JP2002305327A - 窒化物系半導体発光素子 - Google Patents
窒化物系半導体発光素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒化物系半導体発光素子において、一つの素
子で多色に発光する素子はなかった。 【解決手段】 波長λ１の光を発する第一の半導体発光
素子と、光励起によって波長λ２の光を発する第二の半
導体発光素子を備え、第一の半導体発光素子を光らせる
ための電流は第二の半導体発光素子を通して供給され、
第二の半導体発光素子の導電率は０．１Ωｃｍ以下であ
る。
子で多色に発光する素子はなかった。 【解決手段】 波長λ１の光を発する第一の半導体発光
素子と、光励起によって波長λ２の光を発する第二の半
導体発光素子を備え、第一の半導体発光素子を光らせる
ための電流は第二の半導体発光素子を通して供給され、
第二の半導体発光素子の導電率は０．１Ωｃｍ以下であ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体発光
素子、特に多色に発光する窒化物半導体発光素子に関す
る。
素子、特に多色に発光する窒化物半導体発光素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮおよびそれらの
混晶半導体を用いた窒化物半導体材料を用いて、これま
で、IｎxＧａ1-xＮ結晶を発光層として用いた発光素子
のが作製されている。IｎxＧａ1-xＮ発光層の組成を変
化させることで紫外から赤色までのＬＥＤが作製されて
いる。しかし、これまでの半導体発光素子は、ひとつの
半導体発光素子で光の三原色を基本とした多色に発光す
る発光素子はなかった。
混晶半導体を用いた窒化物半導体材料を用いて、これま
で、IｎxＧａ1-xＮ結晶を発光層として用いた発光素子
のが作製されている。IｎxＧａ1-xＮ発光層の組成を変
化させることで紫外から赤色までのＬＥＤが作製されて
いる。しかし、これまでの半導体発光素子は、ひとつの
半導体発光素子で光の三原色を基本とした多色に発光す
る発光素子はなかった。
【０００３】つまり、多色の発光を有する半導体素子を
作製する場合には、異なるバンドギャップをもつ発光素
子を並べ、それぞれの素子に電流を流し、光らせること
で多色の発光素子を作製した。
作製する場合には、異なるバンドギャップをもつ発光素
子を並べ、それぞれの素子に電流を流し、光らせること
で多色の発光素子を作製した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、複数の
発光素子を並列に並べた場合、混合色を出そうとする
と、個々のチップが大きいため、それぞれの光が見えて
しまう。また、拡散剤を用いると、暗くなってしまうの
で、混色性が悪かった。本発明は、単体からなる発光素
子の混色性をあげた半導体発光素子を提供することを目
的とする。
発光素子を並列に並べた場合、混合色を出そうとする
と、個々のチップが大きいため、それぞれの光が見えて
しまう。また、拡散剤を用いると、暗くなってしまうの
で、混色性が悪かった。本発明は、単体からなる発光素
子の混色性をあげた半導体発光素子を提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するためになされたものである。
解決するためになされたものである。
【０００６】その構成は次の通りであり、窒化物半導体
発光素子及び前記窒化物半導体発光素子上に係わり、前
記窒化物半導体発光素子における発光層に比してバンド
ギャップの小さくなおかつ導電性を有する第二の半導体
発光膜を形成する。そしてこの半導体素子に電流を流す
ことで窒化物半導体発光素子からでた光が第二の半導体
膜を励起することで、第二の半導体膜から生成された光
が発せられ、多色の光を発する発光素子の作製が可能と
なった。
発光素子及び前記窒化物半導体発光素子上に係わり、前
記窒化物半導体発光素子における発光層に比してバンド
ギャップの小さくなおかつ導電性を有する第二の半導体
発光膜を形成する。そしてこの半導体素子に電流を流す
ことで窒化物半導体発光素子からでた光が第二の半導体
膜を励起することで、第二の半導体膜から生成された光
が発せられ、多色の光を発する発光素子の作製が可能と
なった。
【０００７】そして、本発明者の数々の検討より、第二
の発光部を有する半導体発光素子の導電率が高いか、も
しくは、この発光素子部の膜厚が薄い場合、第二の発光
素子部の上層に形成した電極より注入された電流が、第
二の発光部内で電極面下部に到達するまでに十分広がら
ないため、第一の発光部にも横方向に十分な電流を広が
ることはなく、局所的な電流の集中が見られた。
の発光部を有する半導体発光素子の導電率が高いか、も
しくは、この発光素子部の膜厚が薄い場合、第二の発光
素子部の上層に形成した電極より注入された電流が、第
二の発光部内で電極面下部に到達するまでに十分広がら
ないため、第一の発光部にも横方向に十分な電流を広が
ることはなく、局所的な電流の集中が見られた。
【０００８】そこで、第二の発光部を、導電率０．１Ω
ｃｍ以下でかつ、膜厚が１μｍ以上にすることで電流の
広がりを十分にした混色性の高い多色発光半導件発光素
子を作製することが可能となった。
ｃｍ以下でかつ、膜厚が１μｍ以上にすることで電流の
広がりを十分にした混色性の高い多色発光半導件発光素
子を作製することが可能となった。
【０００９】より具体的には次のような構成である。
【００１０】本発明の窒化物系化合物半導体発光素子
は、波長λ１の光を出す第一の半導体発光素子と、波長
λ２の光を出す第二の半導体発光素子と第一の電極と第
二の電極を備え、第一の電極は、第一の半導体発光素子
表面に形成され、第二の電極は、第一の半導体発光素子
と反対側の第二の半導体発光素子表面に形成され、第一
の半導体発光素子は、ｐｎ接合を有し、波長λ２の光
は、波長λ１の光による光励起によって発光し、波長λ
１と波長λ２の両方の光が素子外部に出ることを特徴と
する。
は、波長λ１の光を出す第一の半導体発光素子と、波長
λ２の光を出す第二の半導体発光素子と第一の電極と第
二の電極を備え、第一の電極は、第一の半導体発光素子
表面に形成され、第二の電極は、第一の半導体発光素子
と反対側の第二の半導体発光素子表面に形成され、第一
の半導体発光素子は、ｐｎ接合を有し、波長λ２の光
は、波長λ１の光による光励起によって発光し、波長λ
１と波長λ２の両方の光が素子外部に出ることを特徴と
する。
【００１１】さらに、本発明の窒化物系化合物半導体発
光素子は、前記第二の半導体発光素子は、導電率が０．
１Ωｃｍ以下であることを特徴とする。
光素子は、前記第二の半導体発光素子は、導電率が０．
１Ωｃｍ以下であることを特徴とする。
【００１２】さらに、本発明の窒化物系化合物半導体発
光素子は、前記第一の半導体発光素子と、第二の半導体
発光素子の間に第一の半導体発光素子からの光を透過す
る電極層が形成されていることを特徴とする。
光素子は、前記第一の半導体発光素子と、第二の半導体
発光素子の間に第一の半導体発光素子からの光を透過す
る電極層が形成されていることを特徴とする。
【００１３】さらに、本発明の窒化物系化合物半導体発
光素子は、前記第一の電極は、メッキによって形成され
ていることを特徴とする
光素子は、前記第一の電極は、メッキによって形成され
ていることを特徴とする
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明について、以下に実施例を
示しつつ説明する。 （実施例１）図１は、本発明の窒化物半導体発光素子の
構造を示す概略断面図である。本実施例の窒化物半導体
発光素子は、発光波長λ１（４８０ｎｍ）の第一の半導
体発光素子１８と発光波長λ２（６２０ｎｍ）の第二の
半導体発光素子１９を持つ。第一の半導体発光素子１８
は、ｐｎ接合を有し電流注入によって発光し、第二の半
導体発光素子１９は、第一の半導体発光素子１８からの
発光によって光励起され発光する。
示しつつ説明する。 （実施例１）図１は、本発明の窒化物半導体発光素子の
構造を示す概略断面図である。本実施例の窒化物半導体
発光素子は、発光波長λ１（４８０ｎｍ）の第一の半導
体発光素子１８と発光波長λ２（６２０ｎｍ）の第二の
半導体発光素子１９を持つ。第一の半導体発光素子１８
は、ｐｎ接合を有し電流注入によって発光し、第二の半
導体発光素子１９は、第一の半導体発光素子１８からの
発光によって光励起され発光する。
【００１５】次に、本実施例の素子を詳細に述べる。サ
ファイア基板１上にＡｌＮ低温バッファ層２の堆積を行
い、更に、その上に、順次積層されたＳｉドープｎ−Ｇ
ａＮからなる第一のクラッド層３、発光波長λ１で発光
するIｎxＧａ1-xＮからなる第一の発光層４、ｐ−Ａｌ
ＧａＮからなるキャリアブロック層５、ｐ−ＧａＮから
なる第二のクラッド層６が形成されている。ここまでを
第一の半導体発光素子１８とする。さらに、第一の半導
体発光素子１８からの発光を吸収し発光波長λ２（λ１
＜λ２）で発光する第二の半導体発光素子１９として、
ｐ型ＡｌＩｎＰからなる第三のクラッド層８、ｐ型Ｇａ
ＩｎＰからなる第二の発光層９、ｐ型ＡｌＩｎＰからな
る第四のクラッド層１０、ｐ型ＧａＰからなるコンタク
ト層１１が順に積層された構造を有する。さらに、リア
クティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）の手法を用い
て部分的に露出させたｎ−ＧａＮからなる第一のクラッ
ド層３上には電極１５が、コンタクト層１１の上面には
透明電極１６が設けられ、透明電極１６の上面の一部に
は、ボンディング電極１７が設けられている。
ファイア基板１上にＡｌＮ低温バッファ層２の堆積を行
い、更に、その上に、順次積層されたＳｉドープｎ−Ｇ
ａＮからなる第一のクラッド層３、発光波長λ１で発光
するIｎxＧａ1-xＮからなる第一の発光層４、ｐ−Ａｌ
ＧａＮからなるキャリアブロック層５、ｐ−ＧａＮから
なる第二のクラッド層６が形成されている。ここまでを
第一の半導体発光素子１８とする。さらに、第一の半導
体発光素子１８からの発光を吸収し発光波長λ２（λ１
＜λ２）で発光する第二の半導体発光素子１９として、
ｐ型ＡｌＩｎＰからなる第三のクラッド層８、ｐ型Ｇａ
ＩｎＰからなる第二の発光層９、ｐ型ＡｌＩｎＰからな
る第四のクラッド層１０、ｐ型ＧａＰからなるコンタク
ト層１１が順に積層された構造を有する。さらに、リア
クティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）の手法を用い
て部分的に露出させたｎ−ＧａＮからなる第一のクラッ
ド層３上には電極１５が、コンタクト層１１の上面には
透明電極１６が設けられ、透明電極１６の上面の一部に
は、ボンディング電極１７が設けられている。
【００１６】発光波長λ１で発光する第一の発光層４は
IｎxＧａ1-xＮの組成ｘを変えることにより、バンド間
発光の波長を紫外から赤色まで発光させることができる
が、本実施例では、青色で発光するものとした。
IｎxＧａ1-xＮの組成ｘを変えることにより、バンド間
発光の波長を紫外から赤色まで発光させることができる
が、本実施例では、青色で発光するものとした。
【００１７】次に、本実施例の発光素子の製造方法につ
いて説明する。
いて説明する。
【００１８】まず、（０００１）面を有するサファイア
基板１を洗浄し、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）
法を用いて、各層を成長する。洗浄したサファイア基板
をＭＯＣＶＤ装置内に導入し、水素（Ｈ2）雰囲気の中
で、約１１００℃の高温でクリーニングを行う。その
後、降温して、キャリアガスとしてＨ2を１０ｌ／ｍｉ
ｎ．流しながら、４００℃でＮＨ3とトリメチルアルミ
ニウム（ＴＭＡ）をそれそれ５ｌ／ｍｉｎ．、１５μｍ
ｏｌ／ｍｉｎ．導入してＡｌＮ低温バッファ層２を２５
ｎｍの厚さで成長する。低温バッファ層としてはＡｌＮ
膜に限らず、ＴＭＡ、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、
ＮＨ3を使用して、ＧａＮ膜やＧａＡｌＮ膜を用いても
なんら影響はない。その後Ｈ2とＮＨ3をそれそれ８ｌ／
ｍｉｎ．、７ｌ／ｍｉｎ．流しながら約１０５０℃まで
昇温する。温度が上がれば、ＴＭＧを１４５μｍｏｌ／
ｍｉｎ．、ＳｉＨ4を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ．導入し、
ｎ−ＧａＮからなる第１のクラッド層３を約３μｍ成長
する。
基板１を洗浄し、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）
法を用いて、各層を成長する。洗浄したサファイア基板
をＭＯＣＶＤ装置内に導入し、水素（Ｈ2）雰囲気の中
で、約１１００℃の高温でクリーニングを行う。その
後、降温して、キャリアガスとしてＨ2を１０ｌ／ｍｉ
ｎ．流しながら、４００℃でＮＨ3とトリメチルアルミ
ニウム（ＴＭＡ）をそれそれ５ｌ／ｍｉｎ．、１５μｍ
ｏｌ／ｍｉｎ．導入してＡｌＮ低温バッファ層２を２５
ｎｍの厚さで成長する。低温バッファ層としてはＡｌＮ
膜に限らず、ＴＭＡ、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、
ＮＨ3を使用して、ＧａＮ膜やＧａＡｌＮ膜を用いても
なんら影響はない。その後Ｈ2とＮＨ3をそれそれ８ｌ／
ｍｉｎ．、７ｌ／ｍｉｎ．流しながら約１０５０℃まで
昇温する。温度が上がれば、ＴＭＧを１４５μｍｏｌ／
ｍｉｎ．、ＳｉＨ4を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ．導入し、
ｎ−ＧａＮからなる第１のクラッド層３を約３μｍ成長
する。
【００１９】それから、６００℃まで降温し、インジウ
ム原料であるトリメチルインジウム（ＴＭI）を６．５
μｍｏｌ／ｍｉｎ．、ＴＭＧを２．８μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ．導入し、Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎよりなる３ｎｍ厚の井
戸層を成長する。その後再ひ、８５０℃まで昇温し、Ｔ
ＭＧを１４μｍｏｌ／ｍｉｎ．導入しＧａＮよりなる７
ｎｍ厚の障壁層を成長する。同様に井戸層４層、障壁層
４層の成長を繰り返し、多重量子井戸（ＭＱＷ）からな
る第一の発光層４を成長する。
ム原料であるトリメチルインジウム（ＴＭI）を６．５
μｍｏｌ／ｍｉｎ．、ＴＭＧを２．８μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ．導入し、Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎよりなる３ｎｍ厚の井
戸層を成長する。その後再ひ、８５０℃まで昇温し、Ｔ
ＭＧを１４μｍｏｌ／ｍｉｎ．導入しＧａＮよりなる７
ｎｍ厚の障壁層を成長する。同様に井戸層４層、障壁層
４層の成長を繰り返し、多重量子井戸（ＭＱＷ）からな
る第一の発光層４を成長する。
【００２０】上記第一の発光層４の成長が終了するとＴ
ＭＧの供給を停止して、再び１０００℃まで昇温し、キ
ャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを２７μ
ｍｏｌ／ｍｉｎ．、ＴＭＡを１５μｍｏｌ／ｍｉｎ．、
ｐ型ドーピング原料ガスであるビスシクロぺンタジエニ
ルマグネシウムを（Ｃｐ2Ｍｇ）を１０ｎｍｏｌ／ｍｉ
ｎ．流し、２５ｎｍ厚のｐ型Ａｌ0.13Ｇａ0.87Ｎからな
るキャリアブロック層５を成長する。キャリアブロック
層の成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、厚さ８
０ｎｍのｐ型ＧａＮからなる第二のクラッド層６の成長
を行い第一の半導体発光素子１８の成長を終了する。
ＭＧの供給を停止して、再び１０００℃まで昇温し、キ
ャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを２７μ
ｍｏｌ／ｍｉｎ．、ＴＭＡを１５μｍｏｌ／ｍｉｎ．、
ｐ型ドーピング原料ガスであるビスシクロぺンタジエニ
ルマグネシウムを（Ｃｐ2Ｍｇ）を１０ｎｍｏｌ／ｍｉ
ｎ．流し、２５ｎｍ厚のｐ型Ａｌ0.13Ｇａ0.87Ｎからな
るキャリアブロック層５を成長する。キャリアブロック
層の成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、厚さ８
０ｎｍのｐ型ＧａＮからなる第二のクラッド層６の成長
を行い第一の半導体発光素子１８の成長を終了する。
【００２１】成長が終了すると、ＴＭＧ及びＣｐ2Ｍｇ
の供給を停止した後、７２０℃に降温し、次の通り、第
一の半導体発光素子からの発光を吸収し発光波長λ２
（λ１＜λ２）に波長変換して発光する第二の半導体発
光素子１９の形成を行う。
の供給を停止した後、７２０℃に降温し、次の通り、第
一の半導体発光素子からの発光を吸収し発光波長λ２
（λ１＜λ２）に波長変換して発光する第二の半導体発
光素子１９の形成を行う。
【００２２】Ｈ2雰囲気中においてＴＭＡを２６μｍｏ
ｌ／ｍｉｎ．ＴＭＩを２９．５μｍｏｌ／ｍｉｎ．ｐ型
のドーピング材料にＺｎを０．７μｍｏｌ／ｍｉｎ．Ｐ
Ｈ3（フォスフィン）を４０６ｃｃ流し、ホール濃度５
×１０17ｃｍ-3のＡｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ混晶層からなる第三
のクラッド層８を３００ｎｍ形成した後、同じ温度の７
２０℃において、ＴＭＧを３１μｍｏｌ／ｍｉｎ．、Ｔ
ＭＩを２９μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｐ型のドーピング材料に
Ｚｎを０．４μｍｏｌ／ｍｉｎ．、ＰＨ3（フォスフィ
ン）を４０６ｃｃ流し、ホール濃度１×１０17ｃｍ-3の
Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ混晶層からなる第二の活性層９
を５０ｎｍ形成した後、再びホール濃度５×１０17ｃｍ
-3のＡｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ混晶層である第四のクラッド層１
０を３００ｎｍ形成する、さらにその上に、ＴＭＧを４
００μｍｏｌ／ｍｉｎ．ｐ型のドーピング材料にＺｎを
１．０μｍｏｌ／ｍｉｎ．流し、ホール濃度１×１０18
ｃｍ-3のＧａＰからなるコンタクト層１１を１μｍ形成
した後、室温まで冷却する。また、第二の半導体発光素
子１９のｐ型のドーピング材料としてＺｎを用いたが、
Ｍｇを用いた場合においても同様の結果が得られた。
ｌ／ｍｉｎ．ＴＭＩを２９．５μｍｏｌ／ｍｉｎ．ｐ型
のドーピング材料にＺｎを０．７μｍｏｌ／ｍｉｎ．Ｐ
Ｈ3（フォスフィン）を４０６ｃｃ流し、ホール濃度５
×１０17ｃｍ-3のＡｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ混晶層からなる第三
のクラッド層８を３００ｎｍ形成した後、同じ温度の７
２０℃において、ＴＭＧを３１μｍｏｌ／ｍｉｎ．、Ｔ
ＭＩを２９μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｐ型のドーピング材料に
Ｚｎを０．４μｍｏｌ／ｍｉｎ．、ＰＨ3（フォスフィ
ン）を４０６ｃｃ流し、ホール濃度１×１０17ｃｍ-3の
Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ混晶層からなる第二の活性層９
を５０ｎｍ形成した後、再びホール濃度５×１０17ｃｍ
-3のＡｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ混晶層である第四のクラッド層１
０を３００ｎｍ形成する、さらにその上に、ＴＭＧを４
００μｍｏｌ／ｍｉｎ．ｐ型のドーピング材料にＺｎを
１．０μｍｏｌ／ｍｉｎ．流し、ホール濃度１×１０18
ｃｍ-3のＧａＰからなるコンタクト層１１を１μｍ形成
した後、室温まで冷却する。また、第二の半導体発光素
子１９のｐ型のドーピング材料としてＺｎを用いたが、
Ｍｇを用いた場合においても同様の結果が得られた。
【００２３】室温でＭＯＣＶＤ装置より取り出す。その
後、ｐ型ＧａＰの上面に透明電極１６を、さらに透明電
極１６の上の一部にボンディング電極１７を、ＲＩＥに
よって部分的に半導体膜を除去して露出させた第一のク
ラッド層３上に電極１５を形成する。さらに、スクライ
ビンクの技術を用いることで、２００〜４００μｍ角に
カッティングを行う。これらのプロセスをへた後、本実
施例の半導体発光素子が完成する。
後、ｐ型ＧａＰの上面に透明電極１６を、さらに透明電
極１６の上の一部にボンディング電極１７を、ＲＩＥに
よって部分的に半導体膜を除去して露出させた第一のク
ラッド層３上に電極１５を形成する。さらに、スクライ
ビンクの技術を用いることで、２００〜４００μｍ角に
カッティングを行う。これらのプロセスをへた後、本実
施例の半導体発光素子が完成する。
【００２４】そして作製した半導体発光素子に電流２０
ｍＡを流した場合、第一の窒化物半導体発光素子で生成
された発光波長λ１の光が第二の半導体発光素子で吸収
され、発光波長λ２（λ１＜λ２）で発光することで、
多色で発光する半導体発光素子を得ることができる。
ｍＡを流した場合、第一の窒化物半導体発光素子で生成
された発光波長λ１の光が第二の半導体発光素子で吸収
され、発光波長λ２（λ１＜λ２）で発光することで、
多色で発光する半導体発光素子を得ることができる。
【００２５】本実施例の素子では、第一の半導体発光素
子１８で発光したλ１の光は、第二の半導体発光素子１
９を構成する第二の活性層９を通ることによって、波長
λ２に波長変換される。この時、半導体層を第三のクラ
ッド層８、第二の活性層９、第四のクラッド層１０と三
層とすることによって、λ１から出た光を吸収して生成
された電子正孔がこのクラッド層に効率よく閉じ込めら
れるため、クラッド層の厚さを適宜調整することで、λ
１とλ２の光の強度の割合を制御し、色度波長を変える
ことができ、発光効率の高い波長変換を行うことができ
た。さらにはクラッド層がない場合でも多色の発光を確
認することができた。
子１８で発光したλ１の光は、第二の半導体発光素子１
９を構成する第二の活性層９を通ることによって、波長
λ２に波長変換される。この時、半導体層を第三のクラ
ッド層８、第二の活性層９、第四のクラッド層１０と三
層とすることによって、λ１から出た光を吸収して生成
された電子正孔がこのクラッド層に効率よく閉じ込めら
れるため、クラッド層の厚さを適宜調整することで、λ
１とλ２の光の強度の割合を制御し、色度波長を変える
ことができ、発光効率の高い波長変換を行うことができ
た。さらにはクラッド層がない場合でも多色の発光を確
認することができた。
【００２６】また、多色で発光するために、第一の半導
体発光素子１８からコンタクト層１１までの層厚を薄く
することによって、第一の半導体発光素子１８からの波
長ラλ１の光がすべて吸収されてしまわず、素子全体と
して、λ１の光とλのの両方を得ることができ、混色性
の良好な多色発光の素子を得ることができる。
体発光素子１８からコンタクト層１１までの層厚を薄く
することによって、第一の半導体発光素子１８からの波
長ラλ１の光がすべて吸収されてしまわず、素子全体と
して、λ１の光とλのの両方を得ることができ、混色性
の良好な多色発光の素子を得ることができる。
【００２７】このチップＬＥＤはチップ単体が多色発光
を生成するため、λ１、λ２それぞれ異なった発光波長
で発光する複数の半導体発光素子を横に並べて同時に光
らせたり、蛍光材などを埋め込むなどの技術を用いるこ
との必要がなく、ランプ設計が容易になるものである。
を生成するため、λ１、λ２それぞれ異なった発光波長
で発光する複数の半導体発光素子を横に並べて同時に光
らせたり、蛍光材などを埋め込むなどの技術を用いるこ
との必要がなく、ランプ設計が容易になるものである。
【００２８】また、本願の第一の半導体発光素子１８を
光らせるための電流が第二の半導体発光素子１９のすべ
ての層を通って、第一の発光層４へと供給される。そこ
で第二の半導体発光素子１９を、導電率０．１Ω・ｃｍ
以下にすることで電流の広がりを十分にした混色性の高
い多色発光半導体発光素子を作製することが可能となっ
た。これは、第二の半導体発光素子１９へのドーピング
濃度を下げ、抵抗率を上げ、１Ω・ｃｍ以上にした場
合、半導体発光素子の駆動電圧が上がるとともに、上記
と同様に横方向に十分に電流が広がらないため、局所的
な発光が見られ、寿命も悪かった。
光らせるための電流が第二の半導体発光素子１９のすべ
ての層を通って、第一の発光層４へと供給される。そこ
で第二の半導体発光素子１９を、導電率０．１Ω・ｃｍ
以下にすることで電流の広がりを十分にした混色性の高
い多色発光半導体発光素子を作製することが可能となっ
た。これは、第二の半導体発光素子１９へのドーピング
濃度を下げ、抵抗率を上げ、１Ω・ｃｍ以上にした場
合、半導体発光素子の駆動電圧が上がるとともに、上記
と同様に横方向に十分に電流が広がらないため、局所的
な発光が見られ、寿命も悪かった。
【００２９】また、第二の活性層９は第一の発光部の電
流注入領域に対応して形成されることになるので、第一
の活性層４からの発光λ１を、λ２に変換する際、ムラ
なく波長変換が生じる。よって、ＬＥＤチップにおいて
発光波長λ１とλ２の光の混色性が極めて高く、見る角
度によって色調が変化することが極めて少ない特性を得
ることができる。 （実施例２）本発明の第二の実施例を図２を用いて説明
する。本実施例の素子は実施例１と同様の構造である
が、その製造法が異なる。サファイア基板１上に第一の
半導体発光素子１８として、ＡｌＮ低温バッファ層２か
ら第二のクラッド層６までを実施例１と同様にして形成
する。次に第二の半導体発光素子として、第一の半導体
発光素子１８とは別個に、厚さ６００μｍのＧａＰ基板
２０１上に、ＭＯＣＶＤ法により第三のクラッド層８、
第二の活性層９、第四のクラッド層１０、コンタクト層
１１を形成する。その後、第一の半導体発光素子１８と
第二の半導体発光素子１９をエピタキシャル面側を向か
い合わせに重ね合わせ、さらに３０ｋｇ／ｃｍ2の圧力
をかけ、Ｎ2雰囲気中で８００℃の熱処理を一時間行っ
た後、研磨によってＧａＰ基板２０１を薄く１μｍ程度
まで除去する。その後、ＧａＰ基板２０１の上面に透明
電極１６を、さらに透明電極１６の上の一部にボンディ
ング電極１７を形成する。このとき、ＧａＰ基板２０１
はコンタクト層として機能する。また、ＲＩＥによって
部分的に露出させたＳｉドープを行ったｎ型ＧａＮから
なる第一のクラッド層３上に電極１５を形成し、本実施
例の発光素子を作製する。
流注入領域に対応して形成されることになるので、第一
の活性層４からの発光λ１を、λ２に変換する際、ムラ
なく波長変換が生じる。よって、ＬＥＤチップにおいて
発光波長λ１とλ２の光の混色性が極めて高く、見る角
度によって色調が変化することが極めて少ない特性を得
ることができる。 （実施例２）本発明の第二の実施例を図２を用いて説明
する。本実施例の素子は実施例１と同様の構造である
が、その製造法が異なる。サファイア基板１上に第一の
半導体発光素子１８として、ＡｌＮ低温バッファ層２か
ら第二のクラッド層６までを実施例１と同様にして形成
する。次に第二の半導体発光素子として、第一の半導体
発光素子１８とは別個に、厚さ６００μｍのＧａＰ基板
２０１上に、ＭＯＣＶＤ法により第三のクラッド層８、
第二の活性層９、第四のクラッド層１０、コンタクト層
１１を形成する。その後、第一の半導体発光素子１８と
第二の半導体発光素子１９をエピタキシャル面側を向か
い合わせに重ね合わせ、さらに３０ｋｇ／ｃｍ2の圧力
をかけ、Ｎ2雰囲気中で８００℃の熱処理を一時間行っ
た後、研磨によってＧａＰ基板２０１を薄く１μｍ程度
まで除去する。その後、ＧａＰ基板２０１の上面に透明
電極１６を、さらに透明電極１６の上の一部にボンディ
ング電極１７を形成する。このとき、ＧａＰ基板２０１
はコンタクト層として機能する。また、ＲＩＥによって
部分的に露出させたＳｉドープを行ったｎ型ＧａＮから
なる第一のクラッド層３上に電極１５を形成し、本実施
例の発光素子を作製する。
【００３０】また、この実施例における第二の半導体発
光素子としては、ＧａＰ基板上へのＡｌＧａＩｎＰ系の
半導体層を成膜した半導体発光素子を用いたが、他にも
ＧａＰ：Ｚｎ，Ｏ、ＧａＰ：Ｚｎ、ＧａＰ：Ｎ、ＧａＡ
ｓＰ、ＡｌＧａＡｓ系の発光素子半導体膜を用いること
て多色発光素子を作製することが可能である。 （実施例３）本発明の実施例３を図３に示す。薄膜中間
電極層１２以外は図２と同様である。上記の実施例２と
異なる点は、本実施例３においては、第一の半導体発光
素子１８と第二の半導体発光素子１９のエピタキシャル
面同士を直接貼り合わせたが、図３に示すように、この
二つの半導体発光素子の間に、１００ｎｍのＩＴＯ等の
透明電極もしくは厚さ５ｎｍ程度のＮｉ、Ｐｄ等の薄膜
中間電極層１２を介することで、上記の性能を満足する
半導体発光素子の作製を行った。この半導体発光素子の
場合、順方向電流を流したときの駆動電圧が上記実施例
に比べ０．５Ｖ程度低かった。これは、直接エピタキシ
ャル面を張り合わせた場合に比べ、中間層として挿入し
た金属膜がより密着性をあげたためである。さらに、こ
の場合の第二の半導体発光素子の伝導型は薄膜中間電極
層１２を介しているため、ｎ型、ｐ型いずれでも可能で
あることは当然である。
光素子としては、ＧａＰ基板上へのＡｌＧａＩｎＰ系の
半導体層を成膜した半導体発光素子を用いたが、他にも
ＧａＰ：Ｚｎ，Ｏ、ＧａＰ：Ｚｎ、ＧａＰ：Ｎ、ＧａＡ
ｓＰ、ＡｌＧａＡｓ系の発光素子半導体膜を用いること
て多色発光素子を作製することが可能である。 （実施例３）本発明の実施例３を図３に示す。薄膜中間
電極層１２以外は図２と同様である。上記の実施例２と
異なる点は、本実施例３においては、第一の半導体発光
素子１８と第二の半導体発光素子１９のエピタキシャル
面同士を直接貼り合わせたが、図３に示すように、この
二つの半導体発光素子の間に、１００ｎｍのＩＴＯ等の
透明電極もしくは厚さ５ｎｍ程度のＮｉ、Ｐｄ等の薄膜
中間電極層１２を介することで、上記の性能を満足する
半導体発光素子の作製を行った。この半導体発光素子の
場合、順方向電流を流したときの駆動電圧が上記実施例
に比べ０．５Ｖ程度低かった。これは、直接エピタキシ
ャル面を張り合わせた場合に比べ、中間層として挿入し
た金属膜がより密着性をあげたためである。さらに、こ
の場合の第二の半導体発光素子の伝導型は薄膜中間電極
層１２を介しているため、ｎ型、ｐ型いずれでも可能で
あることは当然である。
【００３１】本実施例の変形例を図４に示す。１０１は
Ｓｉ基板、１０２はＡｌＩｎＮバッファ層、１１７は電
極である以外は、図３と同様である。
Ｓｉ基板、１０２はＡｌＩｎＮバッファ層、１１７は電
極である以外は、図３と同様である。
【００３２】この実施例の場合、Ｓｉ基板が第一、及び
第二半導体発光素子で発生した波長λ１、λ２の光を吸
収してしまうため外部への光取り出し効率をさげてしま
う。そこで、図４の通りにＳｉ基板１０１の一部を除去
することで、その取り出し効率を上げることを行った。 （実施例４）上記１〜３の実施例においては、絶縁性基
板であるサファイア基板を用いた多色発光素子の実施例
を示したが、ｎ型のＧａＮ基板を用い、その基板にｎ型
の導電性を示す第二の半導体発光素子の形成を行った例
を図５を用いて説明する。
第二半導体発光素子で発生した波長λ１、λ２の光を吸
収してしまうため外部への光取り出し効率をさげてしま
う。そこで、図４の通りにＳｉ基板１０１の一部を除去
することで、その取り出し効率を上げることを行った。 （実施例４）上記１〜３の実施例においては、絶縁性基
板であるサファイア基板を用いた多色発光素子の実施例
を示したが、ｎ型のＧａＮ基板を用い、その基板にｎ型
の導電性を示す第二の半導体発光素子の形成を行った例
を図５を用いて説明する。
【００３３】まずＭＯＣＶＤによりｎ型のＧａＮ基板１
０３上に第一の半導体発光素子１８の作製を行う。活性
層４から第二のクラッド層６までは実施例１と同様であ
る。次に、他のＧａＡｓ基板を用いて第二の半導体発光
素子１９をＭＯＣＶＤ法により形成する。第三のクラッ
ド層８からコンタクト層１１までも実施例１と同様であ
る。その後、第一の半導体発光素子１８のＧａＮ基板１
０３の裏側に第二の半導体発光素子１９のエピタキシャ
ル面側を重ね合わせ、さらに上記の膜に３０ｋｇ／ｃｍ
2の圧力をかけ、Ｎ2雰囲気中で８００℃の熱処理を一時
間行った後、ＧａＡｓ基板の除去を行う。さらに、第二
のクラッド層６の上面、第三のクラッド層８の下面に、
それぞれ透明電極１６、１１６及びさらにはボンデイン
グ電極１７、１１７を施すことで、図５に示す多色発光
素子の作製を行った。
０３上に第一の半導体発光素子１８の作製を行う。活性
層４から第二のクラッド層６までは実施例１と同様であ
る。次に、他のＧａＡｓ基板を用いて第二の半導体発光
素子１９をＭＯＣＶＤ法により形成する。第三のクラッ
ド層８からコンタクト層１１までも実施例１と同様であ
る。その後、第一の半導体発光素子１８のＧａＮ基板１
０３の裏側に第二の半導体発光素子１９のエピタキシャ
ル面側を重ね合わせ、さらに上記の膜に３０ｋｇ／ｃｍ
2の圧力をかけ、Ｎ2雰囲気中で８００℃の熱処理を一時
間行った後、ＧａＡｓ基板の除去を行う。さらに、第二
のクラッド層６の上面、第三のクラッド層８の下面に、
それぞれ透明電極１６、１１６及びさらにはボンデイン
グ電極１７、１１７を施すことで、図５に示す多色発光
素子の作製を行った。
【００３４】また、ｎ型導電性を有するＧａＮ基板１０
３とコンタクト層１１の間には１００ｎｍのＩＴＯ等の
透明電極もしくは厚さ５ｎｍ程度のＮｉ、Ｐｄ等の薄膜
中間電極層を介することでその熱処理温度を下げること
が可能となった。
３とコンタクト層１１の間には１００ｎｍのＩＴＯ等の
透明電極もしくは厚さ５ｎｍ程度のＮｉ、Ｐｄ等の薄膜
中間電極層を介することでその熱処理温度を下げること
が可能となった。
【００３５】この実施例においては、貼り合わせの技術
を用いたが、第一の半導体発光素子をＧａＮ基板上に形
成した後、ＧａＮ基板の裏面側に第二の半導体発光素子
の第三のクラッド層８からコンタクト層１１を逐次ＭＯ
ＣＶＤ法によって結晶成長を行うことで半導体素子を作
成した後、さらに、それぞれ、ｎｐ側の半導体膜に電極
１６、１１６及びボンディング電極１７、１１７を施す
ことで、図４に示す多色発光素子の作成を行うことで
も、同様の半導体素子を作製することができた。 （実施例５）実施例５においては、ｎ型のＳｉ基板（図
示せず）を用い、このＳｉ基板上に窒化物半導体膜から
なる第一の半導体発光素子１８の形成を行う。第一の半
導体発光素子１８は実施例１と同様、ＡｌＮからなるバ
ッファ層（図示せず）、ｎ型ＧａＮ層からなる第一のク
ラッド層３、多重量子井戸構造の第一の活性層４、Ｍｇ
ドープのｐ型ＡｌＧａＮ層からなるキャリアブロック層
５、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮ層からなる第二のクラッド
層６の順に形成する。
を用いたが、第一の半導体発光素子をＧａＮ基板上に形
成した後、ＧａＮ基板の裏面側に第二の半導体発光素子
の第三のクラッド層８からコンタクト層１１を逐次ＭＯ
ＣＶＤ法によって結晶成長を行うことで半導体素子を作
成した後、さらに、それぞれ、ｎｐ側の半導体膜に電極
１６、１１６及びボンディング電極１７、１１７を施す
ことで、図４に示す多色発光素子の作成を行うことで
も、同様の半導体素子を作製することができた。 （実施例５）実施例５においては、ｎ型のＳｉ基板（図
示せず）を用い、このＳｉ基板上に窒化物半導体膜から
なる第一の半導体発光素子１８の形成を行う。第一の半
導体発光素子１８は実施例１と同様、ＡｌＮからなるバ
ッファ層（図示せず）、ｎ型ＧａＮ層からなる第一のク
ラッド層３、多重量子井戸構造の第一の活性層４、Ｍｇ
ドープのｐ型ＡｌＧａＮ層からなるキャリアブロック層
５、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮ層からなる第二のクラッド
層６の順に形成する。
【００３６】次に、このｐ型ＧａＮの第二のクラッド層
６上に、蒸着技術を用いて１００ｎｍ程度のＮｉからな
る第一の金属膜５００を形成する。さらにその上にメッ
キ技術を用いて厚さ３００μｍのＮｉからなる第二の金
属膜５０１を形成した。この第一の金属膜５００なしに
直接メッキによって第二の金属膜５０１を形成すること
も可能であるが、第一の金属膜５００を間に形成するほ
うが、密着性が上がるため、より好ましい。第一の金属
膜５００はＰｄであっても同様の結果を得ることができ
た。
６上に、蒸着技術を用いて１００ｎｍ程度のＮｉからな
る第一の金属膜５００を形成する。さらにその上にメッ
キ技術を用いて厚さ３００μｍのＮｉからなる第二の金
属膜５０１を形成した。この第一の金属膜５００なしに
直接メッキによって第二の金属膜５０１を形成すること
も可能であるが、第一の金属膜５００を間に形成するほ
うが、密着性が上がるため、より好ましい。第一の金属
膜５００はＰｄであっても同様の結果を得ることができ
た。
【００３７】その後、フッ酸（ＨＦ）、硝酸（ＨＮ
Ｏ3）、酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）からなるエッチャントを
用い、Ｓｉ基板の除去を行う。さらに、残った窒化物半
導体膜側上層のバッファ層、あるいはバッファ層に続い
てｎ型ＧａＮ層の一部までを、ＲＩＥを行うことで除去
する。これは、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長した初
期の膜が高抵抗であるためである。
Ｏ3）、酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）からなるエッチャントを
用い、Ｓｉ基板の除去を行う。さらに、残った窒化物半
導体膜側上層のバッファ層、あるいはバッファ層に続い
てｎ型ＧａＮ層の一部までを、ＲＩＥを行うことで除去
する。これは、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長した初
期の膜が高抵抗であるためである。
【００３８】その後、別のｎ型ＧａＰ基板上に作製した
第二の半導体発光素子１９を形成する。第二の半導体発
光素子は、ｎ型ＧａＰ基板３０１上に、ｎ型ＡｌＩｎＰ
からなる第三のクラッド層８、ｎ型ＧａＩｎＰからなる
第二の発光層９、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる第四のクラッ
ド層１０、ｎ型ＧａＰからなるコンタクト層１１からな
る。
第二の半導体発光素子１９を形成する。第二の半導体発
光素子は、ｎ型ＧａＰ基板３０１上に、ｎ型ＡｌＩｎＰ
からなる第三のクラッド層８、ｎ型ＧａＩｎＰからなる
第二の発光層９、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる第四のクラッ
ド層１０、ｎ型ＧａＰからなるコンタクト層１１からな
る。
【００３９】次に第一の半導体発光素子１８のｎ型Ｇａ
Ｎの第一のクラッド層３上に薄いＡｌ電極を５０２を５
ｎｍ形成した後、第一の半導体発光素子上のＡｌ電極５
０２と第二の半導体発光素子１９のエピタキシャル面側
を向かい合わせに重ね合わせ、さらに３０ｋｇ／ｃｍ2
に圧力をかけ、Ｎ2雰囲気中で８００℃の熱処理を一時
間行った後、研磨によってＧａＰ基板３０１を薄く１μ
ｍ程度まで除去する。その後、ＧａＰ基板３０１の上面
に透明電極１６を、さらにその上の一部にボンディング
電極１７を、形成することで本実施例の半導体発光素子
を形成する。
Ｎの第一のクラッド層３上に薄いＡｌ電極を５０２を５
ｎｍ形成した後、第一の半導体発光素子上のＡｌ電極５
０２と第二の半導体発光素子１９のエピタキシャル面側
を向かい合わせに重ね合わせ、さらに３０ｋｇ／ｃｍ2
に圧力をかけ、Ｎ2雰囲気中で８００℃の熱処理を一時
間行った後、研磨によってＧａＰ基板３０１を薄く１μ
ｍ程度まで除去する。その後、ＧａＰ基板３０１の上面
に透明電極１６を、さらにその上の一部にボンディング
電極１７を、形成することで本実施例の半導体発光素子
を形成する。
【００４０】また、本実施例ではＡｌ電極５０２を、半
導体素子間の接着材料として用いたが、１００ｎｍのＩ
ＴＯ等の透明電極を用いても同様の半導体発光素子を作
製することは可能であった。
導体素子間の接着材料として用いたが、１００ｎｍのＩ
ＴＯ等の透明電極を用いても同様の半導体発光素子を作
製することは可能であった。
【００４１】また、本実施例において、第二の半導体発
光素子１９は、ｎ型の半導体層を用いたが、実施例２と
同様にｐ型半導体層を用いても同様の結果を得られた。
光素子１９は、ｎ型の半導体層を用いたが、実施例２と
同様にｐ型半導体層を用いても同様の結果を得られた。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、窒化物半導体発光素子
上に、発光波長λ１で発光する第一の窒化物半導体発光
素子と第一の発光部からの発光を吸収し発光波長λ２
（λ１＜λ２）で発光する第二の発光部を有する半導体
発光素子を形成することで、多色で発光する半導体発光
素子を得ることができる。
上に、発光波長λ１で発光する第一の窒化物半導体発光
素子と第一の発光部からの発光を吸収し発光波長λ２
（λ１＜λ２）で発光する第二の発光部を有する半導体
発光素子を形成することで、多色で発光する半導体発光
素子を得ることができる。
【図１】本発明の、実施例１の半導体発光素子を示す断
面図である。
面図である。
【図２】本発明の、実施例３の半導体発光素子を示す断
面図である。
面図である。
【図３】本発明の、実施例３の半導体発光素子の変形例
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図４】本発明の、実施例３の半導体発光素子の変形例
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図５】本発明の、実施例４の半導体発光素子の変形例
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図６】本発明の、実施例５の半導体発光素子の変形例
を示す断面図である。
を示す断面図である。
１…サファイア基板 ２…ＡｌＮ低温バッファ層 ３…第一のクラッド層 ４…第一の発光層 ５…キャリアブロック層 ６…第二のクラッド層 ７…第二の半導体発光素子 ８…第三のクラッド層 ９…第二の発光層 １０…第四のクラッド層 １１…コンタクト層 １２…薄膜中間電極層 １５…電極 １６、１１６…透明電極 １７、１１７…ボンディング電極 １０１…Ｓｉ基板 １０２…ＡｌＩｎＮバッファ層 １０３…ＧａＮ基板 ２０１…ｐ型ＧａＰ基板 ３０１…ｎ型ＧａＰ基板 ５００…第一の金属膜 ５０１…第二の金属膜
Claims (4)
- 【請求項１】 波長λ１の光を出す第一の半導体発光素
子と、波長λ２の光を出す第二の半導体発光素子と第一
の電極と第二の電極を備え、第一の電極は、第一の半導
体発光素子表面に形成され、第二の電極は、第一の半導
体発光素子と反対側の第二の半導体発光素子表面に形成
され、第一の半導体発光素子は、ｐｎ接合を有し、波長
λ２の光は、波長λ１の光による光励起によって発光
し、波長λ１と波長λ２の両方の光が素子外部に出るこ
とを特徴とする窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記第二の半導体発光素子は、導電率が
０．１Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記
載の窒化物系半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記第一の半導体発光素子と、第二の半
導体発光素子の間に第一の半導体発光素子からの光を透
過する電極層が形成されていることを特徴とする請求項
１または２に記載のいずれかに記載の窒化物半導体発光
素子。 - 【請求項４】 前記第一の電極は、メッキによって形成
されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか
に記載に窒化物系半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001109507A JP2002305327A (ja) | 2001-04-09 | 2001-04-09 | 窒化物系半導体発光素子 |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002305327A true JP2002305327A (ja) | 2002-10-18 |
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ID=18961431
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|---|---|---|---|
| JP2001109507A Pending JP2002305327A (ja) | 2001-04-09 | 2001-04-09 | 窒化物系半導体発光素子 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2002305327A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2005083806A1 (ja) * | 2004-02-26 | 2005-09-09 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | 発光素子及びその製造方法 |
| JP2006295132A (ja) * | 2005-03-14 | 2006-10-26 | Toshiba Corp | 発光装置 |
| JP2006339646A (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Samsung Electro Mech Co Ltd | 白色発光素子およびその製造方法 |
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| US11569413B2 (en) | 2019-12-27 | 2023-01-31 | Nichia Corporation | Method for manufacturing light-emitting element |
-
2001
- 2001-04-09 JP JP2001109507A patent/JP2002305327A/ja active Pending
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| JP4653671B2 (ja) * | 2005-03-14 | 2011-03-16 | 株式会社東芝 | 発光装置 |
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