JP2011159672A - 半導体発光装置および画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高輝度な半導体発光装置および画像表示装置を提供する。
【解決手段】
複数の半導体薄膜発光素子が、実装基板101上に反射メタル層103を介して集積された第１半導体薄膜発光素子102と、第１半導体薄膜発光素子から放射される第１発光波長の光に対し透明な材料から構成され、かつ、第１半導体薄膜発光素子の素子構造を平坦とし、さらに電気的に絶縁性を有する第１透明絶縁平坦化膜113と、第１透明絶縁平坦化膜上に第１半導体薄膜発光素子から放射される第１発光波長の光に対し透明な材料から構成され、かつ、電気的に絶縁性を有する第１誘電体多層膜反射層116を介して集積された第２半導体薄膜発光素子114とを備え、第１誘電体多層膜反射層は、第１の発光波長の光を透過し、第２半導体薄膜発光素子から発光される第２発光波長の光のみを反射し、第２半導体薄膜発光素子は、第１発光波長の光に対し透明な材料から構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光装置および画像表示装置に関する。

赤色（Ｒｅｄ）、緑色（Ｇｒｅｅｎ）および青色（Ｂｌｕｅ）など異なる波長で発光する半導体発光素子を集積することにより多色集積半導体発光素子を形成し、この多色集積半導体発光素子による画素を二次元アレイ状に配列することからなる画像表示装置が知られている。例えば、特許文献１に開示されているように、表示面に対し垂直方向に半導体発光素子を複数積層実装する実装方法が提案されている。この特許文献１に開示されている構造により、１画素サイズを二次元平面においてシュリンクすることができ、高精細な表示装置を作製することが可能となった。

特開２００７−２７３８９８号公報

しかし、特許文献１に開示されている実装方法は、各々の半導体発光素子を積層実装する際、表示基板に最も近い層に実装されている第１の半導体発光素子上に、透光性を有する絶縁膜を介して貼り付け用電極を設け、この貼り付け用電極と第１半導体発光素子上に積層する第２の半導体発光素子裏面に設けた被固着電極とを接着することにより実装している。

したがって、各々の積層実装する半導体発光素子間には、第１の半導体発光素子上に設けられた透光性を有する絶縁膜および貼り付け用電極と、第２の半導体発光素子裏面に設けた被固着電極とを合わせた膜厚分の空気層が形成されている。

このため、第２半導体発光素子において裏面方向に放射される光は、空気層へと放射され、空気層へ放射された光は、第１半導体発光素子表面により乱反射されるか、あるいは第１半導体素子、および実装基板に吸収されてしまい、表示素子表面へ効果的に取り出すことができなかった。その結果、発光面に対して垂直方向に集積された多波長集積半導体発光素子では、裏面方向への放射光を効果的に表示素子表面方向に取り出すことが困難となり、発光素子を画素として用いた表示装置では、高輝度化が非常に困難であった。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、積層された複数の半導体薄膜発光素子から放射される光を効果的に最上層の半導体薄膜発光素子表面から取り出すことができる高輝度な半導体発光装置および画像表示装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の半導体発光装置は、複数の半導体薄膜発光素子が、前記半導体薄膜発光素子の発光面に対して垂直な方向に集積される半導体発光装置において、前記複数の半導体薄膜発光素子は、実装基板上に反射メタル層を介して集積された第１半導体薄膜発光素子と、前記第１半導体薄膜発光素子から放射される第１発光波長の光に対し透明な材料から構成され、かつ、前記第１半導体薄膜発光素子の素子構造を平坦とし、さらに電気的に絶縁性を有する第１透明絶縁平坦化膜と、前記第１透明絶縁平坦化膜上に前記第１半導体薄膜発光素子から放射される第１発光波長の光に対し透明な材料から構成され、かつ、電気的に絶縁性を有する第１誘電体多層膜反射層を介して集積された第２半導体薄膜発光素子とを備え、前記第１誘電体多層膜反射層は、前記第１の発光波長の光を透過し、前記第２半導体薄膜発光素子から発光される第２発光波長の光のみを反射し、前記第２半導体薄膜発光素子は、前記第１発光波長の光に対し透明な材料から構成されていることを特徴とする。

また、前記目的を達成するために、本発明の画像表示装置は、前記半導体発光装置がマトリクス状に前記実装基板上に配設されていることを特徴とする。

本発明によれば、積層された複数の半導体薄膜発光素子から放射される光を効果的に最上層の半導体薄膜発光素子表面から取り出すことができる高輝度な半導体発光装置および画像表示装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態の半導体発光装置の構成を説明するための断面図である。 第１の実施形態の半導体発光装置の構成を説明するための平面図である。 第１の実施形態の画像表示装置を説明するための平面図である。 本発明の第２の実施形態の半導体発光装置の構成を説明するための断面図である。

（実施形態）
本発明の実施形態について、図１乃至図４を参照して説明する。なお、各図で同じ構成要素には同一の符号を付している。以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。
まず、図１および図２を参照して、第１の実施形態の半導体発光装置１５０の構成及び動作を説明する。図１は半導体発光装置１５０の断面図であり、図２におけるＸ−Ｘ線による断面を示す断面図である。また、図２は半導体発光装置１５０の平面図である。そして、図３は、第１の実施形態の画像表示装置１０００の平面図である。なお、これらの図は本実施形態の特徴を模式的に示しており、各図における各部位の寸法関係等を限定するものではない。

（構成）
図１乃至図３を参照して、本実施形態の半導体発光装置１５０および画像表示装置１０００の構成を説明する。
半導体発光装置１５０は、図１に示すように、３つの半導体薄膜発光素子をそれぞれの半導体薄膜発光素子の発光面に対し、垂直方向に三次元集積した半導体発光装置である。そして、画像表示装置１０００は、図３に示すように、半導体発光装置１５０を二次元マトリクス状に配置した画像表示装置である。

図１に示すように、本実施形態の半導体発光装置１５０は、異なる発光波長の光を放射する３種類の半導体薄膜発光素子を、各半導体発光素子の発光面に対して垂直方向に三次元集積した構成であって、各半導体薄膜発光素子は、実装基板１０１に最も近い半導体薄膜発光素子を第１半導体薄膜発光素子１０２とし、その発光波長をλ１とする。その上に集積する半導体薄膜発光素子を第２半導体薄膜発光素子１１４とし、その発光波長をλ２とする。更に、その上に集積する半導体薄膜発光素子を第３半導体薄膜発光素子１１５とし、その発光波長をλ３とする。

各半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５の層構造はそれぞれ以下の通りである。まず、半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５は少なくとも、下層からＮ型コンタクト層１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、Ｎ型クラッド層１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、発光層としての活性層１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、Ｐ型クラッド層１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、および、Ｐ型コンタクト層１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃを備えて構成される。
これらの半導体層は、例えば、Ａｌ_aＧａ_bＩｎ_1-a-bＡｓ_xＰ_yＮ_zＳｂ_1-x-y-z、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１からなる構成とすることができる。

そして、各半導体層は、公知の有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、または、分子線エピタキシ（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法などを用いて、ＧａＡｓ基板、サファイア基板、ＩｎＰ基板、石英基板、あるいはＳｉ基板等の成長基板上にエピタキシャル成長することができる。

そして、第２半導体薄膜発光素子１１４および第３半導体薄膜発光素子１１５におけるすべての層は、各々半導体薄膜発光素子の下層に集積される半導体薄膜発光素子から発光される光に対して透明な材料、あるいは極力、光の吸収を抑えた組成により構成されている。

ここで、本実施形態の各々の半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５の半導体組成および発光波長についての具体例を説明する。

第１半導体薄膜発光素子１０２では、Ｐ型コンタクト層１０８ａをＧａＡｓあるいはＧａＰから成る層とし、Ｐ型クラッド層１０７ａあるいはＮ型クラッド層１０５ａをＡｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐから成る層とし、 活性層１０６ａを（Ａｌ_y1Ｇａ_1-y1）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ、０≦ｙ１≦０．５から成る井戸層と井戸層におけるＡｌ組成比よりもＡｌ組成比が大きな（Ａｌ_z1Ｇａ_1-z1）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ、０＜ｚ１≦１、ｙ１＜ｚ１から成る障壁層との組み合わせからなる量子井戸層を単層あるいは複数層構成することから成る層とし、Ｎ型コンタクト層１０４ａをＧａＡｓから成る層とすることができる。

そして、半導体薄膜発光素子１０２における発光波長は、活性層１０６ａを構成する井戸層のＡｌ組成を制御することにより任意の波長λ１を得ることができ、例えば６５０ｎｍ≧λ１＞５５０ｎｍの波長帯（赤色帯）をカバーすることができる。

また、第２半導体薄膜発光素子１１４および第３半導体薄膜発光素子１１５においては、Ｐ型コンタクト層１０８ｂ、１０８ｃあるいはＮ型コンタクト層１０４ｂ、１０４ｃをＧａＮから成る層とし、Ｐ型クラッド層１０７ｂ、１０７ｃあるいはＮ型クラッド層を１０５ｂ、１０５ｃをＡｌ_x2Ｇａ_1-x2Ｎ、０≦ｘ２≦１から成る層とし、活性層１０６ｂ、１０６ｃをＩｎ_y2Ｇａ_1-y2Ｎ、０＜ｙ２≦１からなる井戸層と井戸層におけるＩｎ組成比よりもＩｎ組成比の小さなＩｎ_z2Ｇａ_1-z2Ｎ、０≦ｚ２＜１、ｚ２＜ｙ２から成る障壁層との組み合わせからなる量子井戸層を単層あるいは複数層構成することから成る層とすることができる。

そして、第２半導体薄膜発光素子１１４および第３半導体薄膜発光素子１１５における発光波長は、活性層１０６ｂ、１０６ｃを構成する井戸層のＩｎ組成を制御することにより任意の波長λ２および波長λ３を得ることができ、例えば５５０ｎｍ≧λ２＞４８０ｎｍ（緑色帯）、４８０ｎｍ≧λ３≧４５０ｎｍ（青色帯）とすることができる。

半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５の半導体薄膜形成方法としては、エピタキシャル成長層と成長基板との間に選択的にケミカルエッチング可能な層(ここでは犠牲層と称する)を予め設けておき、この犠牲層を選択的にケミカルエッチングすることによりエピタキシャル成長層のみを成長基板から剥離することを可能とするケミカルリフトオフ法や、エピタキシャル成長層と成長基板との光吸収係数の差を利用してエピタキシャル成長層と成長基板の界面をレーザ光により焼き切ることにより、エピタキシャル成長層を成長基板から剥離可能なレーザリフトオフ法を用いることができる。あるいは、成長基板のみをバックグラインドすることにより、エピタキシャル成長層のみを薄膜化することもできる。

なお、半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５は、三次元集積する観点から、その総厚を５μｍ以下に薄膜化することが望ましい。

それぞれの半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５は、Ｐコンタクト層１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃからＮコンタクト層１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃが露出するまでウェットエッチング、あるいはドライエッチングを施すことにより成る発光領域を備え、表面に露出されたＮコンタクト層１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃの表面には、公知のスパッタ法、蒸着法等を用いて形成された電極、例えば、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ、あるいは、Ｔｉ／Ａｌなどから成るＮ電極１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃが形成されている。

そして、ＳｉＮ、ＳｉＯ₂等などから成る層間絶縁膜１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃをメサ形成エッチング端面、あるいは、Ｎ型コンタクト層１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃの表面、および、Ｎ型コンタクト層１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃのエッチング端面を被覆するように形成する。

そして、Ｎ電極接続配線１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃおよびＰ電極接続配線１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを、それぞれ、Ｎ電極１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ上、あるいは、Ｐコンタクト層１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ上に接続可能なように、層間絶縁膜１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃには開口部がパターン形成されている。

なお、層間絶縁膜１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃは、公知のＣＶＤ法あるいはスパッタ法により形成することができ、構成する材料および膜厚は、すべての半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５から発光する光波長に対して透明な材料、および膜厚により構成されている。

そして、各々の半導体薄膜発光素子の集積形態は以下の通りである。まず、第１発光波長λ１用の反射メタル層１０３を、絶縁性を有する実装基板１０１あるいは絶縁性を有する薄膜層が基板最表面に成膜された実装基板１０１上に、薄膜形成する。なお、第１発光波長λ１用の反射メタル層１０３は、例えば、Ａｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｇなどの反射特性の良い金属材料により構成することができ、公知のスパッタ法、蒸着法などを用いて形成することができる。

ついで、第１発光波長λ１用の反射メタル層１０３上に、第１半導体薄膜発光素子１０２を分子問力、共晶接合、あるいは、第１半導体薄膜発光素子１０２の発光波長であるλ１に対して透明な材料からなる接着剤を介して実装基板１０１上に集積している。なお、この接着剤は、ポリイミド樹脂、ノボラック系樹脂、ＳＯＧ、フッ素樹脂、エポキシ樹脂等とすることができる

そして、第１半導体薄膜発光素子１０２と第２半導体薄膜発光素子１１４との間には、λ１およびλ２に対して透明な材料から成り、第１半導体薄膜発光素子１０２の素子構造を平坦にする働きを担い、さらに、電気的に絶縁性を有する材料からなる第１透明絶縁平坦化膜１１３が設けられている。また、第２半導体薄膜発光素子１１４と第３半導体薄膜発光素子１１５との間には、全発光波長(λ１、λ２およびλ３)に対して透明な材料から成り、第２半導体薄膜発光素子１１４の素子構造を平坦にする働きを担い、さらに、第１透明絶縁平坦化膜１１３と同様に、電気的に絶縁性を有する材料からなる第２透明絶縁平坦化膜１１７が設けられている。

なお、第１透明絶縁平坦化膜１１３および第２透明絶縁平坦化膜１１７は、例えば、ポリイミド樹脂、ノボラック系樹脂、ＳＯＧ、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などを用いることができ、スピンコーティング、あるいは、スプレーコーティング等の方法により形成することができる。

そして、第１透明絶縁平坦化膜１１３と第２半導体薄膜発光素子１１４との間には、波長λ２の光を反射することが可能で、かつ、波長λ１の光を透過することが可能な第１誘電体多層膜反射層１１６を備えている。さらに、第２透明絶縁平坦化膜１１７と第３半導体薄膜発光素子１１５との間には、波長λ３の光を反射することが可能で、かつ、波長λ１およびλ２の光を透過することが可能な第２誘電体多層膜反射層１１８を備えている。

なお、第１誘電体多層膜反射層１１６および第２誘電体多層膜反射層１１８は、例えば、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、ＴｉＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃、ＭｇＦ₂、Ｔａ₂Ｏ₅などの誘電体材料により構成することができ、これらの誘電体多層膜反射層は、公知のスパッタ法、プラズマＣＶＤ法などによって形成することができる。

そして、第１誘電体多層膜反射層１１６および第２誘電体多層膜反射層１１８において、特定の波長λ２およびλ３を反射させる構造は、例えば、前記した誘電体材料の中から、屈折率が大きく異なる２種類の材料を選択する。そして、第１誘電体多層膜反射層１１６においては、波長λ２の光を反射させるために、第１誘電体多層膜反射層１１６を構成する誘電体層Ａおよび誘電体層Ｂの膜厚をそれぞれｄ_a-refおよびｄ_b-refとしたとき、ｄ_a-refおよびｄ_b-refの値が、誘電体層Ａおよび誘電体層Ｂ内に波長λ２の光を伝搬させる際の伝搬波長λＡ２、λＢ２の値を４で除した値の奇数倍の膜厚となるように制御することより構成することができる。

また、第２誘電体多層膜反射層１１８においては、波長λ３の光を反射させるために、第２誘電体多層膜反射層１１８を構成する誘電体層ＣおよびＤの膜厚をｄ_c-refおよびｄ_d-refとしたとき、ｄ_c-refおよびｄ_d-refの値が、誘電体層Ｃおよび誘電体層Ｄ内に波長λ３の光を伝搬させる際の伝搬波長λＣ３、λＤ３の値を４で除した値の奇数倍の膜厚になるように制御することにより構成することができる。

また、これらの条件に加え、第１誘電体多層膜反射層１１６に関しては、波長λ２の光を反射させると同時に、波長λ１の光を効果的に透過させなければならない。そのため、第１誘電体多層膜反射層１１６を構成する誘電体層Ａおよび誘電体層Ｂの膜厚をｄ_a-transおよびｄ_b-transとしたとき、ｄ_a-transおよびｄ_b-transの値が誘電体瀬ＡおよびＢ内を波長λ１の光が伝搬する際の伝搬波長λＡ１およびλＢ１の値を２で除した値の整数倍の膜厚に制御されることにより波長λ１の光を効果的に透過させることができる。

ただし、波長λ１の光を透過させるための誘電体層Ａおよび誘電体層Ｂの膜厚ｄ_a-transおよびｄ_b-transと、波長λ２の光を反射させるための膜厚ｄ_c-refおよびｄ_d-refとを合わせることが困難な場合は、両者の値の間、あるいはその近傍で、最も効果的に波長λ１の光を透過し、波長λ２の光を反射させることができる膜厚に制御された誘電体多層膜の積層構造から構成される。

また、第２誘電体多層膜反射層１１８に関しては、波長λ３の光を反射させるのと同時に、波長λ１およびλ２の光を効果的に透過させなければならない。そのため、まず波長λ１の光を効果的に透過させるために、第２誘電体多層膜反射層１１８を構成する誘電体層Ｃおよび誘電体層Ｄの膜厚をｄ_c-transおよびｄ_d-transとしたとき、ｄ_c-transおよびｄ_d-transの値が、誘電体層Ｃおよび誘電体層Ｄ内を波長λ１の光が伝搬する際の伝搬波長λＣ１およびλＤ１の値を２で除した値の整数倍の膜厚値と、波長λ２の光が伝搬する際の伝搬波長λＣ２およびλＤ２の値を２で除した値の整数倍の膜厚値との間、あるいは近傍の値に制御することで、最も効果的に両者を透過させることができる。

そして、これら、ｄ_c-transおよびｄ_d-transと、ｄ_c-refおよびｄ_d-refとを合わせることが困難な場合は、両者の間、あるいはその近傍で最も効果的に、波長λ１および波長λ２の光を透過し、波長λ３の光を反射させることができる膜厚に制御することで第２誘電体多層膜反射層１１８の誘電体多層膜の積層構造を構成することができる。

なお、第１誘電体多層膜反射層１１６および第２誘電体多層膜反射層１１８は、屈折率の大きく異なる誘電体層の対が少なくとも２周期以上の繰り返しから構成されていることが望ましい。

そして、第１誘電体多層膜反射層１１６および第２誘電体多層膜反射層１１８の表面は、第２半導体薄膜発光素子１１４および第３半導体薄膜発光素子１１５の集積化の際に十分な接合力を得るために、表面ラフネスを５ｎｍ以下にすることが望ましい。

また、第１透明絶縁平坦化膜１１３、第２透明絶縁平坦化膜１１７および第１誘電体多層膜反射層１１６、第２誘電体多層膜反射層１１８は、画像表示装置１０００の画像表示領域よりも広い領域に形成されている。そして、図３において後記するように、外部駆動素子あるいは装置と電気的に接続可能とするために、第１半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド１３１、第２半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド１３２、第３半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド１３３およびカソード共通配線接続パッド１３４が形成される領域では、第１透明絶縁平坦化膜１１３、第２透明絶縁平坦化膜１１７および第１誘電体多層膜反射層１１６、第２誘電体多層膜反射層１１８は除去されている。

第２半導体薄膜発光素子１１４および第３半導体薄膜発光素子１１５は、第１誘電体多層膜反射層１１６および第２誘電体多層膜反射層１１８上に集積する際、第２半導体薄膜発光素子１１４と第１誘電体多層膜反射層１１６との間、あるいは、第３半導体薄膜発光素子１１５と第２誘電体多層膜反射層１１８との問に働く分子間力により集積することができる。

また、すべての発光波長（λ１、λ２およびλ３)に対して、透明な材料からなる接着剤を介して集積することもできる。
なお、この接着剤は、ポリイミド樹脂、ノボラック系樹脂、ＳＯＧ、フッ素樹脂、エポキシ樹脂等とすることができる。

つぎに、各々の半導体薄膜発光素子への電気的な接続配線についてさらに図２を参照して説明する。
各々の半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５におけるＰ型コンタクト層１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃおよびＮ電極１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃと、各々の半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５用に形成されるアノード共通配線１１９およびカソード共通配線１２０とは、図２に示すように、Ｐ電極接続配線１１０（１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ）およびＮ電極接続配線１１２（１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ）を介してそれぞれ接続されている。そして、各々の半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５からの光は、Ｐ電極接続配線１１０の周囲の矩形状領域の最上層の第３半導体薄膜発光素子１１５の表面から放射される。

そして、各々の半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５用に形成されているアノード共通配線１１９およびカソード共通配線１２０は、共通配線層間絶縁膜１２１を介してマトリクス状に形成されており、各々の半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５用に形成されたマトリクス状の配線は、それぞれ電気的に独立に形成されている。そして、アノード共通配線１１９およびカソード共通配線１２０は、実装基板１０１の外周部まで延伸形成されている。

そして、本実施形態の画像表示装置１０００は、図３に示すように、複数の半導体発光装置１５０がマトリクス状に配設された画像表示装置である。画像表示装置１０００では、図２を参照して説明した半導体発光装置１５０のアノード共通配線１１９が、実装基板１０１の外周領域において、第１半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド１３１、第２半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド１３２、第３半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド１３３に分岐形成されている。したがって、画像表示装置１０００は、外部駆動素子あるいは外部装置と接続することが可能となっている。

また、図２を参照して説明した半導体発光装置１５０の各々のカソード共通配線１２０は、実装基板１０１の外周領域で結線され、カソード共通配線接続パッド１３４を備えることにより、外部駆動素子あるいは装置と接続することが可能となっている。

このように、複数の半導体発光装置１５０をマトリクス状に配設した構成とした本実施形態の画像表示装置１０００が構成される。

（動作）
つぎに、本実施形態の半導体発光装置１５０および画像形成装置１０００の動作について説明する。

図１に示すように、半導体発光装置１５０の動作において、第１半導体薄膜発光素子１０２の活性層１０６ａから実装基板１０１方向に放射される光（λ１）は、第１半導体薄膜発光素子１０２の下層に設けた反射メタル層１０３により反射され、第１半導体薄膜発光素子１０２の表面に向けて放射される。一方、第１半導体薄膜発光素子１０２の活性層１０６ａから実装基板１０１方向と反対側に照射される光（λ１）は、反射することなく第１半導体薄膜発光素子１０２の表面に向けて放射される。

そして、第１半導体薄膜発光素子１０２の上層として構成される、第１透明絶縁平坦化膜１１３および第２透明絶縁平坦化膜１１７、第２半導体薄膜発光素子１１４および第３半導体薄膜発光素子１１５を構成する各層、さらに、第１誘電体多層膜反射層１１６および第２誘電体多層膜反射層１１８を構成する材料は、すべて、第１半導体薄膜発光素子１０２から放射される光（λ１）に対して透明な材料で構成されている。

したがって、第１半導体薄膜発光素子１０２から放射される光（λ１）は、第１半導体薄膜発光素子１０２の上層で吸収されることなく、最上層の第３半導体薄膜発光素子１１５表面から効果的に取り出すことができる。

つぎに、第２半導体薄膜発光素子１１４の活性層１０６ｂから実装基板１０１方向に放射される光（λ２）は、第１誘電体多層膜反射層１１６によって反射され第２半導体薄膜発光素子１１４の表面に向けて放射される。一方、第２半導体薄膜発光素子１１４の活性層１０６ｂから実装基板１０１方向と反対側に照射される光（λ２）は、反射することなく第２半導体薄膜発光素子１１４の表面に向けて放射される。

そして、第２半導体薄膜発光素子１１４の上層として構成される、第２透明絶縁平坦化膜１１７、第３半導体薄膜発光素子１１５を構成する各層、さらに、第２誘電体多層膜反射層１１８を構成する材料は、すべて、第２半導体薄膜発光素子１１４から放射される光（λ２）に対して透明な材料で構成されている。

したがって、第２半導体薄膜発光素子１１４から放射される光（λ２）は、第２半導体薄膜発光素子１１４の上層で吸収されることなく、最上層の第３半導体薄膜発光素子１１５表面から効果的に取り出すことができる。

そして、第３半導体薄膜発光素子１１５の活性層１０６ｃから実装基板１０１方向に放射される光（λ３）は、第２誘電体多層膜反射層１１８によって反射され第３半導体薄膜発光素子１１５の表面に向けて放射される。一方、第３半導体薄膜発光素子１１５の活性層１０６ｃから実装基板１０１方向と反対側に照射される光（λ３）は、反射することなく第３半導体薄膜発光素子１１５の表面に向けて放射される。したがって、第３半導体薄膜発光素子１１５から放射される光（λ３）は、最上層の第３半導体薄膜発光素子１１５表面から効果的に取り出すことができる。

また、第１誘電体多層膜反射層１１６および第２誘電体多層膜反射層１１８は、屈折率差を大きくできる誘電体の組み合わせにより成る反射層であることから、繰り返し周期が少ない場合においても高反射特性を得ることができる。そのため、素子の層厚を薄くすることができる。

さらに、第１誘電体多層膜反射層１１６および第２誘電体多層膜反射層１１８は、絶縁体であることから、各半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５用に形成するアノード共通配線１１９、カソード共通配線１２０および共通配線層間絶縁膜１２１から成るマトリクス配線を、電気的に絶縁する働きも有するため、電気的に安定な素子形成が可能となる。

したがって、本実施形態によれば、積層された３つの半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５から放射される光を効果的に最上層の半導体薄膜発光素子１１５の表面から取り出すことができ、各マトリクス配線間を電気的に隔離することが可能となることから、高輝度かつ電気的に安定な半導体発光装置１５０および画像表示装置１０００を作製することが可能となる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図４を参照して説明する。

（構成）
本実施形態は、第１の実施形態の半導体発光装置１５０を半導体発光装置２００とした形態である。

半導体発光装置２００の構成は、図４に示すように、第１の実施形態とは異なり、第２半導体薄膜発光素子２０９と第１透明絶縁平坦化膜１１３との間に、広帯域誘電体多層膜反射層２０６を備え、かつ、第３半導体薄膜発光素子２１０を第２透明絶縁平坦化膜１１７上に直接集積する構造を備えている。

そして、広帯域誘電体多層膜反射層２０６は、第２半導体薄膜発光素子２０９の活性層１０６ｂから実装基板１０１方向に放射される光（λ２）および第３半導体薄膜発光素子２１０の活性層１０６ｃから実装基板１０１方向に放射される光（λ３）を効果的に反射させることが可能であり、かつ、第１半導体薄膜発光素子１０２から第２半導体薄膜発光素子２０９の方向へ放射される光（λ１）を効果的に透過することが可能な構造を有している。

広帯域誘電体多層膜反射層２０６がこのような光学特性を有するためには、例えば、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、ＴｉＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃、ＭｇＦ₂、Ｔａ₂Ｏ₅などの誘電体材料の中から、屈折率が大きく異なる２種類の誘電体層Ａおよび誘電体層Ｂを選択し、広帯域誘電体多層膜反射層２０６内に波長λ２の光を伝搬させる際の伝搬波長λＡ２およびλＢ２に対して、それぞれの誘電体層の膜厚をその伝搬波長の値を４で除した値の奇数倍の膜厚になるように制御して積層させた第１誘電体多層膜反射層２０７と、第１誘電体多層膜反射層２０７とは別に、誘電体層Ｃおよび誘電体層Ｄ内に伝搬させる際の伝搬波長λＣ３およびλＤ３に対して、それぞれの誘電体層の膜厚を伝搬波長の値を４で除した値の奇数倍の膜厚になるように制御して積層させた第２誘電体多層膜反射膜２０８とが、合わせて備えられている構造であり、第１誘電体多層膜反射層２０７および第２誘電体多層膜反射層２０８を構成する誘電体多層膜の対は、少なくとも２周期以上の繰り返しにより構成される。

なお、第１誘電体多層膜反射層２０７を構成する誘電体層Ａおよび誘電体層Ｂの材料と、第２誘電体多層膜反射層２０８を構成する誘電体層Ｃおよび誘電体層Ｄの材料とが同一材料であっても構わない。また、第１誘電体多層膜反射膜２０７において、波長λ２およびλ３の光の両方の光を効果的に反射させるように、誘電体層Ａおよび誘電体層Ｂの膜厚を制御し、第２誘電体多層膜反射層２０８を用いないこともできる。
さらに、広帯域誘電体多層膜２０６の各誘電体層は、第１半導体薄膜発光素子１０２から放射される波長λ１の光を効果的に透過させなければならない。そこで、波長λ１の光が広帯域誘電体多隔膜２０６を構成する誘電体層Ａから誘電体層Ｄ内を伝搬する際の伝搬波長λＡ１〜λＤ１に対して、各伝搬波長の値を２で除した値の整数倍となるように、各誘電体層の膜厚が制御されている構造を有する。

なお、前記の透過、反射の２条件を合わせることが困難な場合は、両者それぞれの特性を勘案し、最も効果的に波長λ１の光を透過し、波長λ２およびλ３の光を反射することが可能な膜厚により構成される広帯域誘電体多層膜２０６を有する構造である。

（動作）
本実施形態の構成により、第２半導体薄膜発光素子２０９から実装基板１０１方向に放射される波長λ２の光と第３半導体薄膜発光素子２１０から実装基板１０１方向に放射される波長λ３の光とを、第２半導体薄膜発光素子２０９の直下に設けた広帯域誘電体多層膜反射層２０６により一括反射させることが可能となる。そのため、波長λ２の光と波長λ３の光との帯域が接近している場合に、前記第１の実施形態において波長λ２の光が素子表面へ透過する際に弊害となり得る第２誘電体多層膜反射層１１８を第２半導体薄膜発光素子１１４の上層から取り除くことができる。そのため、波長λ２の光をより効果的に素子表面に取り出すことが可能となる。

したがって、本実施形態によれば、積層された３つの半導体薄膜発光素子から放射される光を効果的に最上層の半導体薄膜発光素子表面から取り出すことができる高輝度な半導体発光装置２００および画像表示装置１０００を作製することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、積層された複数の半導体薄膜発光素子から放射される光を効果的に最上層の半導体薄膜発光素子表面から取り出すことができる高輝度な半導体発光装置および画像表示装置を提供することができる。

１０１ 実装基板
１０２ 第１半導体薄膜発光素子
１０３ 反射メタル層
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ Ｎ型コンタクト層
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ Ｎ型クラッド層
１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ 活性層
１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ Ｐ型クラッド層
１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ Ｐ型コンタクト層
１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ 層間絶縁膜
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ Ｐ電極接続配線
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ Ｎ電極
１１２、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ Ｎ電極接続配線
１１３ 第１透明絶縁平坦化膜
１１４、２０９ 第２半導体薄膜発光素子
１１５、２１０ 第３半導体薄膜発光素子
１１６、２０７ 第１誘電体多層膜反射層
１１７ 第２透明絶縁平坦化膜
１１８、２０８ 第２誘電体多層膜反射層
１１９ アノード共通配線
１２０ カソード共通配線
１２１ 共通配線層間絶縁膜
１３１ 第１半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド
１３２ 第２半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド
１３３ 第３半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド
１３４ カソード共通配線接続パッド
１５０、２００ 半導体発光装置
２０６ 広帯域誘電体多層膜反射層
１０００ 画像表示装置

Claims (9)

1. 複数の半導体薄膜発光素子が、前記半導体薄膜発光素子の発光面に対して垂直な方向に集積される半導体発光装置において、
   前記複数の半導体薄膜発光素子は、
   実装基板上に反射メタル層を介して集積された第１半導体薄膜発光素子と、
   前記第１半導体薄膜発光素子から放射される第１発光波長の光に対し透明な材料から構成され、かつ、前記第１半導体薄膜発光素子の素子構造を平坦とし、さらに電気的に絶縁性を有する第１透明絶縁平坦化膜と、
   前記第１透明絶縁平坦化膜上に前記第１半導体薄膜発光素子から放射される第１発光波長の光に対し透明な材料から構成され、かつ、電気的に絶縁性を有する第１誘電体多層膜反射層を介して集積された第２半導体薄膜発光素子とを備え、
   前記第１誘電体多層膜反射層は、前記第１の発光波長の光を透過し、前記第２半導体薄膜発光素子から発光される第２発光波長の光のみを反射し、
   前記第２半導体薄膜発光素子は、前記第１発光波長の光に対し透明な材料から構成されている
   ことを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記第１発光波長および前記第２発光波長の光に対し透明な材料から構成され、かつ、前記第２半導体薄膜発光素子の素子構造を平坦とし、さらに電気的に絶縁性を有する第２透明絶縁平坦化膜と、
   前記第２透明絶縁平坦化膜上に前記第１発光波長および前記第２発光波長の光に対し透明な材料から構成され、かつ、電気的に絶縁性を有する第２誘電体多層膜反射層を介して集積された第３半導体薄膜発光素子とを備え、
   前記第２誘電体多層膜反射層は、前記第１発光波長および前記第２発光波長の光を透過し、前記第３半導体薄膜発光素子から発光される第３発光波長の光のみを反射し、
   前記第３半導体薄膜発光素子は、前記第１発光波長および前記第２発光波長の光に対し透明な材料から構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記実装基板側から入射する光に対し透明な材料から構成され、かつ、前記実装基板側に隣接する隣接半導体薄膜発光素子の素子構造を平坦とし、さらに電気的に絶縁性を有する透明絶縁平坦化膜と、
   前記透明絶縁平坦化膜の前記実装基板に対して反対側表面に前記実装基板側から入射する光に対し透明な材料から構成され、かつ、電気的に絶縁性を有する誘電体多層膜反射層を介して前記隣接半導体薄膜発光素子上に集積された他の半導体薄膜発光素子とを備え、
   前記誘電体多層膜反射層は、前記実装基板側から入射する光を透過し、前記他の半導体薄膜発光素子から発光される発光波長の光のみを反射し、
   前記第他の半導体薄膜発光素子は、前記入射する光に対し透明な材料から構成されており、
   前記他の半導体薄膜発光素子が多層構造になって構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
4. 前記半導体薄膜発光素子は、半導体薄膜からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の半導体発光装置。
5. 前記第１半導体薄膜発光素子は、前記実装基板側の表面にコンタクト層が形成され、
   前記第１半導体薄膜発光素子の前記コンタクト層を前記反射メタル層の表面に集積する際、分子間力接合、共晶接合、あるいは、前記第１発光波長の光に対して透明な材料から成る接着剤を用いる
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
6. 前記第２半導体薄膜発光素子は、第１半導体多層膜反射層の前記実装基板側の表面にコンタクト層が形成され、
   前記コンタクト層と前記第１誘電体多層膜反射層とは、分子間力接合され、または、接合界面よりも下層に集積される半導体薄膜発光素子から発光される光に対して透明な材料から成る接着剤を用いて接合されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
7. 他の半導体薄膜発光素子は、前記他の半導体多層膜反射層の前記実装基板側の表面にコンタクト層が形成され、
   前記コンタクト層と前記誘電体多層膜反射層とは、分子間力接合され、または、接合界面よりも下層に集積される半導体薄膜発光素子から発光される光に対して透明な材料から成る接着剤を用いて接合されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
8. 前記第１誘電体多層膜反射層は、前記第２発光波長の光および前記他の半導体薄膜発光素子が集積されて形成された複数の半導体薄膜発光素子から発光される発光波長の光を反射し、かつ、前記第１発光波長の光を透過する
   ことを特徴とする請求項７に記載の半導体発光装置。
9. 請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の半導体発光装置がマトリクス状に前記実装基板上に配設されていることを特徴とする画像表示装置。

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