JPH11186593A

JPH11186593A - 半導体発光装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11186593A
Application number: JP35656497A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Iwata; 普岩田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 1999-07-09
Anticipated expiration: 2017-12-25
Also published as: JP3228208B2

Abstract

(57)【要約】【課題】発光表示装置の発光効率、発光輝度を高くす
るとともに、作成を容易にして歩留まりを高くする。【解決手段】基板１１上に、クラッド層１２と活性層
１３からなる、厚さが１００μｍ以下、大きさが１ｍｍ
以下である半導体薄片１４を膜状に積層し、発光膜１５
を形成した。クラッド層１２の禁制帯幅は活性層１３の
禁制帯幅より大きい。活性層１３の禁制帯幅よりもエネ
ルギーの大きい波長の光や、真空中で電子線を当てる
と、活性層１３で電子と正孔ができ、再結合して発光す
る。クラッド層１２の禁制帯幅が活性層１３の禁制帯幅
より大きいため、電子と正孔は活性層１３に閉じ込めら
れ、発光効率が高く、劣化しにくい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光装置と
その製造方法に関わり、特に、大画面の画像の表示等に
好適な半導体発光装置とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体発光装置では、発光効率を
高くするために、微粒子を活性層とする構造が用いられ
ていた。例えば、特開平４−１１２５８４号公報には、
半導体微粒子をｎ型半導体とｐ型半導体で挟んだ構造が
示されている。また、特開平７−５８３５８号公報およ
び特開平７−５８３６１号公報に示されるように、微粒
子からなる量子箱を電極と絶縁膜で挟んで発光させてい
た。また、コストを下げるために、特開昭６１−１１０
４７０号公報に示されるように、選択エッチングにより
基板を分離する方法が用いられていた。

【０００３】しかし、上述した従来の技術では、微粒子
を活性層に用いているため、ほんのわずかの大きさの違
いで波長がずれてしまい、広い領域に渡って均一な発光
特性が得られないという問題点を有していた。また、微
粒子が球状であるため、微粒子表面への保護膜の形成が
難しく、キャリアを閉じ込めるのに必要な品質の高いヘ
テロ界面が得づらいという問題点を有していた。また、
選択エッチングにより基板を分離する方法は、広い面積
に渡ってクラックが入らないよう支持しなければなら
ず、大面積の発光装置に適用できないという問題点を有
していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した従来技術の欠点を改良し、特に、キャリアの閉じ込
めを効果的に行い、発光効率が高く、再現性に優れ、耐
久性が高く、大面積化が可能な新規な半導体発光装置及
びその製造方法を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。即ち、本発明に係わる半
導体発光装置の第１態様は、層状のクラッド層とこのク
ラッド層に挟まれた活性層とからなる半導体薄片を膜状
に単層又は多層積層した発光膜を形成すると共に、前記
クラッド層の禁制帯幅が前記活性層の禁制帯幅以上であ
ることを特徴とするものであり、又、第２態様は、前記
活性層は超格子構造、量子井戸構造、量子細線構造、量
子箱構造のいづれかの構造であることを特徴とするもの
であり、又、第３態様は、前記活性層は第１の半導体層
と第２の半導体層とからなるタイプ２の超格子構造であ
ることを特徴とするものであり、又、第４態様は、前記
第１の半導体層と第２の半導体層との間に第３の半導体
層が設けられていることを特徴とするものであり、又、
第５態様は、前記活性層は発光波長の異なる複数の活性
層で構成したことを特徴とするものである。

【０００６】又、第６態様は、前記発光波長の異なる複
数の活性層の間にクラッド層が設けられたことを特徴と
するものであり、又、第７態様は、前記活性層の側面が
この活性層よりも禁制帯幅の大なる保護膜で覆われてい
ることを特徴とするものであり、又、第８態様は、前記
半導体薄片に、窒化、リン化、砒素化、酸化、セレン
化、テルル化のいずれかの処理を施し、前記活性層の側
面に保護膜を形成したことを特徴とするものであり、
又、第９態様は、前記クラッド層の一方がｎ型であり、
他方がｐ型であり、且つ、前記半導体薄片には、ｐ−ｎ
接合が形成されていることを特徴とするものである。

【０００７】又、第１０態様は、前記クラッド層の材料
が活性層を挟んで異なっていることを特徴とするもので
あり、又、第１１態様は、前記半導体薄片は、一方のク
ラッド層にｐ型領域が形成された第１の半導体薄片と、
前記半導体薄片の一方のクラッド層にｎ型領域が形成さ
れた第２の半導体薄片とを含み、且つ、前記第１の半導
体薄片と第２の半導体薄片とでｐ−ｎ接合が形成されて
いることを特徴とするものであり、又、第１２態様は、
前記半導体薄片がｐ型半導体層とｎ型半導体層とに挟ま
れていることを特徴とするものであり、又、第１３態様
は、前記半導体薄片のクラッド層が第１の伝導型であ
り、前記活性層が前記クラッド層と異なる第２の伝導型
であることを特徴とするものである。

【０００８】又、第１４態様は、前記半導体薄片に電子
線や光を照射して発光させることを特徴とするものであ
り、又、第１５態様は、前記活性層が超格子からなり、
前記活性層に電圧を印加し、前記半導体薄片に電子線や
光を照射して発光させることを特徴とするものであり、
又、第１６態様は、前記半導体薄片を第１の透明電極と
第２の透明電極との間に配設し、前記第１の透明電極と
第２の透明電極との間に印加する電圧を可変することで
発光時間を可変させることを特徴とするものであり、
又、第１７態様は、前記半導体薄片に絶縁層を介して電
圧を印加することにより発光させることを特徴とするも
のであり、又、第１８態様は、前記半導体薄片を電極間
に配設し、前記半導体薄片の活性層に電流を注入するこ
とで発光させることを特徴とするものである。

【０００９】又、第１９態様は、前記半導体薄片の活性
層又はクラッド層が、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｉｎ
Ａｓのいずれかに格子整合する２−６族化合物半導体混
晶からなるものであることを特徴とするものであり、
又、第２０態様は、前記半導体薄片の活性層又はクラッ
ド層が、ＧａＡｓに格子整合する３−５族化合物半導体
混晶からなるものであることを特徴とするものであり、
又、第２１態様は、前記半導体薄片の活性層又はクラッ
ド層が、ＡｌＧａＩｎＰ混晶又はＡｌＧａＩｎＮ混晶又
は２−６混晶等の結晶又はアモルファスであることを特
徴とするものであり、又、第２２態様は、前記半導体薄
片は厚みが３ｎｍ乃至１００μｍ、長さが３ｎｍ乃至１
ｍｍの大きさであることを特徴とするものである。

【００１０】又、本発明に係る半導体発光装置の製造方
法の第１態様は、結晶成長用の基板上に第１の半導体材
料からなる半導体分離層と、この半導体分離層上に前記
第１の半導体材料と異なる半導体材料からなる第１のク
ラッド層と活性層と第２のクラッド層からなる半導体薄
片層とを交互に結晶成長させる第１の工程と、選択エッ
チングにより前記半導体分離層を除去する第２の工程
と、前記半導体薄片層を半導体薄片にする第３の工程
と、発光体を形成するための基板上に前記半導体薄片を
膜状に形成し固着する第４の工程とからなるものであ
り、又、第２態様は、前記第４の工程に続いて、前記半
導体薄片に不純物を拡散してｐ−ｎ接合を形成する第５
の工程を含むことを特徴とするものであり、又、第３態
様は、前記結晶成長用の基板表面が部分的に非半導体膜
で覆われ、前記基板の露出した部分に前記半導体分離
層、前記半導体薄片層を交互に結晶成長させることを特
徴とするものであり、又、第４態様は、前記半導体薄片
は、一方のクラッド層にｐ型領域が形成された第１の半
導体薄片と、前記半導体薄片の一方のクラッド層にｎ型
領域が形成された第２の半導体薄片とを含むことを特徴
とするものであり、又、第５態様は、前記半導体薄片が
ｐ型半導体層とｎ型半導体層とに挟まれていることを特
徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係わる半導体発光装置
は、層状のクラッド層とこのクラッド層に挟まれた活性
層とからなる半導体薄片を膜状に単層又は多層積層した
発光膜を形成すると共に、前記クラッド層の禁制帯幅が
前記活性層の禁制帯幅以上であることを特徴とするもの
であり、又、前記活性層は超格子構造、量子井戸構造、
量子細線構造、量子箱構造のいづれかの構造であること
を特徴とするものであり、又、前記活性層の側面がこの
活性層よりも禁制帯幅の大なる保護膜で覆われているこ
とを特徴とするものであるから、キャリアの閉じ込めを
効果的に行い、発光効率が高く、再現性に優れ、耐久性
が高い。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明に係わる半導体発光装置とそ
の製造方法の具体例を図面を参照しながら詳細に説明す
る。（具体例１）図１、２は、本発明に係わる半導体発光装
置の具体例の構造を示す図であって、図１は、第１の具
体例の半導体発光装置の概略図、図２は半導体薄片の断
面図である。

【００１３】図１、２には、層状のクラッド層１２とこ
のクラッド層１２に挟まれた活性層１３とからなる半導
体薄片１４を膜状に単層又は多層積層した発光膜１５を
形成すると共に、前記クラッド層の禁制帯幅が前記活性
層の禁制帯幅以上である半導体発光装置が示されてい
る。この具体例を更に詳細に説明すると、ガラスからな
る基板１１上に、層状のクラッド層１２とこれに挟まれ
た活性層１３からなる、例えば、厚さが１００μｍ以
下、大きさが１ｍｍ活性層である半導体薄片１４を膜状
に積層し、発光膜１５を形成した。クラッド層１２の禁
制帯幅は活性層１３の禁制帯幅より大きい。クラッド層
１２および活性層１３は真空蒸着法、化学気相成長（Ｃ
ＶＤ）法、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法や分子線
結晶成長（ＭＢＥ）法などにより結晶成長できる。これ
を薄片化して基板に塗布することにより発光膜１５を形
成できる。クラッド層１２および活性層１３は、ＡｌＧ
ａＩｎＰ混晶やＡｌＧａＩｎＮ混晶や２−６混晶などの
結晶やアモルファスを用いて形成できる。

【００１４】活性層１３の禁制帯幅よりもエネルギーの
大きい波長の光や、真空中で電子線を当てると、活性層
１３で電子と正孔ができ、再結合して発光する。クラッ
ド層１２の禁制帯幅が活性層１３の禁制帯幅より大きい
ため、電子と正孔は活性層１３に閉じ込められ、発光効
率が高い。クラッド層１２と活性層１３が層状であるた
め、クラッド層１２と活性層１３のヘテロ界面は、結晶
性の良いものを容易に作成できる。発光波長は活性層１
３の禁制帯幅で決まるため、活性層１３の材料を選定す
ることにより、赤、青、緑などの所望の波長を得ること
ができる。また、活性層１３の大部分がクラッド層１２
によって覆われているため、雰囲気ガスとの反応が起こ
りにくく、劣化しにくい。発光膜１５は、厚さが１００
μｍ以下、大きさが１ｍｍ以下という形状の小さい半導
体薄片１４を積層しているため、面積の広い基板１１上
に容易に均一に作成できる。

【００１５】この半導体発光装置は、発光強度の非常に
高い蛍光体として機能するため、電子線や光に対する蛍
光板や、蛍光ランプ、蛍光表示管、ブラウン管ディスプ
レイ（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤ
Ｐ）、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（ＥＬ
Ｄ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）を始めとする蛍光を用
いた発光素子、表示装置に広く用いることができる。

【００１６】半導体薄片１４中の活性層１３は単層とは
限らず、図２に示すように複数層であってもよい。活性
層１３を電子および正孔の拡散長に比べ薄い層に分ける
ことにより、電子および正孔の密度が高くなり、発光効
率が高くなる。また、活性層１３全体の層厚が増加する
ため電子線や光に対する吸収係数が増加し、発光強度が
強くなる。

【００１７】この具体例では、発光膜が半導体薄片のみ
から構成されていたが、これに限らず、半導体薄片間の
すき間を埋めるための半導体粉末や、固定するための有
機物などを混ぜても良い。この具体例では、半導体薄片
が平板状の形状であったがこれに限らず、円盤状や楕円
体状の形状であってもよい。

【００１８】（具体例２）図３（ａ）は本発明の第２の
具体例を示す半導体薄片の概略図、図３（ｂ）はバンド
ラインナップ図である。半導体薄片１４は、層状のクラ
ッド層３１と活性層３２とからなり、活性層３２は量子
井戸層３２ａと量子障壁層３２ｂを交互に重ねた多重量
子井戸構造からなる。クラッド層３１の禁制帯幅は量子
井戸層３２ａの禁制帯幅より大きい。量子井戸層３２ａ
の厚さはキャリアのドブロイ波長程度（１０ｎｍ程度）
と非常に薄い。クラッド層３１および量子井戸層３２ａ
と量子障壁層３２ｂはＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法などによ
り結晶成長できる。これを薄片化して半導体薄片１４を
形成できる。

【００１９】量子井戸層３２ａの禁制帯幅よりもエネル
ギーの大きい波長の光や、真空中で電子線を当てると、
量子井戸層３２ａで電子と正孔ができ、再結合して発光
する。バンドラインナップは、図３（ｂ）のようになっ
ており、量子井戸層３２ａで価電子帯端３３が高く伝導
帯端３４が低い。量子効果により、量子井戸層３２ａで
の電子と正孔の状態密度は２次元となるため、再結合確
率が大きくなり、高い発光効率が得られる。クラッド層
３１は、活性層３２内に電子と正孔を閉じ込めるととも
に、活性層３２を保護する効果がある。クラッド層３
１、量子井戸層３２ａ、量子障壁層３２ｂが層状である
ため、各ヘテロ界面は、結晶性の良いものを容易に作成
できる。発光波長は活性層３２の量子構造を選定するこ
とにより、赤、青、緑などの所望の波長を得ることがで
きる。この半導体薄片１４を膜状に積層して発光膜を作
成することにより、蛍光膜としてＣＲＴやＰＤＰなどに
広く用いることができる。

【００２０】この具体例では、活性層に多重量子井戸構
造を用いたが、これに限らず、単一量子井戸構造や、超
格子構造、量子細線構造、量子井戸箱構造を用いても良
い。（具体例３）図４（ａ）は本発明の第３の具体例を示す
半導体薄片の概略図、図４（ｂ）はバンドラインナップ
図である。半導体薄片１４は、クラッド層４１、第１半
導体層４２ａと第２半導体層４２ｂを交互に重ねた超格
子からなる活性層４２からなる。第１半導体層４２ａと
第２半導体層４２ｂはいずれもキャリアのドブロイ波長
程度（１０ｎｍ程度）の厚さであり、非常に薄い。クラ
ッド層４１および第１半導体層４２ａと第２半導体層４
２ｂはＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法などにより結晶成長でき
る。これを薄片化して半導体薄片１４を形成できる。

【００２１】バンドラインナップは図４（ｂ）に示すよ
うになっており、価電子帯端３３と伝導帯端３４のいず
れもが第１半導体層４２ａで低く第２半導体層４２ｂで
高い、いわゆるタイプ２の超格子を形成している。電子
線や光の照射によって発生した電子と正孔は活性層４２
に閉じ込められるが、電子は第１半導体層４２ａに溜
り、正孔は第２半導体層４２ｂに溜る。電子と正孔が空
間的に分離されているため、発光再結合はゆっくり進
み、発光時間（残光）が長くなる。残光の長さは、超格
子の構造を変えて、電子と正孔の波動関数の重なる度合
いを変えることにより制御できる。

【００２２】図５（ａ）は、残光の長さを制御するのに
適した超格子を用いた半導体薄片の概略図、図５
（ｂ）、図５（ｃ）はバンドラインナップ図である。第
１半導体層４２ａと第２半導体層４２ｂとの間に第３半
導体層５１が挿入されている。図５（ｂ）に示すよう
に、第３半導体層５１の価電子帯端３３が低く伝導帯端
３４が高い場合には、電子と正孔が空間的に離れ、波動
関数の重なりが小さくなり、残光は長くなる。また、図
５（ｃ）に示すように、第３半導体層５１の価電子帯端
３３が高く伝導帯端３４が低い場合には、電子と正孔が
空間的に近づき、波導関数の重なりが大きくなって、残
光が短くなる。

【００２３】このようにタイプ２超格子を用いて残光を
長くした半導体薄片１４を膜状に積層して発光膜を形成
してＣＲＴやＰＤＰなどに用いることにより、目に疲労
を与えない表示装置が得られる。また、残光を非常に長
くしたものは夜間標識や夜光時計などに用いることがで
きる。この実施形態では、活性層に材料の異なる半導体
を積層したタイプ２の超格子を用いたが、これに限ら
ず、ｐ層とｎ層を積層したｎｉｐｉ超格子を用いても良
い。ｎｉｐｉ超格子では、電子がｎ型半導体層に蓄積さ
れ、正孔がｐ型半導体層に蓄積されるため、電子と正孔
が空間的に分離され、同様の効果が得られる。

【００２４】（具体例４）図６（ａ）、図６（ｂ）は本
発明の第４の具体例を示す半導体薄片の概略図である。
半導体薄片１４は、層状のクラッド層６１と、赤色で発
光する第１活性層６２ａ、緑色で発光する第２活性層６
２ｂ、青色で発光する第３活性層６２ｃから構成される
活性層６２とからなる。第１活性層６２ａ、第２活性層
６２ｂ、第３活性層６２ｃの発光波長を制御するために
は、禁制帯幅の異なる材料を用いるか、添加する不純物
を変えればよい。図６（ａ）の構造では、第１活性層６
２ａと第２活性層６２ｂと第３活性層６２ｃが隣接して
いる。第１活性層６２ａの禁制帯幅が一番狭いため、第
１活性層６２ａでの発光が起こりやすい。第１活性層６
２ａ、第２活性層６２ｂ、第３活性層６２ｃの層厚を制
御することにより、白色などの任意の発光が得られる。
また、図６（ｂ）の構造では、第１活性層６２ａ、第２
活性層６２ｂ、第３活性層６２ｃがクラッド層６１によ
って分離されている。この構造では、活性層６２間の干
渉が少なく、各層からの発光強度の調整が容易であり、
白色を始めとする任意の発光が容易に得られる。

【００２５】この半導体薄片１４を膜状に積層して発光
膜を作成することにより、蛍光膜としてＣＲＴ、ＰＤ
Ｐ、ＥＬＤ、蛍光表示管などに広く用いることができ
る。この具体例では、バルク特性の活性層を用いたが、
これに限らず、量子井戸構造や、超格子構造、量子細線
構造、量子井戸箱構造などの量子効果を用いた構造でも
よい。また、タイプ２超格子を用いてもよい。

【００２６】（具体例５）図７は本発明の第５の具体例
を示す半導体薄片の断面図である。半導体薄片１４は、
層状のクラッド層７１、活性層７２を有し、活性層７２
の側面が保護膜７３で覆われている。保護膜７３は、半
導体薄片１４に保護膜材料を吹き付けたり、クラッド層
７１を成長する時に同時に結晶成長させることなどによ
り形成できる。

【００２７】半導体薄片１４を積層して発光膜を形成し
た場合、活性層７２の側面が禁制帯幅の大きい保護膜７
３で覆われているため、発光効率が高く、素子寿命が長
くなる。その結果、輝度の高いＣＲＴや、寿命の長いＰ
ＤＰが得られる。この具体例では、バルク特性の活性層
を用いたが、これに限らず、量子井戸構造や、超格子構
造、量子細線構造、量子井戸箱構造などの量子効果を用
いた構造でもよい。また、タイプ２超格子を用いてもよ
い。

【００２８】（具体例６）図８は本発明の第６の具体例
を示す半導体薄片の断面図である。半導体薄片１４は、
層状のクラッド層８１、活性層８２からなり、３−５族
化合物半導体から構成される。半導体薄片１４の表面を
窒化させ、クラッド層８１表面に窒化層８３、活性層８
２側面に保護膜８４を有する。窒化層８３と保護膜８４
は、半導体薄片１４を窒素雰囲気中で加熱することによ
り形成できる。

【００２９】活性層８２の側面がむき出しの場合、表面
再結合により電子と正孔が非発光再結合してしまう場合
がある。特に３−５族化合物半導体では、結晶表面の酸
化物が非発光再結合センターとなることが知られてい
る。これを回避する方法としては、表面を禁制帯幅の大
きな材料で覆ったり、非発光再結合センターとならない
材料で保護すれば良い。３−５族化合物半導体から構成
される活性層８２を窒化すると、保護膜８４の禁制帯幅
が大きくなるとともに、表面の酸素が減少するため、表
面再結合が減少し、発光効率が高くなり、寿命も長くな
る。この半導体薄片１４を膜状に積層して発光膜を作成
することにより、発光効率の高いＣＲＴやＥＬＤ、ＰＤ
Ｐなどが得られる。

【００３０】この具体例では、活性層に３−５族化合物
半導体を用い、保護膜に窒化物を用いたが、これに限ら
ず、３−５族化合物半導体表面にリン化物やヒ素化物を
形成してもよい。また、２−６族化合物半導体表面に酸
化物、硫化物、セレン化物、テルル化物を形成しても良
い。窒素、リン、ヒ素、酸素、硫黄、セレン、テルルの
各元素は蒸気圧が高いため、これらの雰囲気中に半導体
薄片を置くだけで、容易に活性層側面にこれらの化合物
を形成できる。

【００３１】（具体例７）図９は本発明の第７の具体例
を示す半導体発光装置の概略図である。ガラスからなる
基板９０上に、透明電極９１、発光膜９５、絶縁体膜９
６、金属電極９７が積層されている。発光膜９５は、厚
さが１００μｍ以下、大きさが１ｍｍ以下である半導体
薄片９４を膜状に積層したものである。半導体薄片９４
は、層状のｐ型クラッド層９２ａとｎ型クラッド層９２
ｂと、これに挟まれた活性層９３とからなる。半導体薄
片９４の積層方向を一定にしない場合には、半導体薄片
９４の約５０％がｐ型クラッド層９２ａが上側となり、
残りの５０％がｎ型クラッド層９２ｂが上側となる。ｐ
型クラッド層９２ａとｎ型クラッド層９２ｂおよび活性
層９３はＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法により結晶成長でき
る。

【００３２】透明電極９１と金属電極９７に直流または
交流の電圧を印加することにより活性層９３で発光す
る。ｐ型クラッド層９２ａとｎ型クラッド層９２ｂを有
しているため、印加した電界に対し順方向のｐ−ｎ接合
となる半導体薄片９４で、ｐ型クラッド層９２ａからｎ
型クラッド層９２ｂに向かって電流が流れ、輝度の高い
発光が得られる。ｐ型クラッド層９２ａとｎ型クラッド
層９２ｂが伝導性を有するため、低い印加電圧で発光す
る。光は透明電極９１と基板９０を透過して外部に取り
出される。透明電極９１と金属電極９７を交差するスト
ライプ状にすることにより平面型のディスプレイが得ら
れる。絶縁体膜９６および金属電極９７により光を反射
させることにより、発光強度を強くすることもできる。

【００３３】この具体例では、絶縁体膜を用いたが、絶
縁体膜を用いなくても良い。また、半導体薄片の積層方
向を制御しなかったが、全ての半導体薄片の積層方向を
揃え、ｐ−ｎ接合の方向を同じにしても良い。又、この
具体例では、単層の活性層を用いたが、これに限らず、
超格子構造、量子井戸、量子細線、量子箱などの構造を
用いても良い。

【００３４】又、この具体例では、半導体薄片端面に何
も処置を施さなかったが、窒化、リン化、ヒ素化、酸
化、硫化、セレン化、テルル化のいずれかの処理を施し
て保護膜を形成してもよい。また、発光膜が半導体薄片
のみから構成されていたが、これに限らず、半導体薄片
間のすき間を埋めるための半導体粉末や、固定するため
の有機物などを混ぜても良い。

【００３５】（具体例８）図１０（ａ）は本発明の第８
の具体例を示す半導体薄片の概略図、図１０（ｂ）はバ
ンドラインナップ図である。半導体薄片１４は、層状の
ｎ型クラッド層１０１ａ、活性層１０２、ｐ型クラッド
層１０１ｂからなり、ｎ型クラッド層１０１ａおよびｐ
型クラッド層１０１ｂの禁制帯幅は活性層１０２よりも
大きい。ｎ型クラッド層１０１ａは、ｎ型ドーピングが
容易な半導体材料からなり、ｐ型クラッド層１０１ｂは
ｐ型ドーピングが容易な半導体材料からなる。一般に禁
制帯幅の大きな半導体材料では、ｎ型かｐ型のいずれか
一方の伝導性が得やすい。例えば、ＺｎＳｅではｎ型が
容易であり、ＺｎＴｅではｐ型が容易である。このよう
な特性は、価電子帯端３３および伝導帯端３４の位置に
起因していると考えられている。図１０（ｂ）に示すよ
うに、ｎ型クラッド層１０１ａに伝導帯端３４が低い半
導体を用い、ｐ型クラッド層１０１ｂに価電子帯端３３
が高い半導体を用いることにより、ｎ型およびｐ型のい
ずれのドーピングも容易に実施でき、抵抗の低いｐ−ｎ
接合が得られる。この半導体薄片１４を膜状に積層して
発光膜を作成し、電流を注入することにより、発光効率
の高いＥＬＤなどが得られる。

【００３６】この具体例では、単層の活性層を用いた
が、これに限らず、超格子構造、量子井戸、量子細線、
量子箱などの構造を用いても良い。（具体例９）図１１は、本発明の第７の具体例を示す半
導体発光装置の概略図である。図１１には、半導体薄片
１１４の一方のクラッド層にｐ型領域１１２ａが形成さ
れた第１の半導体薄片と、半導体薄片１１４の一方のク
ラッド層にｎ型領域１１２ｂが形成された第２の半導体
薄片とを含む半導体発光装置が示されている。

【００３７】この具体例を更に詳細に説明すると、ガラ
スからなる基板１１０上に、透明電極１１１、発光膜１
１５、金属電極１１６が積層されている。発光膜１１５
は、半導体薄片１１４を膜状に積層したものであり、透
明電極１１１に接する領域がｐ型層１１５ａ、金属電極
１１６に接する領域がｎ型層１１５ｂとなっており、ｐ
−ｎ接合を有している。半導体薄片１１４は、層状のク
ラッド層１１２と活性層１１３とからなる。透明電極１
１１に接する領域のクラッド層１１２はｐ型にドーピン
グされており、ｐ型領域１１２ａとなっている。金属電
極１１６に接する領域のクラッド層１１２はｎ型にドー
ピングされており、ｎ型領域１１２ｂとなっている。個
々のｐ型領域１１２ａを合わせたものがｐ型層１１５ａ
となり、個々のｎ型領域１１２ｂを合わせたものがｎ型
層１１５ｂとなっている。

【００３８】ｐ型層１１５ａは、透明電極１１１上にｐ
型不純物を層状に形成したのち、半導体薄片１１４を積
層し、半導体薄片１１４のクラッド層１１２にｐ型不純
物を拡散させる、などの方法により形成できる。また、
ｎ型層１１５ｂは、半導体薄片１１４を層状に積層した
のち、ｎ型不純物を拡散させる、などの方法で形成でき
る。

【００３９】透明電極１１１に正、金属電極１１６に負
の電圧を印加することにより活性層１１３で発光する。
光は透明電極１１１と基板１１０を透過して外部に取り
出される。ｐ型層１１５ａとｎ型層１１５ｂとからなる
ｐ−ｎ接合を有しており、活性層１１３にはｐ型層１１
５ａから正孔が注入されｎ型層１１５ｂから電子が注入
される。ｐ−ｎ接合の立ち上がり電圧は数Ｖであるた
め、低い電圧で発光が得られる。また、ｐ−ｎ接合が正
孔と電子を活性層１１３に閉じ込める効果があるため、
発光効率も高い。透明電極１１１と金属電極１１６を交
差するストライプ状にすることにより、ＬＥＤ的な動作
電圧の低い平面型のディスプレイが得られる。また、活
性層１１３の発光波長を赤、緑、青の３色とすることに
より、カラーのでディスプレイが得られる。

【００４０】この具体例では、単層の活性層を用いた
が、これに限らず、超格子、量子井戸、量子細線、量子
箱などの構造を用いても良い。この具体例では、半導体
薄片端面に何も処置を施さなかったが、窒化、リン化、
ヒ素化、酸化、硫化、セレン化、テルル化のいずれかの
処理を施して保護膜を形成してもよい。また、発光膜が
半導体薄片のみから構成されていたが、これに限らず、
半導体薄片間のすき間を埋めるための半導体粉末や、固
定するための有機物などを混ぜても良い。

【００４１】（具体例１０）図１２は本発明の第１０の
具体例を示す半導体発光装置の概略図である。ガラスか
らなる基板１２０上に、透明電極１２１、ｎ型半導体層
１２２、発光膜１２６、ｐ型半導体層１２７、金属電極
１２８が積層されている。発光膜１２６は、半導体薄片
１２５を膜状に積層したもので、層状のｎ型半導体層１
２２とｐ型半導体層１２７で挟まれている。半導体薄片
１２５は、クラッド層１２３に活性層１２４が挟まれた
構造であり、活性層１２４がｎ型半導体層１２２とｐ型
半導体層１２７の間に位置している。ｎ型半導体層１２
２とｐ型半導体層１２７は、気相成長法などにより不純
物を添加したアモルファス半導体層などを製膜すること
により形成できる。

【００４２】透明電極１２１に負、金属電極１２８に正
の電圧を印加することにより活性層１２４で発光し、ｎ
型半導体層１２２、透明電極１２１、基板１２０を透過
して外部に取り出される。ｎ型半導体層１２２とｐ型半
導体層１２７が層状であるため、動作電圧の均一性が高
くなり、広い面積に渡り、安定な発光特性が得られる。
透明電極１２１と金属電極１２８を交差するストライプ
状にすることにより、ＬＥＤ的な動作電圧の低い平面型
のディスプレイが得られる。また、活性層１２４の発光
波長を赤、緑、青の３色とすることにより、カラーのデ
ィスプレイが得られる。

【００４３】この具体例では、単層の活性層を用いた
が、これに限らず、超格子、量子井戸、量子細線、量子
箱などの構造を用いても良い。この具体例では、半導体
薄片端面に何も処置を施さなかったが、窒化、リン化、
ヒ素化、酸化、硫化、セレン化、テルル化のいずれかの
処理を施して保護膜を形成してもよい。また、発光膜が
半導体薄片のみから構成されていたが、これに限らず、
半導体薄片間のすき間を埋めるための半導体粉末や、固
定するための有機物などを混ぜても良い。

【００４４】（具体例１１）図１３は、本発明の第１１
の具体例を示す半導体発光装置の概略図である。図１３
には、前記半導体薄片１３４のクラッド層１３２が第１
の伝導型ｎ型（ｐ型）であり、前記活性層１３３が前記
クラッド型と異なる伝導型ｐ型（ｎ型）であることを特
徴とする半導体発光装置が示されている。

【００４５】この具体例を更に詳細に説明すると、ガラ
スからなる基板１３０上に、透明電極１３１、発光膜１
３５、金属電極１３６が積層されている。発光膜１３５
は、半導体薄片１３４を膜状に積層したものであり、半
導体薄片１３４は、ｎ型のクラッド層１３２にｐ型の活
性層１３３が挟まれた構造である。

【００４６】透明電極１３１と金属電極１３６に直流ま
たは交流の電圧を印加することにより発光膜１３５で発
光する。クラッド層１３２と活性層１３３との界面でｐ
−ｎ−ｐ接合が形成されており、外部から電圧を印加す
ると、集中的にｐ−ｎ−ｐ接合にかかり、電子と正孔が
生成される。クラッド層１３２および活性層１３３がド
ーピングされているため、従来のＥＬデバイスに比べ発
光に必要な電圧が低くなり、消費電力が少なくなる。活
性層１３３の発光波長を制御することにより白色などを
始めとする任意の発光色が得られ、ＥＬＤや白色光源な
どに用いることができる。

【００４７】この具体例では、クラッド層をｎ型と活性
層をｐ型としたが、クラッド層をｐ型と活性層をｎ型と
しても良い。この具体例では、単層の活性層を用いた
が、これに限らず、超格子、量子井戸、量子細線、量子
箱などの構造を用いても良い。この具体例では、半導体
薄片端面に何も処置を施さなかったが、窒化、リン化、
ヒ素化、酸化、硫化、セレン化、テルル化のいずれかの
処理を施して保護膜を形成してもよい。また、発光膜が
半導体薄片のみから構成されていたが、これに限らず、
半導体薄片間のすき間を埋めるための半導体粉末や、固
定するための有機物などを混ぜても良い。

【００４８】（具体例１２）図１４は本発明の第１２の
具体例を示す半導体発光装置の概略図である。ガラスか
らなる基板１４０上に、透明電極１４１、発光膜１４４
を有し、真空の空間を介し、冷陰極１４５、ゲート１４
６、絶縁体１４７、陰極１４８、基板１４９を有する。
発光膜１４４は、半導体薄片１４２と半導体粒子１４３
の混合物を膜状に積層したものであり、半導体薄片１４
２は層状の活性層１４２ａとクラッド層１４２ｂから構
成されている。冷陰極１４５は直径１μｍ程度の金属の
円錐である。陰極１４８とゲート１４６間に電子引き出
し用の電圧を印加し、透明電極１４１と陰極１４８間に
加速用の電界を印加することにより、電子銃を構成する
冷陰極１４５より電子が引き出され発光膜１４４に到達
する。この電子線により発光膜１４４中の半導体薄片１
４２で電子と正孔が生成され、活性層１４２ａで再結合
し発光する。光は透明電極１４１と基板１４０を透過し
て外部に取り出される。活性層１４２ａ材料の禁制帯幅
を変えることにより、赤、青、緑、白など任意の波長の
発光が得られる。また、赤、青、緑に発光する半導体薄
片１４２をマトリックス状に分布させ、特定の冷陰極１
４５から電子を引き出すことにより２次元のカラー画面
が得られる。半導体粒子１４３は発光膜１４４の機械的
強度を上げるとともに、半導体薄片１４２の電子による
劣化を防止する。活性層１４２ａがクラッド層１４２ｂ
に挟まれているため、輝度の高いディスプレイが得られ
る。また、電子線照射による劣化が起こりにくく、装置
の寿命が長い。

【００４９】この具体例では、電界放射型冷陰極からの
電子を発光膜に照射して発光させていたが、これに限ら
ず、熱電子を照射して発光させたり、プラズマ放電で生
成された紫外線を照射して発光させた、発光ダイオード
や半導体レーザから発生した光などを照射して発光膜を
発光させても良い。プラズマ放電、発光ダイオード、半
導体レーザなどの励起源を２次元マトリックス状に並べ
ることにより、輝度が非常に高く、厚さの薄いディスプ
レイが得られる。

【００５０】この具体例では、単層の活性層を用いた
が、これに限らず、超格子、量子井戸、量子細線、量子
箱などの構造を用いても良い。この具体例では、半導体
薄片端面に何も処置を施さなかったが、窒化、リン化、
ヒ素化、酸化、硫化、セレン化、テルル化のいずれかの
処理を施して保護膜を形成してもよい。また、発光膜が
半導体薄片と半導体粒子から構成されていたが、これに
限らず、半導体薄片や半導体粒子を固定するための有機
物などを混ぜても良い。

【００５１】（具体例１３）図１５（ａ）は本発明の第
１３の具体例を示す半導体発光装置の概略図、図１５
（ｂ）は半導体薄片の概略図、図１５（ｃ）はバンドプ
ロファイルである。ガラスからなる基板１５０上に、第
１透明電極１５１、発光膜１５５、第２透明電極１５
６、発光ダイオード（ＬＥＤ）１５７、電極１５８を有
する。ＬＥＤ１５７で発光膜１５５を励起し、発光膜１
５５に印加する電圧により、発光膜１５５の発光時間の
制御が可能な装置である。発光膜１５５は、半導体薄片
１５４を膜状に積層したものであり、半導体薄片１５４
は層状のクラッド層１５２と活性層１５３から構成され
ている。活性層１５３は、図１５（ｂ）に示すように、
第１半導体層１５３ａと第２半導体層１５３ｂとを交互
に積層した超格子からなる。第２透明電極１５６と電極
１５８間で通電すると、ＬＥＤ１５７で発光する。ＬＥ
Ｄ１５７の発光波長を活性層１５３の発光波長より短く
しておくことにより、ＬＥＤ１５７からの発光は発光膜
１５５で吸収され、発光膜１５５から蛍光が得られる。
発光膜１５５からの蛍光は第１透明電極１５１、基板１
５０を透過して、外部に取り出される。第１透明電極１
５１と第２透明電極１５６との間に電圧を印加した場合
の半導体薄片１５４のバンドプロファイルを図１５
（ｃ）に示す。第１半導体層１５３ａと第２半導体層１
５３ｂがタイプ２の超格子である場合を例に説明する。
印加電圧がゼロの時、電子は第１半導体層１５３ａに、
正孔は第２半導体層１５３ｂに存在し、発光時間は非常
に長くなる。電圧を印加すると、電子と正孔は、それぞ
れ第１半導体層１５３ａと第２半導体層１５３ｂの片側
に寄っていき、波動関数の重なりが大きくなり、その結
果、発光時間が短くなる。すなわち、第１透明電極１５
１と第２透明電極１５６との間の電圧を変えることによ
り、発光膜１５５の発光時間を変えることができる。図
１５のｖｐはその可変電源である。また、第１透明電極
１５１と電極１５８とを第２透明電極１５６と垂直な方
向のストライプ構造にすることにより、２次元ディスプ
レイの特定の領域のみの発光時間を任意に設定すること
ができる。このような特性は、計測用のディスプレイな
どに有用である。

【００５２】この具体例では、活性層１５３にタイプ２
の超格子を用いたが、これに限らず、タイプ１の超格子
でもよい。タイプ１の超格子の場合は電圧を印加するほ
ど発光時間が長くなっていく。この具体例では、発光ダ
イオードからの光を発光膜に照射して発光させていた
が、これに限らず、電子を照射して発光させたり、プラ
ズマ放電で生成された紫外線を照射して発光させたり、
半導体レーザから発生した光などを照射して発光膜を発
光させても良い。

【００５３】この具体例では、半導体薄片端面に何も処
置を施さなかったが、窒化、リン化、ヒ素化、酸化、硫
化、セレン化、テルル化のいずれかの処理を施して保護
膜を形成してもよい。また、発光膜が半導体薄片から構
成されていたが、これに限らず、半導体薄片を固定する
ための有機物などを混ぜても良い。（具体例１４）図１６は本発明の第１４の具体例を示す
半導体発光装置の概略図である。ガラスからなる基板１
６０上に、ストライプ状の透明電極１６１、第１絶縁層
１６２、発光膜１６７、第２絶縁体層１６８、ストライ
プ状の背面電極１６９が積層されている。発光膜１６７
は、半導体薄片１６３と半導体粒子１６６を混合したも
のを膜状の積層したものである。半導体薄片１６３は、
クラッド層１６４と活性層１６５とからなる。透明電極
１６１と背面電極１６９のストライプの方向は角度９０
度で交差している。

【００５４】透明電極１６１のいずれかのストライプと
背面電極１６９のいずれかのストライプとの間に直流ま
たは交流の電圧を印加すると、透明電極１６１と背面電
極１６９のストライプの交差した部分の発光膜１６７で
発光する。光は透明電極１６１と基板１６０を透過して
外部に取り出される。透明電極１６１と背面電極１６９
のストライプを選択することにより２次元の画像が得ら
れる。

【００５５】第１絶縁層１６２と第２絶縁体層１６８と
があるために、透明電極１６１と背面電極１６９近傍で
の絶縁破壊が起こりにくくなる。また、活性層１６５が
クラッド層１６４で挟まれているため、発光効率が高
く、劣化が遅い。半導体粒子１６６は発光膜１６７の機
械的強度を上げるとともに、半導体薄片１６３の劣化を
防止する。活性層１６５の材料を変えるだけで、発光波
長を容易に変えることができるため、赤、青、緑などの
カラー画像が容易に得られる。

【００５６】この具体例では、２層の絶縁体層を用いた
が、１層だけでもよい。また、活性層に単層の半導体を
用いたが、これに限らず、超格子、量子井戸、量子細
線、量子箱などの構造を用いても良い。この具体例で
は、半導体薄片端面に何も処置を施さなかったが、窒
化、リン化、ヒ素化、酸化、硫化、セレン化、テルル化
のいずれかの処理を施して保護膜を形成してもよい。ま
た、発光膜が半導体薄片と半導体粒子から構成されてい
たが、これに限らず、半導体薄片や半導体粒子を固定す
るための有機物などを混ぜても良い。

【００５７】（具体例１５）図１７は本発明の第１５の
具体例を示す半導体発光装置の概略図である。ガラスか
らなる基板１７０上に、ストライプ状の透明電極１７
１、発光膜１７２、ストライプ状の背面電極１７７が積
層されている。発光膜１７２は、半導体薄片１７３をバ
インダー１７６に混ぜて膜状に塗布したものである。半
導体薄片１７３は、クラッド層１７４に活性層１７５が
挟まれた構造である。透明電極１７１と背面電極１７７
のストライプの方向は角度９０度で交差している。

【００５８】透明電極１７１のいずれかのストライプと
背面電極１７７のいずれかのストライプとの間に直流ま
たは交流の電圧を印加すると、透明電極１７１と背面電
極１７７のストライプの交差した部分の発光膜１７２で
発光する。光は透明電極１７１と基板１７０を透過して
外部に取り出される。透明電極１７１と背面電極１７７
のストライプを選択することにより２次元の画像が得ら
れる。

【００５９】絶縁層を有しない構造であるため、動作電
圧が低くなる。活性層１７５がクラッド層１７４で挟ま
れているため、絶縁破壊が起こりにくくなる。クラッド
層１７４がｐ型またはｎ型の伝導性を有すると、クラッ
ド層１７４にかかる電圧が低くなるため、さらに絶縁破
壊が起こりにくくなる。バインダー１７６は発光膜１７
２の機械的強度を上げるとともに、半導体薄片１７３の
劣化を防止する。

【００６０】この具体例では、単層の活性層を用いた
が、これに限らず、超格子、量子井戸、量子細線、量子
箱などの構造を用いても良い。活性層の発光波長を赤、
青、緑とすることによりフルカラーの表示が得られる。
また、白色光源も得られる。この具体例では、半導体薄
片端面に何も処置を施さなかったが、窒化、リン化、ヒ
素化、酸化、硫化、セレン化、テルル化のいずれかの処
理を施して保護膜を形成してもよい。

【００６１】（具体例１６）図１を用いて本発明の第１
６の具体例を説明する。半導体薄片１４を構成するクラ
ッド層１２および活性層１３に、ＧａＰに格子整合する
ＢｅＭｇＳＳｅ混晶やＢｅＭｇＺｎＳ混晶やＢｅＺｎＳ
Ｓｅ混晶やＢｅＺｎＳｅＴｅ混晶などを用いることによ
り紫外線の発光が得られる。活性層１３にＡｇやＡｕ、
Ｃｕ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｔｂ、Ｃｌ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、
Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂなどの単数または複数の不純物を添
加することにより、青色や緑色の発光が得られる。

【００６２】クラッド層１２および活性層１３に、Ｇａ
Ａｓに格子整合するＭｇＺｎＳＳｅ混晶やＢｅＭｇＺｎ
Ｓｅ混晶やＺｎＣｄＳＳｅ混晶やＢｅＺｎＣｄＳｅ混晶
などを用いることにより、青から紫外域の発光が得られ
る。活性層１３にＡｇやＡｕ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｔ
ｂ、Ｃｌ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂなど
の単数または複数の不純物を添加することにより、青色
や緑色の発光が得られる。

【００６３】クラッド層１２および活性層１３に、Ｉｎ
Ｐに格子整合するＭｇＺｎＣｄＳｅ混晶やＭｇＺｎＳｅ
Ｔｅ混晶やＺｎＣｄＳＳｅ混晶などを用いることによ
り、赤から紫外域に渡る発光が得られる。活性層１３に
ＡｇやＡｕ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｔｂ、Ｃｌ、Ａｌ、Ｇ
ａ、Ｉｎ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂなどの単数または複数の
不純物を添加することによっても、発光波長を制御する
ことができる。

【００６４】クラッド層１２および活性層１３に、Ｉｎ
Ａｓに格子整合するＭｇＺｎＳｅＴｅ混晶やＭｇＺｎＳ
ｅＴｅ混晶やＺｎＭｎＳｅＴｅ混晶などを用いることに
より、赤から青色の発光が得られる。活性層１３にＡｇ
やＡｕ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｔｂ、Ｃｌ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、
Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂなどの単数または複数の不純物を添
加することによっても、発光波長を制御することができ
る。

【００６５】上述の構造では、基板に格子整合している
ため、結晶欠陥が非常に少なく、発光効率の非常に高い
発光装置が得られる。この具体例では、単層の活性層を
用いたが、これに限らず、超格子、量子井戸、量子細
線、量子箱などの構造を用いても良い。この具体例で
は、半導体薄片端面に何も処置を施さなかったが、酸
化、硫化、セレン化、テルル化のいずれかの処理を施し
て保護膜を形成してもよい。

【００６６】（具体例１７）図１を用いて本発明の第１
７の具体例を説明する。半導体薄片１４を構成するクラ
ッド層１２および活性層１３に、ＧａＡｓに格子整合す
るＡｌＧａＩｎＰ混晶やＡｌＩｎＡｓＰ混晶やＧａＩｎ
ＡｓＰ混晶などを用いることにより赤から黄色の発光が
得られる。活性層１３にＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｏ、
Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅなどの単数または複数
の不純物を添加することにより、赤から黄色の発光が得
られる。

【００６７】上述の構造では、基板に格子整合している
ため、結晶欠陥が非常に少なく、発光効率の非常に高い
発光装置が得られる。この具体例では、単層の活性層を
用いたが、これに限らず、超格子、量子井戸、量子細
線、量子箱などの構造を用いても良い。この具体例で
は、半導体薄片端面に何も処置を施さなかったが、窒
化、リン化、ヒ素化のいずれかの処理を施して保護膜を
形成してもよい。

【００６８】（具体例１８）図１を用いて本発明の第１
８の具体例を説明する。半導体薄片１４を構成するクラ
ッド層１２にＡｌＧａＩｎＮ混晶を用い、活性層１３に
ＧａＩｎＮ混晶を用いることにより赤から紫外の発光が
得られる。活性層１３にＭｇやＢｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｏ、
Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅなどの単数または複数の不純物を添加す
ることによっても、発光波長を制御することができる。
この材料系では、クラッド層１２と活性層１３が格子整
合していなくても、発光効率の高い結晶が得られる。

【００６９】この具体例では、単層の活性層を用いた
が、これに限らず、超格子、量子井戸、量子細線、量子
箱などの構造を用いても良い。この具体例では、半導体
薄片端面に何も処置を施さなかったが、窒化処理を施し
て保護膜を形成してもよい。（具体例１９）図１８は本発明の第１９の具体例を示す
工程図である。まず、図１８（ａ）に示すように、基板
１８０上に、半導体分離層１８１、クラッド層１８２、
活性層１８３を結晶成長する。基板１８０にはエピタキ
シャル成長が可能な材料を用い、結晶成長はＭＯＶＰＥ
法やＭＢＥ法などにより実施できる。次に、図１８
（ｂ）に示すように、半導体分離層１８１を選択的にエ
ッチングする溶液（または気体）に浸し、半導体分離層
１８１を除去し、クラッド層１８２と活性層１８３から
なる半導体膜１８４を基板１８０より分離する。基板１
８０全面に渡って半導体分離層１８１が容易に除去され
るためには、半導体分離層１８１が非常にエッチングさ
れやすい材料でなければならない。このような材料とし
ては腐食性の強いＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、ＡｌＮ
などのＡｌ化合物や、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅなど
のＭｇ化合物、ＣａＳ、ＣａＳｅ、ＣａＴｅなどのＣａ
化合物などがある。これらの材料は反応性が高いため、
エッチングは強酸や過酸化水素、ハロゲンガスなどによ
り容易に行える。クラッド層１８２と活性層１８３に
は、３族元素のうちのＡｌ組成比が８０％以下の混晶材
料や、２族元素のうちのＭｇ、Ｃａの組成比が８０％以
下の混晶材料を用いればよい。基板１８０から分離され
た半導体膜１８４は、機械的に軽く押すだけで割れてし
まい、図１８（ｃ）のような大きさが１ｍｍ以下である
半導体薄片１８５になる。半導体膜１８４を粉砕する程
度により半導体薄片１８５の大きさは１ミクロンから１
ｍｍ程度の間で制御できる。次に、図１８（ｄ）に示す
ように、半導体薄片１８５を有機溶剤などの溶媒１８６
に混ぜたのち、ガラスなどの非半導体基板１８７上に塗
布する。溶媒１８６を気化させて発光膜１８８を形成す
る。この工程を用いて、蛍光板、ＣＲＴ、ＰＤＰ、ＥＬ
Ｄ蛍光ランプ、蛍光表示管、ＬＥＤを始めとする蛍光を
用いた発光素子、表示装置が製作できる。

【００７０】クラッド層１８２と活性層１８３を基板１
８０上に結晶成長するため、結晶欠陥が少なく、発光効
率の高い表示装置が得られる。また、膜厚の組成の制御
が容易であり、再現性に優れている。結晶成長後、半導
体分離層１８１により分離するため、１回の結晶成長に
より多量の半導体薄片１８５を製作できる。基板１８０
上は、再度使用が可能であり、製作費用が低くなる。大
きさが１ｍｍ以下である半導体薄片１８５に粉砕するた
め、大面積や曲面などの非半導体基板１８７への塗布が
可能となり、大型ディスプレイなどの表示装置が容易に
得られる。

【００７１】このように、発光膜を構成する半導体薄片
は、結晶成長用の基板上に第１の半導体材料からなる半
導体分離層と、この半導体分離層上に前記第１の半導体
材料と異なる半導体材料からなる第１のクラッド層と活
性層と第２のクラッド層からなる半導体薄片層とを交互
に結晶成長させる第１の工程と、選択エッチングにより
前記半導体分離層を除去する第２の工程と、前記半導体
薄片層を半導体薄片にする第３の工程と、発光体を形成
するための基板上に前記半導体薄片を膜状に形成し固着
する第４の工程とからなる工程により、形成される。

【００７２】（具体例２０）図１９は本発明の第２０の
具体例を示す工程図である。まず、図１９（ａ）に示す
ように、基板１９０上に、誘電体や金属からなる非半導
体膜１９１を形成する。非半導体膜１９１には丸い窓が
開いている。次に、図１９（ｂ）に示すように、非半導
体膜１９１の無い基板１９０表面上に、半導体分離層１
９２、クラッド層１９３、活性層１９４を選択成長す
る。基板１９０にはエピタキシャル成長が可能な材料を
用い、選択結晶成長はＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法などによ
り実施できる。エッチングにより半導体分離層１９２を
除去すると、図１９（ｃ）に示すように、円柱状の半導
体薄片１９５が得られる。半導体薄片１９５の形状は非
半導体膜１９１の窓の形で決まるため、形状のそろった
半導体薄片１９５を容易に作成できる。これをガラス上
などに積層して発光膜を形成し、大型ディスプレイなど
の表示装置を製作する。半導体薄片１９５の形状がそろ
っているために、発光特性のばらつきが非常に小さくな
る。

【００７３】この具体例では、非半導体膜の窓の形を円
として円柱状の半導体薄片を製造したが、これに限ら
ず、非半導体膜の窓の形を四角形やストライプ状の形状
としてもよい。（具体例２１）図２０は本発明の第２１の具体例を示す
工程図である。まず、図２０（ａ）に示すように、ガラ
スなどからなる基板２００上に、透明電極２０１を形成
した後、拡散させるためのｎ型不純物２０２を蒸着など
で積層する。次に、図２０（ｂ）に示すように、ｐ型半
導体からなる半導体薄片２０５をｎ型不純物２０２上に
積層して発光膜２０６を形成する。半導体薄片２０５
は、クラッド層２０３と活性層２０４を積層したもの
で、ここではいずれもｐ型半導体からなる。さらに金属
電極２０７を積層する。次に、加熱しｎ型不純物２０２
を発光膜２０６に拡散させる。ｎ型不純物２０２には拡
散の制御がしやすい材料を用いれば良く、例えば、発光
膜２０６が２−６族半導体の場合にはＩｎやＧａ、Ａｌ
などを用いればよい。ｎ型不純物２０２を拡散させた結
果、図２０（ｃ）に示すように、クラッド層２０３の一
部にｎ型の拡散層２０３ａが形成される。半導体薄片２
０５がｐ型であるため、拡散層２０３ａとの界面にｐ−
ｎ接合が形成される。透明電極２０１と金属電極２０７
との間に電圧を印加することにより、活性層２０４から
発光が得られる。拡散によりｐ−ｎ接合を形成するため
大面積でのプロセスが可能であり、大型ディスプレイな
どへ容易に適用できる。ｐ−ｎ接合を用いているため低
電圧な直流での駆動が可能である。

【００７４】この具体例では、ｎ型不純物を積層した後
に発光膜を積層したが、これに限らず、発光膜を積層し
た後にｎ型不純物を積層してもよい。また、発光膜をｐ
型半導体としｎ型不純物を拡散させてｐ−ｎ接合を形成
したが、これに限らず、発光膜をｎ型半導体としｐ型不
純物を拡散させてｐ−ｎ接合を形成してもよい。また、
発光膜をアンドープとしｐ型不純物とｎ型不純物とを拡
散させてｐ−ｎ接合を形成してもよい。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の発光装置
は、結晶性の高い活性層とクラッド層を用いているた
め、輝度が高い。また、半導体薄片を膜状に成形してい
るため、広い面積に渡り均一な発光の表示装置が容易に
得られる。また、導電性の半導体を用いているため、動
作電圧の低い発光表示装置が得られる。

【００７６】また、本発明の製造方法は、半導体分離層
と、クラッド層及び活性層とを交互に結晶成長し、半導
体薄片に分離し膜状に成形するため、大量生産が容易で
あり、コストが低くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体発光装置の概略図である。

【図２】半導体薄片の概略図である。

【図３】半導体薄片の概略図とバンドラインナップ図で
ある。

【図４】半導体薄片の概略図とバンドラインナップ図で
ある。

【図５】半導体薄片の概略図とバンドラインナップ図で
ある。

【図６】半導体薄片の概略図とバンドラインナップ図で
ある。

【図７】半導体薄片の断面図である。

【図８】半導体薄片の断面図である。

【図９】半導体発光装置の概略図である。

【図１０】半導体薄片の概略図とバンドラインナップ図
である。

【図１１】半導体発光装置の概略図である。

【図１２】半導体発光装置の概略図である。

【図１３】半導体発光装置の概略図である。

【図１４】半導体発光装置の概略図である。

【図１５】半導体発光装置と半導体薄片の概略図とバン
ドプロファイルである。

【図１６】半導体発光装置の概略図である。

【図１７】半導体発光装置の概略図である。

【図１８】工程図である。

【図１９】工程図である。

【図２０】工程図である。

【符号の説明】

１１基板上１２クラッド層１３活性層１４半導体薄片１５発光膜３１クラッド層３２ａ量子井戸層３２ｂ量子障壁層３２活性層３３価電子帯端３４伝導帯端４１クラッド層４２活性層４２ａ第１半導体層４２ｂ第２半導体層５１第３半導体層６１クラッド層６２活性層６２ａ第１活性層６２ｂ第２活性層６２ｃ第３活性層７１クラッド層７２活性層７３保護膜８１クラッド層８２活性層８３窒化層８４保護膜９０基板９１透明電極９２ａｐ型クラッド層９２ｂｎ型クラッド層９３活性層９４半導体薄片９５発光膜９６絶縁体膜９７金属電極１０１ａｎ型クラッド層１０１ｂｐ型クラッド層１０２活性層１１０基板１１１透明電極１１２クラッド層１１２ａｐ型領域１１２ｂｎ型領域１１３活性層１１４半導体薄片１１５発光膜１１５ａｐ型層１１５ｂｎ型層１１６金属電極１２０基板１２１透明電極１２２ｎ型半導体層１２３クラッド層１２４活性層１２５半導体薄片１２６発光膜１２７ｐ型半導体層１２８金属電極１３０基板１３１透明電極１３２クラッド層１３３活性層１３４半導体薄片１３５発光膜１３６金属電極１４０基板１４１透明電極１４２ａ活性層１４２ｂクラッド層１４２半導体薄片１４３半導体粒子１４４発光膜１４５冷陰極１４６ゲート１４７絶縁体１４８陰極１４９基板１５０基板１５１第１透明電極１５２クラッド層１５３活性層１５３ａ第１半導体層１５３ｂ第２半導体層１５４半導体薄片１５５発光膜１５６第２透明電極１５７発光ダイオード（ＬＥＤ）１５８電極１６０基板１６１透明電極１６２第１絶縁層１６３半導体薄片１６４クラッド層１６５活性層１６６半導体粒子１６７発光膜１６８第２絶縁体層１６９背面電極１７０基板１７１透明電極１７２発光膜１７３半導体薄片１７４クラッド層１７５活性層１７６バインダー１７７背面電極１８０基板１８１半導体分離層１８２クラッド層１８３活性層１８４半導体膜１８５半導体薄片１８６溶媒１８７非半導体基板１８８発光膜１９０基板上１９１非半導体膜１９２半導体分離層１９３クラッド層１９４活性層１９５半導体薄片２００基板２０１透明電極２０２ｎ型不純物２０３クラッド層２０３ａ拡散層２０４活性層２０５半導体薄片２０６発光膜２０７金属電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】層状のクラッド層とこのクラッド層に挟
まれた活性層とからなる半導体薄片を膜状に単層又は多
層積層した発光膜が形成されており、且つ、前記クラッ
ド層の禁制帯幅が前記活性層の禁制帯幅以上であること
を特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】前記活性層は超格子構造、量子井戸構
造、量子細線構造、量子箱構造のいづれかの構造である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】前記活性層は第１の半導体層と第２の半
導体層とからなるタイプ２の超格子構造であることを特
徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項４】前記第１の半導体層と第２の半導体層と
の間に第３の半導体層が設けられていることを特徴とす
る請求項３記載の半導体発光装置。
【請求項５】前記活性層は発光波長の異なる複数の活
性層で構成したことを特徴とする請求項１乃至４のいづ
れかに記載の半導体発光装置。
【請求項６】前記発光波長の異なる複数の活性層の間
にクラッド層が設けられたことを特徴とする請求項５に
記載の半導体発光装置。
【請求項７】前記活性層の側面がこの活性層よりも禁
制帯幅の大なる保護膜で覆われていることを特徴とする
請求項１乃至６のいづれかに記載の半導体発光装置。
【請求項８】前記半導体薄片に、窒化、リン化、砒素
化、酸化、セレン化、テルル化のいずれかの処理を施
し、前記活性層の側面に保護膜を形成したことを特徴と
する請求項１乃至６のいづれかに記載の半導体発光装
置。
【請求項９】前記クラッド層の一方がｎ型であり、他
方がｐ型でり、且つ、ｐ−ｎ接合が形成されていること
を特徴とする請求項１乃至８のいづれかに記載の半導体
発光装置。
【請求項１０】前記クラッド層の材料が活性層を挟ん
で異なっていることを特徴とする請求項９に記載の半導
体発光装置。
【請求項１１】前記半導体薄片は、一方のクラッド層
にｐ型領域が形成された第１の半導体薄片と、前記半導
体薄片の一方のクラッド層にｎ型領域が形成された第２
の半導体薄片とを含み、且つ、前記ｐ型領域とｎ型領域
とでｐ−ｎ接合が形成されていることを特徴とする請求
項１乃至１０のいづれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１２】前記半導体薄片がｐ型半導体層とｎ型
半導体層とに挟まれていることを特徴とする請求項１乃
至１１のいづれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１３】前記半導体薄片のクラッド層が第１の
伝導型であり、前記活性層が前記クラッド層と異なる第
２の伝導型であることを特徴とする請求項１乃至８のい
づれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１４】前記半導体薄片に電子線や光を照射し
て発光させることを特徴とする請求項１乃至１３のいづ
れかに記載の半導体発光装置。
【請求項１５】前記活性層が超格子からなり、前記活
性層に電圧を印加し、前記半導体薄片に電子線や光を照
射して発光させることを特徴とする請求項１３に記載の
半導体発光装置。
【請求項１６】前記半導体薄片を第１の透明電極と第
２の透明電極との間に配設し、前記第１の透明電極と第
２の透明電極との間に印加する電圧を可変することで発
光時間を可変させることを特徴とする請求項１乃至１５
のいづれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１７】前記半導体薄片に絶縁層を介して電圧
を印加することにより発光させることを特徴とする請求
項１乃至１４のいづれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１８】前記半導体薄片を電極間に配設し、前
記半導体薄片の活性層に電流を注入することで発光させ
ることを特徴とする請求項９乃至１３のいづれかに記載
の半導体発光装置。
【請求項１９】前記半導体薄片の活性層又はクラッド
層が、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓのいずれか
に格子整合する２−６族化合物半導体混晶からなるもの
であることを特徴とする請求項１乃至１８のいづれかに
記載の半導体発光装置。
【請求項２０】前記半導体薄片の活性層又はクラッド
層が、ＧａＡｓに格子整合する３−５族化合物半導体混
晶からなるものであることを特徴とする請求項１乃至１
８のいづれかに記載の半導体発光装置。
【請求項２１】前記半導体薄片の活性層又はクラッド
層が、ＡｌＧａＩｎＰ混晶又はＡｌＧａＩｎＮ混晶又は
２−６混晶等の結晶又はアモルファスであることを特徴
とする請求項１乃至１８のいづれかに記載の半導体発光
装置。
【請求項２２】前記半導体薄片は厚みが３ｎｍ乃至１
００ｎｍ、長さが３ｎｍ乃至１ｍｍの大きさであること
を特徴とする請求項１乃至２１のいづれかに記載の半導
体発光装置。
【請求項２３】結晶成長用の基板上に第１の半導体材
料からなる半導体分離層と、この半導体分離層上に前記
第１の半導体材料と異なる半導体材料からなる第１のク
ラッド層と活性層と第２のクラッド層からなる半導体薄
片層とを交互に結晶成長させる第１の工程と、選択エッチングにより前記半導体分離層を除去する第２
の工程と、前記半導体薄片層を半導体薄片にする第３の工程と、発光体を形成するための基板上に前記半導体薄片を膜状
に形成し固着する第４の工程とからなることを特徴とす
る半導体発光装置の製造方法。
【請求項２４】前記第４の工程に続いて、前記半導体
薄片に不純物を拡散してｐ−ｎ接合を形成する第５の工
程を含むことを特徴とする請求項２３記載の半導体発光
装置の製造方法。
【請求項２５】前記結晶成長用の基板表面が部分的に
非半導体膜で覆われ、前記基板の露出した部分に前記半
導体分離層、前記半導体薄片層を交互に結晶成長させる
ことを特徴とする請求項２３又は２４記載の半導体発光
装置の製造方法。
【請求項２６】前記半導体薄片は、一方のクラッド層
にｐ型領域が形成された第１の半導体薄片と、前記半導
体薄片の一方のクラッド層にｎ型領域が形成された第２
の半導体薄片とを含むことを特徴とする請求項２３乃至
２５のいづれかに記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項２７】前記半導体薄片がｐ型半導体層とｎ型
半導体層とに挟まれていることを特徴とする請求項２３
乃至２６のいづれかに記載の半導体発光装置の製造方
法。