０，１１１を下にしてパッケージにマウントし、バ
イアス電流を流したところ、ＭＱＷ層１０７から４８５
ｎｍの青色発光が得られ、多層膜１０２からは青色光の
励起により５９０ｎｍの黄色発光が得られた。これらの
光は、酸化膜４０１を透過して、白色光として観測され
た。白色光の色温度は約８０００Ｋであり、２０ｍＡ注
入時の光度は、放射角１０°のパッケージで３ｃｄであ
った。
的に実施の形態１と同様である。具体的には、ＩｎＡｌ
Ｐ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜１０２については、ＩｎＧａ
ＡｌＰ層を、Ｉｎ0.5（Ｇａ0.7Ａｌ0.3）0.5Ｐとし、ペ
ア数を１０とした。ＧａＡｓ基板はフッ酸系エッチャン
トによりエッチング除去した。得られたＬＥＤを、電極
１１０，１１１を下にしてパッケージにマウントし、バ
イアス電流を流したところ、ＭＱＷ層１０７から４８５
ｎｍの青色発光が得られ、多層膜１０２からは青色光の
励起により５９０ｎｍの黄色発光が得られた。これらの
光は、酸化膜４０１を透過して、白色光として観測され
た。白色光の色温度は約８０００Ｋであり、２０ｍＡ注
入時の光度は、放射角１０°のパッケージで３ｃｄであ
った。
【００２９】［実施の形態３］図５は、実施の形態２を
変形した実施の形態３によるＬＥＤを示している。半導
体積層体１側は、実施の形態１，２と同様であり、従っ
て図１及び図４と同じ符号を付してある。半導体積層体
２については、ＧａＡｓ基板が除去されている点で実施
の形態２と同じであるが、内部には二つの発光層である
第１，第２のＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜５０
２，５０４が形成されている。これら二つのＩｎＡｌＰ
／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜５０２，５０４は、後に説明す
るように、それぞれ緑色，赤色の発光波長となるように
組成が調整されている。
変形した実施の形態３によるＬＥＤを示している。半導
体積層体１側は、実施の形態１，２と同様であり、従っ
て図１及び図４と同じ符号を付してある。半導体積層体
２については、ＧａＡｓ基板が除去されている点で実施
の形態２と同じであるが、内部には二つの発光層である
第１，第２のＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜５０
２，５０４が形成されている。これら二つのＩｎＡｌＰ
／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜５０２，５０４は、後に説明す
るように、それぞれ緑色，赤色の発光波長となるように
組成が調整されている。
【００３０】多層膜５０２，５０４の間には、ＩｎＡｌ
Ｐクラッド層５０３が設けられ、多層膜５０４の面には
半導体積層体１との接着のためのＩｎＡｌＰコンタクト
層５０５が形成されている。また発光面となる多層膜５
０２側の面は、保護膜である酸化膜５０６で覆われてい
る。図では示していないが、酸化膜５０６と多層膜５０
２の間に、ＩｎＡｌＰクラッド層を設けることは、多層
膜５０２でのキャリア閉じ込めのために有効である。
Ｐクラッド層５０３が設けられ、多層膜５０４の面には
半導体積層体１との接着のためのＩｎＡｌＰコンタクト
層５０５が形成されている。また発光面となる多層膜５
０２側の面は、保護膜である酸化膜５０６で覆われてい
る。図では示していないが、酸化膜５０６と多層膜５０
２の間に、ＩｎＡｌＰクラッド層を設けることは、多層
膜５０２でのキャリア閉じ込めのために有効である。
【００３１】図６は、この実施の形態３の半導体積層体
２について、接着前の構造を示している。これを具体的
に製造工程に従って説明する。ＧａＡｓ基板５０１を有
機溶剤や硫酸系エッチャントによりクリーニングした
後、ＭＯＣＶＤ装置に導入する。基板を７３０℃に加熱
し、Ｐ原料となる適当な５族原料を供給して、ＩｎＡｌ
Ｐ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜５０２、ＩｎＡｌＰクラッド
層５０３、ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜５０４、
ＩｎＡｌＰコンタクト層５０５を順次結晶成長し、更に
その表面にはＧａＡｓキャップ層５０７を成長して、図
６に示す積層構造を得る。ＧａＡｓキャップ層５０７は
最終的に除去される保護膜である。各結晶層の膜厚は、
次の表３の通りである。
２について、接着前の構造を示している。これを具体的
に製造工程に従って説明する。ＧａＡｓ基板５０１を有
機溶剤や硫酸系エッチャントによりクリーニングした
後、ＭＯＣＶＤ装置に導入する。基板を７３０℃に加熱
し、Ｐ原料となる適当な５族原料を供給して、ＩｎＡｌ
Ｐ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜５０２、ＩｎＡｌＰクラッド
層５０３、ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜５０４、
ＩｎＡｌＰコンタクト層５０５を順次結晶成長し、更に
その表面にはＧａＡｓキャップ層５０７を成長して、図
６に示す積層構造を得る。ＧａＡｓキャップ層５０７は
最終的に除去される保護膜である。各結晶層の膜厚は、
次の表３の通りである。
【００３２】
【表３】 ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜５０２ ＩｎＡｌＰ…３０ｎｍ ＩｎＧａＡｌＰ…５０ｎｍ ＩｎＡｌＰクラッド層５０３…５００ｎｍ ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜５０４ ＩｎＡｌＰ…３０ｎｍ ＩｎＧａＡｌＰ…５０ｎｍ ＩｎＡｌＰコンタクト層５０５…３００ｎｍ以下 ＧａＡｓキャップ層５０７…１００ｎｍ
【００３３】第１のＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜
５０２中のＩｎＧａＡｌＰ層は具体的には、Ｉｎ
0.5（Ｇａ1-xＡｌx）0.5Ｐであり、Ａｌ組成比はｘ＝
０．４とした。また層数は２０ペアとした。また、第２
のＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜５０４中のＩｎＧ
ａＡｌＰ層は具体的には、Ｉｎ0.5（Ｇａ1-xＡｌx）0.5
Ｐであり、Ａｌ組成比はｘ＝０．２とし、層数は２０ペ
アとした。ＩｎＡｌＰコンタクト層５０５は、半導体積
層体１に接着する際の接着層であり且つ多層膜５０４の
保護層であり、同時に多層膜５０４の光閉じ込めの機能
を持つ。これらは全てＧａＡｓ基板５０１に格子整合さ
れて成長される。
５０２中のＩｎＧａＡｌＰ層は具体的には、Ｉｎ
0.5（Ｇａ1-xＡｌx）0.5Ｐであり、Ａｌ組成比はｘ＝
０．４とした。また層数は２０ペアとした。また、第２
のＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜５０４中のＩｎＧ
ａＡｌＰ層は具体的には、Ｉｎ0.5（Ｇａ1-xＡｌx）0.5
Ｐであり、Ａｌ組成比はｘ＝０．２とし、層数は２０ペ
アとした。ＩｎＡｌＰコンタクト層５０５は、半導体積
層体１に接着する際の接着層であり且つ多層膜５０４の
保護層であり、同時に多層膜５０４の光閉じ込めの機能
を持つ。これらは全てＧａＡｓ基板５０１に格子整合さ
れて成長される。
【００３４】この様に作られた半導体積層体２のキャッ
プ層５０７を除去して、実施の形態１，２と同様に半導
体積層体１に接着する。そして、ＧａＡｓ基板５０１を
エッチング除去し、その面に保護層５０６を形成して、
図５の素子構造が得られる。
プ層５０７を除去して、実施の形態１，２と同様に半導
体積層体１に接着する。そして、ＧａＡｓ基板５０１を
エッチング除去し、その面に保護層５０６を形成して、
図５の素子構造が得られる。
【００３５】この実施の形態３のＬＥＤでは、図５に示
すように、半導体積層体１の保護膜５０６側を素子発光
面として、３つの放射１，２，３の混色による白色発光
が得られる。即ち、半導体積層体１側の電流注入によ
り、ＭＱＷ層１０７から青色光（放射１）が得られる。
この青色光により半導体積層体２側の多層膜５０４が励
起されて緑色光（放射２）が得られる。更に青色光と緑
色光により多層膜５０２が励起されて、赤色光（放射
３）が得られる。これらの混成により、白色光が得られ
る。
すように、半導体積層体１の保護膜５０６側を素子発光
面として、３つの放射１，２，３の混色による白色発光
が得られる。即ち、半導体積層体１側の電流注入によ
り、ＭＱＷ層１０７から青色光（放射１）が得られる。
この青色光により半導体積層体２側の多層膜５０４が励
起されて緑色光（放射２）が得られる。更に青色光と緑
色光により多層膜５０２が励起されて、赤色光（放射
３）が得られる。これらの混成により、白色光が得られ
る。
【００３６】具体的に、ＭＱＷ層１０７からは４８５ｎ
ｍの青色発光が得られ、多層膜５０４からは５６５ｎｍ
の緑色発光、多層膜５０２からは６２０ｎｍの赤色発光
がそれぞれ得られ、混色による白色発光が観測された。
白色の色温度は約６５００Ｋであった。また２０ｍＡ注
入時の光度は、放射角１０度のパッケージで２ｃｄであ
った。
ｍの青色発光が得られ、多層膜５０４からは５６５ｎｍ
の緑色発光、多層膜５０２からは６２０ｎｍの赤色発光
がそれぞれ得られ、混色による白色発光が観測された。
白色の色温度は約６５００Ｋであった。また２０ｍＡ注
入時の光度は、放射角１０度のパッケージで２ｃｄであ
った。
【００３７】［実施の形態４］図７は、図１の実施の形
態を変形した実施の形態によるＬＥＤを示している。図
１の実施の形態では、半導体積層体１側の基板としてサ
ファイア基板１０４を用いたのに対し、この実施の形態
では半導体基板９０１を用いている。半導体基板９０１
としては、ＧａＮ，ＳｉＣ，Ｓｉ等が用い得る。この様
な半導体基板９０１を用いると、図７に示したように、
ｎ側電極１１１を半導体積層体２側のＧａＡｓ基板１０
１の裏面に形成して、ｐ側電極１１０と上下に対向させ
ることができる。その他、実施の形態１と同様である。
この実施の形態によっても、実施の形態１と同様の製造
条件で同様の白色発光を得ることができる。この実施の
形態の場合、ｎ側電極を形成するためのエッチング工程
が要らないという点で、工程が簡単になる。
態を変形した実施の形態によるＬＥＤを示している。図
１の実施の形態では、半導体積層体１側の基板としてサ
ファイア基板１０４を用いたのに対し、この実施の形態
では半導体基板９０１を用いている。半導体基板９０１
としては、ＧａＮ，ＳｉＣ，Ｓｉ等が用い得る。この様
な半導体基板９０１を用いると、図７に示したように、
ｎ側電極１１１を半導体積層体２側のＧａＡｓ基板１０
１の裏面に形成して、ｐ側電極１１０と上下に対向させ
ることができる。その他、実施の形態１と同様である。
この実施の形態によっても、実施の形態１と同様の製造
条件で同様の白色発光を得ることができる。この実施の
形態の場合、ｎ側電極を形成するためのエッチング工程
が要らないという点で、工程が簡単になる。
【００３８】［実施の形態５］図８は、図１の実施の形
態を変形した別の実施の形態によるＬＥＤを示してい
る。これは、図１における半導体積層体２側の不透明な
ＧａＡｓ基板１０１をエッチングにより除去して、接着
面４に改めて別の透明基板８０１を接着したものであ
る。具体的にこの透明基板８０１としては、黄色光を透
過するＧａＰ基板やＺｎＳｅ基板を用いる。それ以外
は、図１と同じである。この実施の形態によると、図８
に破線で示したように、放射３として、ＩｎＡｌＰ／Ｉ
ｎＧａＡｌＰ多層膜１０２からの黄色光を新たに接着し
た基板８０１の側面からも取り出すことができる。この
放射３は例えばパッケージ内壁面を凹面として上方に取
り出すようにすれば、有効に利用することができる。
態を変形した別の実施の形態によるＬＥＤを示してい
る。これは、図１における半導体積層体２側の不透明な
ＧａＡｓ基板１０１をエッチングにより除去して、接着
面４に改めて別の透明基板８０１を接着したものであ
る。具体的にこの透明基板８０１としては、黄色光を透
過するＧａＰ基板やＺｎＳｅ基板を用いる。それ以外
は、図１と同じである。この実施の形態によると、図８
に破線で示したように、放射３として、ＩｎＡｌＰ／Ｉ
ｎＧａＡｌＰ多層膜１０２からの黄色光を新たに接着し
た基板８０１の側面からも取り出すことができる。この
放射３は例えばパッケージ内壁面を凹面として上方に取
り出すようにすれば、有効に利用することができる。
【００３９】ここまでの実施の形態において、半導体積
層体２側の多層膜１０２を半導体積層体１に接着するた
めのコンタクト層（兼クラッド層）としてＩｎＡｌＰ層
１０３を用いた。このＩｎＡｌＰコンタクト層１０３の
上に、或いはこのコンタクト層１０３に代わって、別の
材料からなるクラッド層を形成してもよい。この様なク
ラッド層として例えば、ＧａＮやＧａＰを用いることが
できる。この様なクラッド層を設けることにより、多層
膜１０２での光閉じ込め効果をより大きくすることがで
きる。特にＧａＮクラッド層の場合、多結晶薄膜となる
が、青色をよく透過するため好ましい。また接着する相
手の基板材料に応じて、ＧａＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡｌＰ
等を用いることもできる。
層体２側の多層膜１０２を半導体積層体１に接着するた
めのコンタクト層（兼クラッド層）としてＩｎＡｌＰ層
１０３を用いた。このＩｎＡｌＰコンタクト層１０３の
上に、或いはこのコンタクト層１０３に代わって、別の
材料からなるクラッド層を形成してもよい。この様なク
ラッド層として例えば、ＧａＮやＧａＰを用いることが
できる。この様なクラッド層を設けることにより、多層
膜１０２での光閉じ込め効果をより大きくすることがで
きる。特にＧａＮクラッド層の場合、多結晶薄膜となる
が、青色をよく透過するため好ましい。また接着する相
手の基板材料に応じて、ＧａＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡｌＰ
等を用いることもできる。
【００４０】また、接着の前処理として、エッチングや
研磨を利用したが、ガスエッチングや種々の雰囲気ガス
中でのサーマルクリーニングを行ってもよい。更に、ア
ニール雰囲気や温度も適宜変更することができる。高い
アニール温度を用いる場合には、結晶からの原子抜けや
脱離を防止するために雰囲気ガスを選択して適当な圧力
を加えることも有効である。
研磨を利用したが、ガスエッチングや種々の雰囲気ガス
中でのサーマルクリーニングを行ってもよい。更に、ア
ニール雰囲気や温度も適宜変更することができる。高い
アニール温度を用いる場合には、結晶からの原子抜けや
脱離を防止するために雰囲気ガスを選択して適当な圧力
を加えることも有効である。
【００４１】［実施の形態６］図９は、実施の形態６の
ＬＥＤの断面構造である。この実施の形態では、これま
での実施の形態と異なり、二つの半導体積層体の張り合
わせではなく、ＧａＡｓ基板７０１上に結晶成長により
二つの発光層を形成している。即ちｎ型ＧａＡｓ基板７
０１上に、光励起型の黄色発光層であるｎ型ＩｎＡｌＰ
／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜７０２、ｎ型ＺｎＳｅバッファ
層７０３、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層７０４、ｎ型
ＺｎＳｅ光ガイド層７０５、電流注入型の青色発光層で
あるＺｎＣｄＳｅ−ＭＱＷ層７０６、ｐ型ＺｎＳｅ光ガ
イド層７０７、ｐ型ＺｎＭｇＳｅクラッド層７０８、ｐ
型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子層コンタクト層７０９が順
次積層形成されている。コンタクト層７０９の面には透
明なｐ側電極７１０が形成され、ＧａＡＳ基板７０１に
はｎ側電極７１１が形成されている。
ＬＥＤの断面構造である。この実施の形態では、これま
での実施の形態と異なり、二つの半導体積層体の張り合
わせではなく、ＧａＡｓ基板７０１上に結晶成長により
二つの発光層を形成している。即ちｎ型ＧａＡｓ基板７
０１上に、光励起型の黄色発光層であるｎ型ＩｎＡｌＰ
／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜７０２、ｎ型ＺｎＳｅバッファ
層７０３、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層７０４、ｎ型
ＺｎＳｅ光ガイド層７０５、電流注入型の青色発光層で
あるＺｎＣｄＳｅ−ＭＱＷ層７０６、ｐ型ＺｎＳｅ光ガ
イド層７０７、ｐ型ＺｎＭｇＳｅクラッド層７０８、ｐ
型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子層コンタクト層７０９が順
次積層形成されている。コンタクト層７０９の面には透
明なｐ側電極７１０が形成され、ＧａＡＳ基板７０１に
はｎ側電極７１１が形成されている。
【００４２】この実施の形態の素子構造の結晶成長に
は、ＭＯＣＶＤ法とＭＢＥ法を組み合わせる。即ち、Ｇ
ａＡｓ基板７０１へのＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層
膜７０２の成長にはＭＯＣＶＤ法を用い、その上のＺｎ
Ｓｅバッファ層７０３からＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子層
コンタクト層７０９までの成長にはＭＢＥ法を用いた。
これは、ＺｎＳｅ系のｐ型導電層には特にＭＢＥ法を用
いることで、良好な導電型制御が可能になるためであ
る。
は、ＭＯＣＶＤ法とＭＢＥ法を組み合わせる。即ち、Ｇ
ａＡｓ基板７０１へのＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層
膜７０２の成長にはＭＯＣＶＤ法を用い、その上のＺｎ
Ｓｅバッファ層７０３からＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子層
コンタクト層７０９までの成長にはＭＢＥ法を用いた。
これは、ＺｎＳｅ系のｐ型導電層には特にＭＢＥ法を用
いることで、良好な導電型制御が可能になるためであ
る。
【００４３】以下に具体的な製造工程を説明する。Ｇａ
Ａｓ基板７０１を有機溶剤や硫酸系エッチャントにより
クリーニングした後、ＭＯＣＶＤ装置に導入する。基板
を７３０℃に加熱し、Ｐ原料となる適当な５族原料を供
給して、ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜７０２を成
長する。次いで基板をＭＢＥ装置に移し、多層膜７０２
上にＺｎＳｅバッファ層７０３からＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ
超格子層コンタクト層７０９までを成長する。ＩｎＡｌ
Ｐ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜７０２は、ＩｎＧａＡｌＰ層
として具体的には、Ｉｎ0.5（Ｇａ1-xＡｌx）0.5ＰのＡ
ｌ組成比をｘ＝０．３とし、ペア数を３０とした。
Ａｓ基板７０１を有機溶剤や硫酸系エッチャントにより
クリーニングした後、ＭＯＣＶＤ装置に導入する。基板
を７３０℃に加熱し、Ｐ原料となる適当な５族原料を供
給して、ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜７０２を成
長する。次いで基板をＭＢＥ装置に移し、多層膜７０２
上にＺｎＳｅバッファ層７０３からＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ
超格子層コンタクト層７０９までを成長する。ＩｎＡｌ
Ｐ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜７０２は、ＩｎＧａＡｌＰ層
として具体的には、Ｉｎ0.5（Ｇａ1-xＡｌx）0.5ＰのＡ
ｌ組成比をｘ＝０．３とし、ペア数を３０とした。
【００４４】以上のように形成されたＬＥＤでは、電極
７１０，７１１間に電流を流すことにより、発光層であ
るＭＱＷ層７０６から青色光の放射１が得られる。青色
光の一部は素子内部を透過して多層膜１０２に吸収さ
れ、黄色光が励起される。黄色光は上方から放射２とし
て出される。これらの放射１，２の混成により、白色光
が得られる。
７１０，７１１間に電流を流すことにより、発光層であ
るＭＱＷ層７０６から青色光の放射１が得られる。青色
光の一部は素子内部を透過して多層膜１０２に吸収さ
れ、黄色光が励起される。黄色光は上方から放射２とし
て出される。これらの放射１，２の混成により、白色光
が得られる。
【００４５】実際に、波長４８５ｎｍの青色光と波長５
９０ｎｍの黄色光の混色による白色光が観測されてい
る。白色光の色温度は約８０００Ｋであり、２０ｍＡ注
入時の光度は、放射角度１０度のパッケージで２ｃｄで
あった。この発光の色純度やＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌ
Ｐ多層膜７０２の発光効率は、実施の形態１で説明した
と同様にして調整可能である。
９０ｎｍの黄色光の混色による白色光が観測されてい
る。白色光の色温度は約８０００Ｋであり、２０ｍＡ注
入時の光度は、放射角度１０度のパッケージで２ｃｄで
あった。この発光の色純度やＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌ
Ｐ多層膜７０２の発光効率は、実施の形態１で説明した
と同様にして調整可能である。
【００４６】［実施の形態７］図１０は、図９に示した
実施の形態６の構造を僅かに変形した実施の形態であ
る。この実施の形態では、ｐ型コンタクト層７０９側か
ら、ｎ型バッファ層７０３が露出するまでエッチングし
て、このｎ型バッファ層７０３にｎ側電極７１１を形成
している。それ以外は図９と同じである。この実施の形
態によっても、実施の形態６と同様に混色による白色発
光が得られる。
実施の形態６の構造を僅かに変形した実施の形態であ
る。この実施の形態では、ｐ型コンタクト層７０９側か
ら、ｎ型バッファ層７０３が露出するまでエッチングし
て、このｎ型バッファ層７０３にｎ側電極７１１を形成
している。それ以外は図９と同じである。この実施の形
態によっても、実施の形態６と同様に混色による白色発
光が得られる。
【００４７】なお、実施の形態６，７において、ＩｎＧ
ａＡｌＰ系とＺｎＳｅ系の結晶成長法をそれぞれ、ＭＯ
ＣＶＤ法とＭＢＥ法に分けたが、ＭＢＥ法で統一するこ
とも可能である。実施の形態６，７の材料系の場合に
も、実施の形態１と同様に二つの発光層をそれぞれ別の
素子基板に形成した後に、接着して一体化してもよい。
ａＡｌＰ系とＺｎＳｅ系の結晶成長法をそれぞれ、ＭＯ
ＣＶＤ法とＭＢＥ法に分けたが、ＭＢＥ法で統一するこ
とも可能である。実施の形態６，７の材料系の場合に
も、実施の形態１と同様に二つの発光層をそれぞれ別の
素子基板に形成した後に、接着して一体化してもよい。
【００４８】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、電
流注入型の発光層と、その発光光を吸収して発光する光
励起型の発光層とを、共に結晶成長により形成された半
導体発光層として一体化することにより、安定した混色
発光が可能となる。
流注入型の発光層と、その発光光を吸収して発光する光
励起型の発光層とを、共に結晶成長により形成された半
導体発光層として一体化することにより、安定した混色
発光が可能となる。
【図１】この発明の実施の形態によるＬＥＤの断面構造
を示す図である。
を示す図である。
【図２】同実施の形態の半導体積層体２の断面構造を示
す図である。
す図である。
【図３】同実施の形態の一方の半導体積層体１の断面構
造を示す図である。
造を示す図である。
【図４】この発明の他の実施の形態によるＬＥＤの断面
構造を示す図である。
構造を示す図である。
【図５】この発明の他の実施の形態によるＬＥＤの断面
構造を示す図である。
構造を示す図である。
【図６】同実施の形態の半導体積層体２の断面構造を示
す図である。
す図である。
【図７】この発明の他の実施の形態によるＬＥＤの断面
構造を示す図である。
構造を示す図である。
【図８】この発明の他の実施の形態によるＬＥＤの断面
構造を示す図である。
構造を示す図である。
【図９】この発明の他の実施の形態によるＬＥＤの断面
構造を示す図である。
構造を示す図である。
【図１０】この発明の他の実施の形態によるＬＥＤの断
面構造を示す図である。
面構造を示す図である。
１…半導体積層体、２…半導体積層体、３…接着面、１
０１…ＧａＡｓ基板、１０２…ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡ
ｌＰ多層膜（発光層）、１０３…ＩｎＡｌＰコンタクト
層、１０４…サファイア基板、１０５…バッファ層、１
０６…ＧａＮ下部クラッド層、１０７…ＧａＮ／ＩｎＧ
ａＮ−ＭＱＷ層（発光層）、１０８…ＡｌＧａＮ上部ク
ラッド層、１０９…ＧａＮ電極コンタクト層、１１０，
１１１…電極。
０１…ＧａＡｓ基板、１０２…ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡ
ｌＰ多層膜（発光層）、１０３…ＩｎＡｌＰコンタクト
層、１０４…サファイア基板、１０５…バッファ層、１
０６…ＧａＮ下部クラッド層、１０７…ＧａＮ／ＩｎＧ
ａＮ−ＭＱＷ層（発光層）、１０８…ＡｌＧａＮ上部ク
ラッド層、１０９…ＧａＮ電極コンタクト層、１１０，
１１１…電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA11 AA12 CA05 CA34 CA40 CA77 CB28 FF11
Claims (13)
- 【請求項１】 電流注入により光放射する第１の発光層
を含む第１の半導体積層体と、 前記第１の発光層の出力光により励起されて光放射する
第２の発光層を含む第２の半導体積層体とを有し、 前記第１及び第２の半導体積層体は接着されて一体化さ
れ、前記第１及び第２の発光層の放射光を混成して出力
することを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記第１の発光層は、青色光を放射する
ＧａＮ系半導体層であり、 前記第２の発光層は、前記第１の発光層から出力される
青色光により励起されて黄色光を放射するＩｎＧａＡｌ
Ｐ系半導体層であることを特徴とする請求項１記載の半
導体発光素子。 - 【請求項３】 前記第２の半導体積層体は、光励起によ
り光放射する第３の発光層を有し、前記第１乃至第３の
発光層の放射光を混成して出力することを特徴とする請
求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記第１の発光層は、青色光を放射する
ＧａＮ系半導体層であり、 前記第２の発光層は、前記第１の発光層から出力される
青色光により励起されて緑色光を放射する第１のＩｎＧ
ａＡｌＰ系半導体層であり、 前記第３の発光層は、前記青色光及び緑色光により励起
されて赤色光を放射する第２のＩｎＧａＡｌＰ系半導体
層であることを特徴とする請求項３記載の半導体発光素
子。 - 【請求項５】 前記第１の半導体積層体は、第１の基板
にバッファ層を介して結晶成長されたＧａＮ下部クラッ
ド層、第１の発光層であるＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子
井戸層及びＧａＮ上部クラッド層を含み、 前記第２の半導体積層体は、第２の基板に結晶成長され
た第２の発光層であるＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層
膜とコンタクト層を含み、 前記第１の半導体積層体と第２の半導体積層体は、前記
コンタクト層と前記第１の基板の間で接着されているこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項６】 前記第１の基板はサファイア基板であ
り、 前記第２の基板はＧａＡｓ基板であり、 前記第１の半導体積層体の上部クラッド層上に透明な第
１の電極が形成され、 前記第１の半導体積層体を一部エッチングして露出させ
た下部クラッド層に第２の電極が形成されていることを
特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。 - 【請求項７】 前記第１の基板は、ＧａＮ、ＳｉＣ、Ｓ
ｉの中から選ばれた半導体基板であり、 前記第２の基板はＧａＡｓ基板であり、 前記第１の半導体積層体の上部クラッド層上に透明な第
１の電極が形成され、 前記ＧａＡｓ基板の裏面に第２の電極が形成されている
ことを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。 - 【請求項８】 前記第２の基板は接着後に除去されて、
露出した第２の発光層の面に保護膜が形成され、この保
護膜側を素子発光面としたことを特徴とする請求項５記
載の半導体発光素子。 - 【請求項９】 前記第２の基板は接着後に除去されて、
露出した第２の発光層の面に第２の発光層からの放射光
を透過する第３の基板が接着されていることを特徴とす
る請求項５記載の半導体発光素子。 - 【請求項１０】 ＧａＡｓ基板と、 このＧａＡｓ基板上に結晶成長された光励起により発光
するＩｎＧａＡｌＰ系発光層と、 このＩｎＧａＡｌＰ系発光層上にバッファ層を介して結
晶成長された、電流注入により発光するＺｎＣｄＳｅ系
発光層とを有し、 前記ＺｎＣｄＳｅ系発光層からの発光と、これにより励
起された前記ＩｎＧａＡｌＰ系発光層からの発光とを混
成して出力することを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項１１】 第１の基板に電流注入により光放射す
る第１の発光層を含む半導体層を成長して第１の半導体
積層体を形成する工程と、 第２の基板に光励起により光放射する第２の発光層を含
む半導体層を成長して第２の半導体積層体を形成する工
程と、 前記第１の半導体積層体と第２の半導体積層体を、前記
第１の発光層の放射光により前記第２の発光層が励起さ
れ、且つ第１の発光層と第２の発光層の放射光が混成し
て出力されるように接着して一体化する工程とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項１２】 前記第１の半導体積層体を形成する工
程は、前記第１の基板にバッファ層を介して、ＧａＮ下
部クラッド層、第１の発光層であるＧａＮ／ＩｎＧａＮ
多重量子井戸層及びＧａＮ上部クラッド層を順次結晶成
長する工程を有し、 前記第２の半導体積層体を形成する工程は、第２の基板
に第２の発光層であるＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層
膜とコンタクト層を順次結晶成長する工程を有し、 前記第１の半導体積層体と第２の半導体積層体を接着す
る工程は、前記コンタクト層と前記第１の基板の間を接
着するものであることを特徴とする請求項１１記載の半
導体発光素子の製造方法。 - 【請求項１３】 青色発光と黄色発光の混成により白色
発光を得る半導体発光素子の製造方法であって、 基板に光励起により黄色発光するＩｎＧａＡｌＰ系発光
層を結晶成長する工程と、 前記ＩｎＧａＡｌＰ系発光層上にバッファ層を介して、
電流注入により青色発光するＺｎＣｄＳｅ系発光層を含
む半導体積層体を結晶成長する工程とを有することを特
徴とする半導体発光素子の製造方法。
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| CNB011220643A CN1269229C (zh) | 2000-03-10 | 2001-03-09 | 半导体发光器件及其制造方法 |
| US09/803,457 US6576933B2 (en) | 2000-03-10 | 2001-03-09 | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing same |
| EP08000975A EP1921686A3 (en) | 2000-03-10 | 2001-03-09 | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing same |
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