JPH0213988A

JPH0213988A - 多色ディスプレイとその製造方法

Info

Publication number: JPH0213988A
Application number: JP63162403A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Ono; 正義小野
Original assignee: INOBEESHIYON CENTER KK
Current assignee: INOBEESHIYON CENTER KK
Priority date: 1988-07-01
Filing date: 1988-07-01
Publication date: 1990-01-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、高輝度で厚さの薄い多色ディスプレイとその
製造方法に関するものである。

（従来技術）ディスプレイとして、ブラウン管が非常に多く用いられ
ているが、ブラウン管には厚み（奥行）が大きくなると
いう欠点があるので、フラットパネルディスプレイも徐
々にではあるが多く用いられるようになりつつある。そ
して、フラン）・パネルディスプレイのなかで現在量も
多く用いられているのが液晶ディスプレイである。液晶
ディスプレイは、時計、電卓には比較的多く用いられて
いたが、最近のカラー化技術の発達に伴い、カラーテレ
ビジョン受像機にも用いられるようになっている。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、液晶ディスプレイは、輝度を高くすることが
難しく、映像を表示するカラーテレビジョン受像機用と
して用いた場合、真昼でも充分に視認できる好ましい画
質が得られないのが実状である。その要因は、液晶ディ
スプレイは、自身が発光せず、光の透過する部分と透過
しない部分の明暗差によって映像をつくるものであるか
ら、輝度を高くすることに限界があるためである。

また、液晶ディスプレイは、視る角度によっては極＊ｉ
ｊに見えにくくなってしまうという謂わば致命的とも言
える欠点を有している。

そこで、本発明者は、液晶ディスプレイに代わる多色フ
ラットパネルディスプレイの開発の必要性を強く認識し
、自らが発光をするダイオードを半導体基板にモノリシ
ックに集積化した多色ディスプレイを案出し、本発明を
為すに至ったものである。

即ち、本発明は、高輝度で昼光下でも充分に視認できる
厚さの薄い多色ディスプレイを堤供することを目的とす
るものである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明に係る多色ディスプレイの第１のものは、一つの
半導体基板上に、異なる色を発光する複数の発光ダイオ
ードからなる画素を群成せしめたことを特徴とするもの
である。

本発明に係る多色ディスプレイの第２のものは、上記第
１のものにおいて、各画素を赤の発光ダイオードと青の
発光ダイオードと緑の発光ダイオードにより構成するよ
うにしたことを特徴とするものである。尚、青の発光ダ
イオードの形成は、従来においては不可能であったが、
特願昭６２−７１５６７号、特願昭６２−２３８６５５
号、特願昭６２−３３５８６６号等により提案された技
術によって可能になった。

本発明に係る多色ディスプレイの製造方法は、ｐｎ接合
のある半導体層を半導体基板上に形成し、それをエツチ
ングすることにより一つの色の発光ダイオードを形成す
る一連の発光ダイオード形成工程を三回繰返すことによ
り上述の第２のディスプレイを製造するものである。

（作　用）各画素を、互いに異なる色を自ら発光するダイオードで
構成したので、液晶ディスプレイよりも輝度を飛躍的に
高くすることができ、しかも厚さについては液晶ディス
プレイに劣らず薄くすることができる。

特に、各画素を、赤の発光ダイオード、青の発光ダイオ
ード、緑の発光ダイオードにより構成した多色ディスプ
レイによれば、あらゆる色を作り出すことができ、カラ
ーテレビジョン受像機のモニターとしても充分に実用に
供することガできる。

そして、多色ディスプレイの製造は、１つの半導体Ｍ板
上にｐｎ接合のある半導体層をエピタキシャル成長し、
それをエツチングするという半導体製造技術として確立
された技術の繰返しによりに産性に富んだ方法で行うの
で、高信頼度で、高品質のディスプレイが低価格で得ら
れる。

（実施例）以下、本発明を図示の実施例によって詳細に説明する。

第１図及び第２図は、本発明に係る多色ディスプレイの
一つの実施例を示すもので、このうち、第１図は、部分
平面図、第２図は、第１図のＨ−■線矢視方向断面図で
ある。

第１図及び第２図において、１はｐ型のＧ　ａ　Ａ　ｓ
基板、２ｒ　、　２ｇ　、　２ｂ　、　２ｒ　、　２ｇ
　、　２ｂ　、　−−・はＧａＡｓ基板１上に形成され
た発光ダイオードで、２ｒは赤の発光ダイオード、２ｇ
は緑の発光ダイオード、２ｂは青の発光ダイオードであ
る。

そして、赤、緑及び青の３つの発光ダイオード２ｒ　、
２ｇ及び２ｂによって１つの画素３が構成され、該画素
３が多数ＧａＡｓ基板１の表面の略全域に亘って配設さ
れている。

４ｐ　、４ｎは赤の発光ダイオード２ｒを構成する例え
ばＧ　ａ　Ａ　ｓ系の第１の半導体層で、ＧａＡｓ基板
１上にエピタキシャル成長により形成されており、４ｐ
は、該半導体層のｐ型の部分、４ｎはｎ型の部分である
。このｎ型半導体層４ｎとｎ型半導体層４ｎは、Ｇ　ａ
　Ａ　ｓ　Ｐ系あるいはＧａＡｓ系の半導体層をエピタ
キシャル成長時に添付するドーパントを途中でｐ型のも
のからｎ型のものに切換えることにより形成することが
できる。

５ｐ　、５ｎは緑の発光ダイオード２ｇを構成する例え
ばＧａＰ　系の第２の半導体層で、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板
１上に選択エピタキシャル成長により形成されている。

５ρは該半導体層の下層部分を成すｐ型半導体層、５ｎ
は同じく上層部分を成すｎ型半導体層で、この半導体層
５ｐと５０によりｐｎ接合が形成される。この半導体層
５ｐと５０も、半導体層のエピタキシャル成長処理時に
添加するトーパン１へを途中でｐ型のものからｎ型のも
のに切換えることにより形成することができることはい
うまでもない。

６ρ、６ｎは青の発光ダイオード２ｂを構成する例えば
ＺｎＳＳｅ系の第３の半導体層で、ＧａＡｓ基板１上に
選択エピタキシャル成長により形成されている。６ｐは
ｐ型の半導体層、６ｎはｎ型の半導体層で、この半導体
層６ｐと６０によりｐｎ接合が形成される。ところで、
ＺｎＳＳｅ系半導体等の■−■族化合物半導体は、従来
の技術ではｎ型のものを形成することはできたが、ｐ型
のものは形成することができなかった。

しかし、特願昭６２−７１５６７号、特願昭６２−２３
８６５５号等により提案された技術、即ち、Ｉ［−ＶＩ
族半導体結晶層の母体構成元素である■ｂ族元素に対す
る■ｂ族元素の気相比が１〜１００の設定条件の下で１
例えば、リチウム（Ｌｌ）、ナトリウム（Ｎａ　）　、
カリウム（Ｋ）等のＩａ族元素及びこれらの化合物を不
純物として導入することにより低抵抗のｐ型伝導性を有
する■−■族半導体結晶層を気相成長させる技術により
、ｐ型のＺｎＳＳｅ系等の半導体層を形成することが可
能になった。従って、その技術を駆使することにより、
ｐ型のＺｎＳＳｅ系半導体層６ｐを形成すれば良い。ま
たｎ型のＺｎＳＳｅ半導体層６ｎは既知の方法で形成す
れば良い。

７は各ダイオード２・２間を絶縁する例えば５ｉｎ２か
らなる絶縁膜である。該絶縁膜７の各ダイオード２ｒ　
、２ｇ　ｒ　２ｂ　＊・・・・・・のｎ型の半導体層４
ｎ　、５ｎ　、６ｎの表面と対応する部分にはそれぞれ
コンタクトホールが形成され、透明の各配線膜がコンタ
クトホールを通じて各ダイオード２ｒ　、　２ｇ　、　
２ｂ　、・・・・・・に接続されている。

このようなディスプレイは、各画素が赤を発光する発光
ダイオード２ｒと、緑を発光する発光ダイオード２ｇと
、青を発光する発光ダイオード２ｂからなるので、その
３つの発光ダイオード２ｒ　、２ｇ　、２ｂによってど
のような色でも発光せしめることができる。従って、カ
ラーディスプレイとしてカラーテレビジョン受像機に使
用することができる。そして、画素自身が発光するので
輝度を高くすることかできる。また、どの角度から視て
も見易さがほとんど変らず、視認性が良好である。従っ
て、高品位の映像を現出せしめることができる。

第３図（Ａ）〜（Ｋ　）は、第１図及び第２図に示した
ディスプレイの製造方法を工程順にそれぞれ示す断面図
である。

（Ａ）　　第４図（Ａ）に示すように、ｐ型ＧａＡｓ基
板１上に赤の発光ダイオードを形成するためのＧ　ａ　
Ａ　ｓ　Ｐ系の第１のｐ型及びｎ型の半導体層４ｐ及び
４ｎをエピタキシャル成長させる。

（Ｂ）　　次に、同図（Ｂ）に示すように、第１のｐ型
及びｎ型の半導体層４ｐ及び４ｎを選択的にエツチング
する。この選択的エツチングは、上述した赤の発光ダイ
オード２ｒ　、　２ｒ　、・・・・・・を形成すべき位
置にのみ半導体層４ｐ　、４ｎが残存するように行う。

（Ｃ）　　次に、同図（Ｃ）に示すように、基板１の表
面にＭＯＣＶＤ法により例えば５ｉｎ２からなる絶縁膜
７を形成する。

（Ｄ）次に、同図（Ｄ）に示すように、上記絶縁ｆｌｕ
　７のＧａＡｓ基板１を直接覆っている部分を異方性エ
ツチングにより選択的に除去してＧ　ａ　Ａ　ｓ基板１
の表面部を露出させる。

（Ｅ）　　次に、同図（Ｅ）に示すように、ＧａＡｓ基
板１上に第２図示の緑の発光ダイオード２ｇ＋２ｇ　、
・・・・・・を形成するためのＧａＰ　系の第２の半導
体層５ｐ　、５ｎを選択エピタキシャル成長させる。尚
、この場合、該半導体層４ｎ　、　４ｎ　、・・・・・
・上の絶縁膜７の表面にもアモルファスのＧａＰ　層が
堆積する。

（Ｆ）　　次に、同図（Ｆ）に示すように、第２の半導
体層５ｐ　、５ｎを選択的にエツチングする。

この選択的エツチングは、緑の発光ダイオード２ｇ　、
２ｇ　＋・・・・・を形成すべき位置にのみ半導体層５
ρ、５ｎが残存するように行う。尚、上記絶縁膜７，７
．・・・・・上のアモルファスのＧａＰ　層は、リフト
オフによりその絶縁膜７，７．・・・・・・と共に除去
される。

（Ｇ）　　次に、同図（Ｇ）に示すように、ＧａＡｓ□
基板１の表面にＳｉＯ２からなる絶縁膜７をＣＶＤ法に
より形成する。

（Ｈ）　　次に、同図（Ｈ）に示すように、上記絶ａ瞑
７のＧａＡｓ基板１を直接覆っている部分を異方性エツ
チングにより選択的に除去してＧ　ａ　Ａ　ｓ基板１の
表面を露出させる。

（丁）　次に、同図（１）に示すように、Ｇ　ａ　Ａ　
ｓ基板１上に第２図示の青の発光ダイオード２ｂ　。

２ｂ　、・・・・・・を形成するためのＺｎＳＳｅ系の
第３の半導体層６ｐ　、６ｎを選択的にエピタキシャル
成長させる。尚、この場合、第１の半導体層４ｎ　。

４ｎ　、・・・・・・上及び第２の半導体層５ｎ　、　
５ｎ　、・・・・・・上の絶縁膜７の表面にもアモルフ
ァスのＺｎＳＳｅ層が堆積する。

（Ｊ）　　次に、同図（Ｊ）に示すように上記絶縁ＩＪ
　７上のＺｎＳＳｅ層をリフトオフによりその絶縁膜７
，７．・・・・・・と共に除去する。

（Ｋ）　　次に、同図（Ｋ）に示すように、第１、第２
及び第３の半導体層４ｎ　、　４ｎ　、・・・・・・、
５ｎ。

５０、・・・・・・及び６ｎ　、　６ｎ　、・・・・・
・の表面にＳｉＯ２からなる絶縁膜７をＣＶＤ法により
形成する。

その後、絶縁膜７に電極取り出し用のコンタクトホール
を形成し、更に透明配線膜を形成するとディスプレイが
完成する。

このように、半導体製造技術を駆使して量産性に富んだ
方法で高信頼度のカラーディスプレイを供給することが
できる。

特に、各発光ダイオードは、ｐｎ接合を有する半導体層
を供給ガスを適宜切換えながらエピタキシャル成長する
ことにより比較的低工数で形成することができ、低価格
のディスプレイを提供することができる。

尚、上記ディスプレイは、本発明のあくまで一つの実施
例にすぎず１本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々
の態様で実施することができる。

例えば、青の発光ダイオードをＺｎ５ｘＳｅ、ｘ（ただ
し０≦Ｘ≦１）半導体層で形成した場合において、接合
部分とＧａＡｓ基板との間にバッファ層を設けるという
ようなバリエーションが考えられる。上記バッファ層を
設けることによる利点は、次の通りである。即ち、発光
色が良好な青が得られるようにするには、混晶比Ｘをそ
れにふされしい値にしなければならないが、そのように
すると格子定数がＧ　ａ　Ａ　ｓ基板１の格子定数と無
視できない程ずれてしまうという問題がある。

これは半導体の結晶性を悪くする要因になる。

この結晶性を悪くしないようにするには、その格子定数
の中間の値の格子定数を有する半導体層をバッファ層と
して介在させればよいのである。

また、上記実施例においては、各画素を構成する３つの
発光ダイオード２ｒ　、２ｇ、２ｂの発光面積は互いに
等しくされていた。しかし、赤、青、緑の発光ダイオー
ド２ｒ　、２ｂ　、２ｇの発光効率は互いに異なり、ま
た、人間の赤、青、緑に対する視感度も異なるので、発
光ダイオード２ｒ　。

２ｂ　、２ｇの発光効率と、視感度を考慮して発光ダイ
オ−１＜２ｒ　、２ｂ　、２ｇの面積比を設定した方が
輝度が均一化した良好なカラー映像を表示（現出）させ
ることができる。

つまり、発光ダイオードの面積を発光効率と視感度に反
比例させることによりより良好なカラー映像が得られる
のである。

第４図は、そのようにした変形例を示す平面図であり、
本ディスプレイにおいては、１つの画素を構成する青の
発光ダイオード２ｂの数を２個にし、その面積の和が他
の発光ダイオード２ｇと２ｒのどれの面積よりも広くな
るようにされている。このようにした理由は、青の発光
ダイオードの発光効率が非常に低く、また青の視感度も
低いのに対して、赤の発光ダイオードの方は発光効率が
高く、また緑の発光ダイオードの方は発光効率こそ高い
とはいえないが、緑に対して視感度が高いからである。

尚、本発明は、三原色のカラーディスプレイに適用する
ことができるだけでなく、例えば計器用パネルなどに使
用する二色ディスプレイ等にも適用できる。

（発明の効果）以りに述へたように、本発明によれば、昼光下でも充分
に視ることができる高輝度の視認性の良い多色ディスプ
レイをモノリシック半導体装置の形態で提供でき、薄型
で高信頼度で高品質の多色ディスプレイを低価格で大量
に供給することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明に係る多色ディスプレイの
一つの実施例を示すもので、このうち、第１図はその平
面図、第２図は第１図の■−■線矢視方向断面図、第３
図（Ａ）〜（Ｋ）は、いずれも第１図及び第２図に示し
た本発明に係る多色ディスプレイの製造方法の一例を工
程順にそれぞれ示す断面図、第４図は、本発明に係る多
色ディスプレイの変形例を示す平面図である。１・・・・・半導体基板、２ｒ・・・・・赤の発光ダイオード。２ｇ・・・・・・緑の発光ダイオード、２ｂ　・・・青
の発光ダイオード。３・・・・画素、４ρ、４ｎ・・・　赤の発光ダイオードを構成する半導
体層、５ρ、５ｎ・・・・・緑の発光ダイオードを構成する半
導体層、６ｐ　、６ｎ・・・・・・青の発光ダイオードを構成す
る半導体層、７・・・・絶縁層。一夙−７≧ 第　　１　　　図一；ｊ第　　２　　図第　　３　　図（Ａ）（Ｂ）第３図（Ｃ）ＣＤ）第　　３　　図（Ｅ）（Ｆ）第　　３　　図（Ｇ）（Ｈ）第　　３　　図（」）第　　３　　図第　　４　　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）互いに異なる場所を占有する複数の半導体層に発
光色の異なる発光ダイオードを形成した画素を半導体基
板上に群成せしめてなることを特徴とする多色ディスプ
レイ。
（２）各画素が赤を発光する発光ダイオードと、青を発
光する発光ダイオードと、緑を発光する発光ダイオード
によって構成されたことを特徴とする請求項１記載の多
色ディスプレイ。
（３）半導体基板表面にｐｎ接合を有する第１の半導体
層を全面的に形成し、該半導体層を選択的にエッチング
し、該半導体層の残存する各部分の表面に絶縁膜を形成
することにより各画素を構成する第１の色を発光する各
発光ダイオードを形成し、次に、上記半導体基板上にｐｎ接合を有した第２の半導
体層を全面的に形成し、該半導体層を選択的にエッチン
グすることにより上記第１の半導体層と別の所に残存さ
せ、該第１の半導体層の残存する各部分の表面に絶縁膜
を形成すること、により各画素を構成する第２の色を発
光する各発光ダイオードを形成し、次に、上記半導体基板上にｐｎ接合を有した第３の半導
体層を全面的に形成し、該半導体層を選択的にエッチン
グすることにより上記第１及び第２の半導体層が占有し
ていないところに残存するようにすることにより各画素
を構成する第３の色を発光する発光ダイオードを形成す
ることを特徴とする多色ディスプレイの製造方法。