JPS6187381A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPS6187381A
JPS6187381A JP59194303A JP19430384A JPS6187381A JP S6187381 A JPS6187381 A JP S6187381A JP 59194303 A JP59194303 A JP 59194303A JP 19430384 A JP19430384 A JP 19430384A JP S6187381 A JPS6187381 A JP S6187381A
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JP
Japan
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type
layers
single crystal
light
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP59194303A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Komatsu
博志 小松
Hajime Kurihara
一 栗原
Hiroyuki Oshima
弘之 大島
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS6187381A publication Critical patent/JPS6187381A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission
    • H01L27/153Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
    • H01L27/156Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars two-dimensional arrays

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve resolution, and to miniaturize a semiconductor device and enhance the degree of integration thereof by arranging semiconductor light- emitting elements onto an Si single crystal substrate in a monolithic manner. CONSTITUTION:N type GaP layers 2, 5 and non-doped GaP single crystals are grown on an N type Si single crystal substrate 1 in succession, and zinc and oxygen are ion-implanted to a layer 3 and zinc to a layer 6 respectively, thus forming selectively doped P type GaP layers 3, 6. The unnecessary GaP films are removed, and striped layers are shaped. An N type zinc sulfide layer 8 and a P type zinc sulfide layer 9 are formed successively onto the Si substrate, and transparent conductive films, 4, 7, 10 are shaped so as to take an ohmic contact from the layers 3, 6 and 9. The layers 2, 3, 4 represent a GaP P-N junction light-emitting diode and function as a red illuminant, and the layers 5, 6, 7 represent a GaP P-N junction light-emitting diode and serves as a green illuminant. The layers 8, 9, 10 represent a zinc sulfide P-N junction light-emitting diode and function as a blue illuminant.

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術的分野〕 本発明は半導体装置に関するものであり、とりわけ可視
領域の発光機能を有する半導体装置に関するものである
。さらに本発朋は、赤色緑色および青色発光体を画素と
する、画像表示機能を有した半導体装置に関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field] The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to a semiconductor device having a visible region light emitting function. Furthermore, the present invention relates to a semiconductor device having an image display function using red, green and blue light emitting bodies as pixels.

〔従来技術〕[Prior art]

近年のエレクトロニクス技術の発展に伴い、社会の情報
化が進むにつれ、事業所や個人など情報系の端末間での
情報交換が積極的に行なわれている。そうした中で情報
密度の高い視覚情報を受ける端末装置すなわち画像ディ
スプレイの性能9機能性が重要視されている。一般に画
像・文字表示用ディスプレイに要求される性能としては
、高解像度、高フントラスト、高輝度、広視野角、フル
カラー、高忠実度等があげられる。機能面では、ハンデ
ィタイプのもの、大画面のもの、薄型のもの等が望まれ
ている〇 こうした要求に応えるべく、現在では高性能な○RT、
ポケットサイズの液晶カラーテレビ、子画面薄型のIT
Jディスプレイ、プラズマディスプレイ等か商品化され
、多くの市場を占めている。
BACKGROUND OF THE INVENTION As society becomes more information-oriented with the recent development of electronics technology, information is being actively exchanged between information-related terminals such as businesses and individuals. Under these circumstances, emphasis has been placed on the performance and functionality of terminal devices that receive visual information with high information density, ie, image displays. In general, the performances required of displays for displaying images and text include high resolution, high contrast, high brightness, wide viewing angle, full color, and high fidelity. In terms of functionality, there are demands for hand-held devices, large-screen devices, thin devices, etc. In order to meet these demands, high-performance ○RT,
Pocket-sized LCD color TV, small screen thin IT
J displays, plasma displays, etc. have been commercialized and occupy much of the market.

CRTは前述の要求される性能は充分溝たしているもの
の、その機構上の制約から小型、軽量、低消費電力化′
に向かず、薄型ハンディタイプにはならない。CRTと
は逆に、前述の機能面を満たしてくれるのが、液晶ディ
スプレイとKLディスプレイである。しかし、液晶ディ
スプレイは受光型の表示装置であるゆえにコントラスト
、輝度が低く、その特性上視野角が狭くなるといった液
晶独白の性能上の欠点を備えている。また、ELディス
プレイ、プラズマディスプレイは駆動電圧が高く、階調
が出しにくくフルカラー化が容易でないなどの欠点があ
る。
Although CRTs fully meet the above-mentioned performance requirements, due to their mechanical limitations, they must be made smaller, lighter, and consume less power.
It is not suitable for use as a thin handheld type. In contrast to CRT, liquid crystal displays and KL displays satisfy the above-mentioned functional aspects. However, since the liquid crystal display is a light-receiving display device, it has low contrast and brightness, and due to its characteristics, it has performance disadvantages such as a narrow viewing angle. Further, EL displays and plasma displays have drawbacks such as high driving voltage, difficulty in producing gradation, and difficulty in producing full color.

今後の情報社会の中では、前述の性能を十分に具備した
ディスプレイは不可欠で、しかもそれに多機能化のため
の柔軟性が伴なわなければならない。そのようなディス
プレイの一つとして提案されるものに自己発光型でフル
カラー化、子画面化の容易な発光ダイオードアレイがあ
る0現在発光ダイオードは赤色、緑色、青色という三原
色がおのおの作られ表示用に市販されている。
In the future information society, displays with sufficient performance as described above will be essential, and must also be accompanied by flexibility for multi-functionality. One such display that has been proposed is a light emitting diode array that is self-luminous, full color, and easy to make into a sub screen.Currently, light emitting diodes are made in the three primary colors of red, green, and blue, and are used for display purposes. It is commercially available.

この三原色の発光ダイオードを平面上にマトリクス状に
並べ、適当な位置の発光ダイオードを選択して点灯すれ
ば、任意の画像表示が行なえる。この方式のディスプレ
イは画素子が自己発光するため、CRT並のコントラス
トと輝度が出せ、発光ダイオード数を増やせば解像度が
あがるためディスプレイとしての性能を高められる。ま
た平坦化が容易である。
By arranging these three primary color light emitting diodes in a matrix on a plane, and selecting and lighting up the light emitting diodes at appropriate positions, any image can be displayed. Since the pixel elements of this type of display self-emit light, they can produce contrast and brightness comparable to that of a CRT, and by increasing the number of light-emitting diodes, the resolution can be increased and the performance of the display can be improved. Moreover, it is easy to flatten.

しかし、現存の発光ダイオードアレイは赤、緑、青色発
光素子を各チップ単位で並べるハイブリッド構成である
ため、集積度が上がらず小型化が難しいことや、歩留り
が悪いといった問題点がある0 〔目 的〕 本発明は、このような発光ダイオードアレイの問題点を
克服し、解像度が高くしかも小型化が容易な高集積化さ
れた自己発光型画像ディスプレイを供給するところにそ
の目的がある。
However, existing light-emitting diode arrays have a hybrid configuration in which red, green, and blue light-emitting elements are arranged on each chip, which poses problems such as low integration, difficulty in miniaturization, and poor yields. An object of the present invention is to overcome the problems of light emitting diode arrays and provide a highly integrated self-luminous image display with high resolution and easy miniaturization.

〔概 要〕〔overview〕

赤色光を発光せしめるりん化カリウムエピタキシャル薄
膜と、緑色光を発光せしめるりん化ガリウムエピタキシ
ャル薄膜と、青色光を発光せしめる硫化亜鉛エピタキシ
ャル薄膜を、シリコン単結晶基板上にそれぞれ結晶成長
させ・赤色、緑色および青色を発する発光体をマトリク
ス状にモノリシックに形成する。赤、緑および青色のそ
れぞれの発光体は個々の画素となり得るため、マルチカ
ラーの画像表示機能を有した画像ディスプレイが得られ
る。またシリコン基板上には各画素を駆動するための能
動電子回路を形成できる。
A potassium phosphide epitaxial thin film that emits red light, a gallium phosphide epitaxial thin film that emits green light, and a zinc sulfide epitaxial thin film that emits blue light are grown on silicon single crystal substrates. A luminescent material that emits blue light is monolithically formed in a matrix. Each of the red, green and blue light emitters can be an individual pixel, resulting in an image display with multicolor image display capability. Active electronic circuits for driving each pixel can also be formed on the silicon substrate.

〔実施例〕〔Example〕

シリコン単結晶とりん化ガリウム単結晶および硫化亜鉛
単結晶とは結晶構造が良く似ている。それぞれの単結晶
構造はシリコンがダイアモンド構造、りん化ガリウムお
よび硫化亜鉛(β−ZnS )が閃亜鉛構造をとる0こ
れらの結晶の格子定数はシリコンが5.431 A 、
りん化ガリウムが5、4495 A 、硫化亜鉛が5.
4095 Aであり、これら3種類の単結晶間の格子定
数差はわずか1%未満で、よく格子整合する。したがっ
て、りん化ガリウム単結晶、硫化亜鉛単結晶をシリコン
単結晶基板上に転移等の欠陥の発生を極力おさえて、ヘ
テロエピタキシャル成長させることが可能である。また
、りん化ガリウム単結晶と硫化亜鉛単結晶相互間におい
ても格子整合が良くとれるため、たとえばシリコン単結
晶基板上にりん化ガリウム単結晶を成長させ、さらにそ
のりん化ガリウム単結晶膜上に硫化亜鉛単結晶を成長さ
せた積層構造のへテロエピタキシャル膜の形成が可能で
あるOりん化ガリウム単結晶は、その室温でのバンドギ
ャップエネルギーが2.25 e Vの間接遷移型半導
体である。しかし、間接遷移型にもかかわらず、P型頭
域のアクセプタとして例えば亜鉛や酸素を適度にドーピ
ングすることにより発光ピーク波長が700nrn程の
pn接合ダイオードのような赤色発光体を作ることが可
能である0またりん化ガリウム単結晶に窒素Nをドーピ
ングすれば電子遷移エネルギーがバンドギャップエネル
ギーにより近くなる。その結果発光ピーク波長が560
nrn程度のpn接合ダイオードのような緑色発光体が
形成できる。さらにアクセプタやドナーとなりうる他の
不純物を導入することにより赤色か−ら緑色までの多種
類の光を発する、発光ダイオードを作り出すことが可能
である0 硫化亜鉛は、その室温でのバンドギャップエネルギーが
5.54 eVと大きいOこの硫化亜鉛に不純物を導入
し、禁止帯中に適当な準位を作ることで波長が480?
Lrn程度の青色発光体を得ることができる。
The crystal structure is very similar to silicon single crystal, gallium phosphide single crystal, and zinc sulfide single crystal. Each single crystal structure has a diamond structure for silicon, and a zinc blend structure for gallium phosphide and zinc sulfide (β-ZnS).The lattice constants of these crystals are 5.431 A for silicon,
Gallium phosphide is 5,4495 A, zinc sulfide is 5.
4095 A, and the difference in lattice constant between these three types of single crystals is only less than 1%, resulting in good lattice matching. Therefore, it is possible to heteroepitaxially grow a gallium phosphide single crystal or a zinc sulfide single crystal on a silicon single crystal substrate while minimizing the occurrence of defects such as dislocations. In addition, good lattice matching can be achieved between gallium phosphide single crystals and zinc sulfide single crystals, so for example, if a gallium phosphide single crystal is grown on a silicon single crystal substrate, then sulfide O-gallium phosphide single crystal, which allows the formation of a heteroepitaxial film with a layered structure by growing a zinc single crystal, is an indirect transition type semiconductor with a band gap energy of 2.25 eV at room temperature. However, even though it is an indirect transition type, it is possible to create a red light emitting body such as a pn junction diode with a peak emission wavelength of about 700nrn by appropriately doping, for example, zinc or oxygen as an acceptor in the P type head region. If a certain gallium phosphide single crystal is doped with nitrogen (N), the electronic transition energy becomes closer to the band gap energy. As a result, the emission peak wavelength was 560
A green light emitting body such as a pn junction diode of about nrn can be formed. Furthermore, by introducing other impurities that can act as acceptors or donors, it is possible to create light-emitting diodes that emit various types of light from red to green. By introducing impurities into this zinc sulfide and creating an appropriate level in the forbidden band, the wavelength can be increased to 480?
A blue light emitter of about Lrn can be obtained.

これらの赤色、緑色および青色発光体をシリコン基板上
にモノリシックに形成し、三色の発光体を適当な明るさ
に光らせることで、可視領域の任意の色をすべて網羅す
る発光体が得られる0第1図に本発明の一実施例を示す
O第1図中の(α)図および(6)図は(C)図中に示
されたaα′断面およびbb’断面をそれぞれ表わして
いる0第1図において1は外形シリコン単結晶基板であ
る02および5はシリコン基板表面にMoCvD法によ
りエピタキシャル成長させたイオウドープの外形りん化
ガリウム(n−G(IF:S)層である。3および6は
前記n−GaP:S層表面上にMOCVD法によりノン
ドープのりん化ガリウム単結晶を連続的に成長させた後
、3に表す層には亜鉛と酸素を、そして6に示す層には
亜鉛をそれぞれ適当な凪イオン注入法により選択的にド
ーピングしたp形りん化ガリウム層である。これらのり
ん化ガリウム層の形成終了後に不必要なりん化ガリウム
膜をエツチングによって除去し・ストライプ状の層を形
成する。8はMOCVD法によりシリコン基板上に成長
させた外形硫化亜鉛エピタキシャル層、9は前記外形硫
化亜鉛上に連続成長させたp形硫化亜鉛工ビタキンヤル
層である。4,7および10はそれぞれ3,6および9
に示したpqりん化ガリウムおよびp形硫化亜鉛層から
オーミックコンタクトがとれるように形成した透明導電
膜である。
By forming these red, green, and blue light emitters monolithically on a silicon substrate and making the three-color light emitters emit light with appropriate brightness, it is possible to obtain a light emitter that covers all arbitrary colors in the visible range. Figure 1 shows an embodiment of the present invention. Figures (α) and (6) in Figure 1 represent the aα' and bb' cross sections shown in Figure (C), respectively. In FIG. 1, 1 is a silicon single crystal substrate; 02 and 5 are sulfur-doped gallium phosphide (n-G (IF:S)) layers epitaxially grown on the surface of the silicon substrate by MoCvD; 3 and 6 are sulfur-doped gallium phosphide (n-G (IF:S)) layers. After continuously growing a non-doped gallium phosphide single crystal on the surface of the n-GaP:S layer by MOCVD, zinc and oxygen were added to the layer shown in 3, and zinc was added to the layer shown in 6. This is a p-type gallium phosphide layer selectively doped by a suitable calm ion implantation method.After the formation of these gallium phosphide layers is completed, unnecessary gallium phosphide films are removed by etching to form a striped layer. 8 is an outer zinc sulfide epitaxial layer grown on a silicon substrate by the MOCVD method, 9 is a p-type zinc sulfide epitaxial layer grown continuously on the outer zinc sulfide. 4, 7 and 10 are 3, respectively. , 6 and 9
This is a transparent conductive film formed so that ohmic contact can be made from the pq gallium phosphide and p-type zinc sulfide layers shown in FIG.

オーミックコンタクトをとるためには、例えば、p形り
ん化ガリウム又はp形硫化亜鉛上に選択的に亜鉛、金、
ニッケルをスパッタ法又は蒸着法で付着させ、高温にて
ンンタリングした後、工T。
In order to make ohmic contact, for example, zinc, gold or
After depositing nickel by sputtering or vapor deposition and interfering at high temperature, T.

(インジウム・ナイン・オキサイド)透明膜等を形成す
ればよい。
(Indium Nine Oxide) A transparent film or the like may be formed.

第1図のうち、2,5および4で示した層は、りん化ガ
リウムp −n接合発光ダイオードで赤色発光体である
。5,6および7で示した層はりん化ガリウムp −n
接合発光ダイオードで緑色発光体である。
In FIG. 1, the layers designated 2, 5 and 4 are gallium phosphide p-n junction light emitting diodes, which are red light emitters. The layers designated 5, 6 and 7 are gallium phosphide p-n
It is a junction light emitting diode and emits green light.

さらに、8,9および10で示した層は硫化亜鉛p −
n接合発光ダイオードで青色発光体である・11はシリ
コン基板のオーミックコンタクト層である0 第2図には第1図に示した赤色、緑色および青色発光ダ
イオードとシリコン基板とのエネルギー準位図を示す。
Furthermore, the layers designated 8, 9 and 10 are zinc sulfide p −
It is an n-junction light emitting diode and is a blue light emitter. ・11 is the ohmic contact layer of the silicon substrate 0 Figure 2 shows the energy level diagram of the red, green and blue light emitting diodes shown in Figure 1 and the silicon substrate. show.

(a)図はりん化ガリウム赤色発光ダイオード、(b)
図はりん化ガリウム緑色発光ダイオード、そして(、+
)図は硫化亜鉛青色発光ダイオードのエネルギー準位図
をそれぞれ示している◇第1図に示したように赤色、緑
色および青色発光体を同一シリコン基板上に形成し、シ
リコン基板を接地し、4,7および10に示した導電層
にそれぞれ適当な電位を与え、それぞれ燭光体に適当な
バイアスを加えることにより赤色、緑色および青色が同
時に発せられ、それらの混色として、任意色の発光が得
られる。第1図に示した6種類の発光体のうち、緑色発
光体を窒素ドープのP形りん化ガリウム(Tl−G(I
F:N)とイオウドープの外形りん化ガリウム(n−G
aP:S)とで構成したPn接合発光ダイオードを用い
てもよい。また、硫化亜鉛p%接合ダイオードの代りに
、n形硫化亜鉛表面に絶縁膜を形成し、その表面に導電
膜を形成したM工S(Metal−工nsulator
−Semiconductor)構造の青色発光体を用
いてもよい。
(a) The figure shows a gallium phosphide red light emitting diode, (b)
The figure shows a gallium phosphide green light emitting diode, and (, +
) The figure shows the energy level diagram of a zinc sulfide blue light emitting diode. ◇As shown in Figure 1, red, green and blue light emitters are formed on the same silicon substrate, the silicon substrate is grounded, By applying an appropriate potential to each of the conductive layers shown in , 7 and 10 and applying an appropriate bias to each candle light body, red, green and blue colors are simultaneously emitted, and as a mixture of these colors, light of any color can be obtained. . Among the six types of luminescent materials shown in Figure 1, the green luminescent material is nitrogen-doped P-type gallium phosphide (Tl-G (I).
F:N) and sulfur-doped external gallium phosphide (n-G
A Pn junction light emitting diode configured with aP:S) may also be used. In addition, instead of a zinc sulfide p% junction diode, we have developed an M-S (Metal-S) in which an insulating film is formed on the n-type zinc sulfide surface and a conductive film is formed on the surface.
-Semiconductor) structure may be used.

りん化ガリウムのp形化およびn形化には、前述の亜鉛
、酸素、イオウの他にp形化にはカドミウム、n形化に
はセレン、テルル等を用いても良い。また、単結晶膜の
成長技術としてはMOC!VD法の他にMBE法などが
ある。
In addition to the aforementioned zinc, oxygen, and sulfur, cadmium may be used to make gallium phosphide p-type, and selenium, tellurium, etc. may be used to make gallium phosphide n-type. Also, as a single crystal film growth technology, MOC! In addition to the VD method, there are other methods such as the MBE method.

第3図から第5図に他の実施例を示す@これらの実施例
において、各エピタキシャル層および発光体の製造法は
基本的に第1図で説明した実施例における技術と同じで
ある。
Other embodiments are shown in FIGS. 3 to 5. In these embodiments, the method of manufacturing each epitaxial layer and the emitter is basically the same as in the embodiment described in FIG.

第3図には、第1図に示した3種類の発光体を多数個シ
リコン基板上に形成した画像表示体の一実施例を示す。
FIG. 3 shows an embodiment of an image display body in which a large number of the three types of light emitters shown in FIG. 1 are formed on a silicon substrate.

第3図の(α)図および(6)図は(c)図中に示した
C O’断面およびd d’断面をそれぞれ表わす。K
’、5図において、12はp形シリコン基板、13はp
形シリコン基板表面に複数本ある間隔をおいて平行に形
成されたn形溝電層である。
Figures (α) and (6) in FIG. 3 respectively represent the C O' and d d' cross sections shown in Figure (c). K
', In Figure 5, 12 is a p-type silicon substrate, 13 is a p-type silicon substrate, and 13 is a p-type silicon substrate.
A plurality of n-type trench conductive layers are formed in parallel at certain intervals on the surface of a silicon substrate.

14〜22は第1図中に示した2〜10の構成要素と同
一のもので、14.15および16により赤色発光ダイ
オードを、17.18および19により緑色発光ダイオ
ードを、そして20.21および22により青色発光ダ
イオードを構成している。ここでは、これら赤色、緑色
および青色発光層をp形シリコン基板上に13に示すn
形溝電層の長さ方向に垂直に細長く、シかも6種類の発
光層を交互に並ペスイライブ状に形成したところに特徴
がある。各発光ダイオードのn形層への電子の注入は基
板上のn形シリコン導電層から主として行なわれる。し
たがって、n形シリコン導電層を接地し各発光層表面の
導電層に正の電圧を印加すると、発光はn形シリコン導
II層とストライプ状の発光層の交点でのみ起こる。こ
のため、発光ダイオードをマトリクス状に番地指定する
ことができる。マトリクス状に形成された赤1 ml青
色発光ダイオードを任意に選び発光させることにより九
任意の形の任意の色の画像表示が行なえる。
14 to 22 are the same as the components 2 to 10 shown in FIG. 22 constitutes a blue light emitting diode. Here, these red, green and blue light-emitting layers are formed on a p-type silicon substrate as shown in 13.
It is characterized by the fact that it is elongated perpendicular to the length direction of the shape-groove electrode layer, and six types of light-emitting layers are alternately formed in a parallel strip shape. Electrons are injected into the n-type layer of each light emitting diode primarily from the n-type silicon conductive layer on the substrate. Therefore, when the n-type silicon conductive layer is grounded and a positive voltage is applied to the conductive layer on the surface of each light-emitting layer, light emission occurs only at the intersections of the n-type silicon conductive II layer and the striped light-emitting layer. Therefore, the light emitting diodes can be addressed in a matrix. By arbitrarily selecting red, 1 ml, and blue light emitting diodes formed in a matrix and causing them to emit light, it is possible to display an image in any desired shape and color.

第4図にもう一つの画像表示体構造を示す。第4図中の
23はp形シリコン単結晶基板・24はp形シリコン基
板上に複数本ある間隔をおいて平行に形成されたn形溝
電層である。25は24のn形導電層上にのみ形成され
たn形りん化ガリウム単結晶層である。26は前記n形
りん化ガリウム単結晶層の長さ方向に直交するように細
長く、シリコン基板上およびn形りん化ガリウム層表面
上に形成されたp形りん化ガリウム層であり、27はこ
のp形りん化ガリウムとオーミンクなコンタクトがとれ
る透明導電層である。前記25および26のりん化ガリ
ウムp −n接合ダイオードは赤色光を発する。28は
前記26のp形りん化ガリウムと平行に形成されたp形
りん化ガリウム、29はオーミックコンタクトがとれる
透明導電層であり、25のn形りん化ガリウムと28の
p形りん化ガリウムでp −n接合発光ダイオードを形
成し、緑色光を発生する。
FIG. 4 shows another image display structure. In FIG. 4, 23 is a p-type silicon single crystal substrate, and 24 is a plurality of n-type groove conductor layers formed in parallel at intervals on the p-type silicon substrate. 25 is an n-type gallium phosphide single crystal layer formed only on the n-type conductive layer 24. Reference numeral 26 denotes a p-type gallium phosphide layer which is elongated and perpendicular to the length direction of the n-type gallium phosphide single crystal layer and is formed on the silicon substrate and the surface of the n-type gallium phosphide layer. It is a transparent conductive layer that can make ohmink contact with p-type gallium phosphide. The gallium phosphide p-n junction diodes 25 and 26 emit red light. 28 is p-type gallium phosphide formed in parallel with the p-type gallium phosphide of 26, 29 is a transparent conductive layer with which ohmic contact can be made, and the n-type gallium phosphide of 25 and the p-type gallium phosphide of 28 are formed. A p-n junction light emitting diode is formed to generate green light.

50はn形硫化亜鉛単結晶、31はp形硫化亜鉛単結晶
、62はp形硫化亜鉛とオーミックコンタクトのとれる
透明導電層である。30と31に示された硫化亜鉛p 
−n接合ダイオードは、青色発光ダイオードとなる◇こ
の青色発光ダイオードへのキャリアは、正孔が32の透
明導電層から、電子は25のn形りん化ガリウム層から
、それぞれ注入される。画像表示のための動作は第5図
の説明の際記した方法と同様である。第4図のような構
造にすることにより、シリコン基板表面全体にりん化ガ
リウムを覆うことができるので、工程の途中で発生する
シリコンの酸化を防止でき、素子の特性と信頼性および
歩留りを高められるという特徴がある。
50 is an n-type zinc sulfide single crystal, 31 is a p-type zinc sulfide single crystal, and 62 is a transparent conductive layer that can make ohmic contact with the p-type zinc sulfide. Zinc sulfide p shown in 30 and 31
-The n-junction diode becomes a blue light-emitting diode◇Carriers are injected into this blue light-emitting diode from the transparent conductive layer with 32 holes and the n-type gallium phosphide layer with 25 electrons, respectively. The operation for displaying an image is the same as the method described in the explanation of FIG. By creating the structure shown in Figure 4, it is possible to cover the entire surface of the silicon substrate with gallium phosphide, which prevents oxidation of silicon that occurs during the process, improving device characteristics, reliability, and yield. It has the characteristic of being

第5図はシリコン基板表面に発光素子を駆動するための
能動電子素子を作り込んだ発光体の一実施例を示す。第
5図(α)はシリコン基板の断面を表わす。33はp形
シリコン基板、35はn形シリコンエピタキシャル層、
34はアイソレーション用p+形拡散層で隣接する各電
子素子を電気的に分離している。35はn形コレクタ層
、36はp+形ベース層、37はn 形エミッタ層で、
65〜37の各層でnpnバイポーラトランジスタを形
成している。39および40は前記シリコンバイポーラ
トランジスタのn形コレクタ領域表面上にエピタキシャ
ル成長させたn形およびp形りん化ガリウム発光ダイオ
ードを示す(又はn形およびp形硫化亜鉛発光ダイオー
ドでもかまわない)。
FIG. 5 shows an embodiment of a light emitting body in which active electronic elements for driving light emitting elements are built on the surface of a silicon substrate. FIG. 5(α) shows a cross section of the silicon substrate. 33 is a p-type silicon substrate, 35 is an n-type silicon epitaxial layer,
Reference numeral 34 is a p+ type diffusion layer for isolation, which electrically isolates adjacent electronic elements. 35 is an n-type collector layer, 36 is a p+ type base layer, 37 is an n-type emitter layer,
Each of the layers 65 to 37 forms an npn bipolar transistor. 39 and 40 indicate n-type and p-type gallium phosphide light-emitting diodes (or they could also be n-type and p-type zinc sulfide light-emitting diodes) epitaxially grown on the surface of the n-type collector region of the silicon bipolar transistor.

41はシリコン基板表面および発光ダイオード層断面を
保護するための絶縁膜である。42は前記発光ダイオー
ドのp影領域からオーミックコンタクトをとるための導
電膜、46は前記バイポーラトランジスタのベース電極
、44は前記バイポーラトランジスタのエミッタ電極で
ある。この構造のデバイスにおいて、エミッタを接地し
、発光タイオードのp形側電極42にそれを発光させる
のに十分な電位を与えたのち、ペース電極43にトラン
ジスタをonさせるのに十分な電流を流せば、発光ダイ
オードに順方向電流が流れ、発光する。
41 is an insulating film for protecting the silicon substrate surface and the cross section of the light emitting diode layer. 42 is a conductive film for making ohmic contact from the p shadow region of the light emitting diode, 46 is a base electrode of the bipolar transistor, and 44 is an emitter electrode of the bipolar transistor. In a device with this structure, after grounding the emitter and applying a sufficient potential to the p-type side electrode 42 of the light-emitting diode to cause it to emit light, a current sufficient to turn on the transistor is caused to flow through the pace electrode 43. , a forward current flows through the light emitting diode and it emits light.

このとき、コレクタに流れる電流をベース電流で制御す
ることか可能であるので、発光量の制御をも行なうこと
ができる。
At this time, since it is possible to control the current flowing to the collector with the base current, the amount of light emission can also be controlled.

また第5図(、)に示した駆動素子付発光ダイオードを
第5図(6)に示したように並べると画像表示用の発光
ダイオードマトリクスが形成できる。45は前述したシ
リコン基板上のバイポーラトランジスタ146は発光ダ
イオード、47はトランジスタを0n−OFFさせ、又
は発光ダイオード?!T1流を制御するためのベース信
号線、48は発光ダイオードに電位を与え、電流を流し
込む駆動線である047のベース信号線と48の駆動線
を適当に選び、電流制御することで任意の位置の発光ダ
イオードを任意の明るさに光らせることができる。
Furthermore, by arranging the light emitting diodes with drive elements shown in FIG. 5(,) as shown in FIG. 5(6), a light emitting diode matrix for image display can be formed. 45 is the bipolar transistor 146 on the silicon substrate mentioned above, which is a light emitting diode, and 47 is a transistor that turns ON-OFF, or is it a light emitting diode? ! A base signal line 48 is used to control the T1 current, and 48 is a drive line that applies a potential to the light emitting diode and allows current to flow in. By appropriately selecting the base signal line 047 and the drive line 48, and controlling the current, it can be moved to any position. The light emitting diode can be made to shine at any desired brightness.

この発光ダイオード層を第3図や第4図に示したような
赤色、緑色および青色発光層をストライプ状に交互に並
べることでマルチカラー化が可能となる。本実施例では
シリコン基板上に形成する能動素子をバイポーラトラン
ジスタとしたが、この他にもM工SFI!:T 、 S
工T等を用いてもよい。また発光ダイオードヤトリクス
周辺のシリコン基板上には、信号線および駆動線を選び
動作させるための駆動回路を形成してもよい。
By arranging red, green, and blue light-emitting layers alternately in a striped pattern as shown in FIGS. 3 and 4, multi-color light emitting diode layers can be realized. In this example, the active element formed on the silicon substrate is a bipolar transistor, but in addition to this, M-SFI! :T, S
You may also use T. Further, a drive circuit for selecting and operating signal lines and drive lines may be formed on the silicon substrate around the light emitting diode matrix.

他の実施例としては、第6図、第4図、又は第5図に示
したどの方式でも良いが、赤色、緑色および青色の3原
色発光素子を細長く多数並べ、各素子を同時に発光させ
、その混色として白色を発光させられるような素子を作
ることができる。これは、たとえばファクシミリ、イナ
ージセンサ。
As another embodiment, any of the systems shown in FIG. 6, FIG. 4, or FIG. It is possible to create an element that can emit white light as a mixture of these colors. This is for example a facsimile or an energy sensor.

エリアセンサ等の光源として使用することができるO 〔効 果〕 半導体発光素子を同一基板上にモノリシックに並べたこ
とで、従来の発光ダイオードアレイより高密度化が可能
となり小面積でありながら高解像度の画像表示体が得ら
れた。また、平面構造でありながら、自己発光型である
ので、従来の液晶ディスプレイが特徴とする平坦および
軽量という機能性を備えたまま、高輝度、高コントラス
トという性能を得ることができた。
O can be used as a light source for area sensors, etc. [Effects] By monolithically arranging semiconductor light emitting elements on the same substrate, it is possible to achieve higher density than conventional light emitting diode arrays, resulting in high resolution in a small area. An image display body was obtained. Furthermore, since it is self-luminous despite having a planar structure, it was able to achieve high brightness and high contrast while maintaining the functionality of flatness and light weight, which are characteristic of conventional liquid crystal displays.

また、シリコン単結晶基板を発光素子を形成するだめの
下地基板として選ぶことにより、その表面には発光機能
を有する化合物半導体単結晶を比較的簡単に形成でき、
p −n接合ダイオードという効率の高い発光素子を実
現できた。ンリコンの基板技術はLSI等の発展で完全
に確立されており、無欠陥で大面積のシリコン単結晶基
板が安く入手できるため、信頼性が高く安い発光体を歩
留りよく作ることが可能である。さらに、LSI等で確
立されたシリコンブレーナ技術により、性能のよい電子
回路を組み込めるのも特徴である。
In addition, by selecting a silicon single crystal substrate as the base substrate for forming a light emitting element, a compound semiconductor single crystal having a light emitting function can be formed on its surface relatively easily.
We were able to create a highly efficient light emitting device called a p-n junction diode. Nricon's substrate technology has been fully established through the development of LSI, etc., and defect-free, large-area silicon single crystal substrates can be obtained at low cost, making it possible to produce highly reliable and inexpensive light emitters with a high yield. Another feature is that high-performance electronic circuits can be incorporated using silicon brainer technology, which has been established for LSI and other technologies.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図から第5図までは本発明における実施例を示し、
第1図(α)〜(c)および第2図(α)〜(c)は本
発明においてシリコン基板上に赤、緑、青色発光素子を
形成する際の基本的な説明図を、第3図fa)〜(c)
および第4図(α)〜(e)は、発光素子をマ) IJ
クス状に並べるという実施例を、そして第5図(α) 
、 (b+はシリコン基板上に発光素子駆動用の能動電
子回路を形成した発光体の説明図である。 1・・・n形シリコン単結晶基板 2,14・・・n形りん化ガリウムエピタキシャル層 3.15・・・p形りん化ガリウムエピタキシャル層 4.7,16.19・・・透明導電層 5.17・・・n形りん化ガリウムエピタキシャル層 6.18・・・p形りん化ガリウムエピタキシャル層 8.20・・・n形硫化亜鉛 9.21・・・p形硫化亜鉛 10.22・・・透明導電層 11・・・シリコン基板コンタクト1MJi12.23
・・・p形シリコン単結晶基板13.24・・・n形シ
リコン導電層 25・・・n形りん化ガリウムエピタキシャル層26・
・・p形りん化ガリウムエピタキシャル層27.29・
・・透明導電層 28・・・p形りん化ガリウムエピタキシャル層30・
・・n形硫化亜鉛 31・・p形硫化亜鉛 32・・透明導電層 36・・・p形シリコン単結晶基板 34・・・p 膨拡散層 35・・・n形シリコンエピタキシャル層、コレクタ領
域 36・・・p 形ベース層 37・・・n 形エミッタ層 39・・rL形りん化ガリウム層 40・・・p形りん化ガリウム層 41・・・バッシベーショア膜 42・・・透明導電膜 46・・・ベース電極 44・・・エミッタ電極 45・・・駆動用バイポーラトランジスタ46・・・発
光ダイオード 47・・・ベース信号線 48・・・駆動線 第3図 第4図
1 to 5 show embodiments of the present invention,
Figures 1 (α) to (c) and Figures 2 (α) to (c) are basic explanatory diagrams for forming red, green, and blue light emitting elements on a silicon substrate in the present invention. Figures fa) to (c)
and FIG. 4(α) to (e) show the light emitting elements (IJ).
An example of arranging them in a box shape, and Fig. 5 (α)
, (b+ is an explanatory diagram of a light emitting body in which an active electronic circuit for driving a light emitting element is formed on a silicon substrate. 1... N-type silicon single crystal substrate 2, 14... N-type gallium phosphide epitaxial layer 3.15...p-type gallium phosphide epitaxial layer 4.7, 16.19...transparent conductive layer 5.17...n-type gallium phosphide epitaxial layer 6.18...p-type gallium phosphide Epitaxial layer 8.20...N-type zinc sulfide 9.21...P-type zinc sulfide 10.22...Transparent conductive layer 11...Silicon substrate contact 1MJi12.23
...p-type silicon single crystal substrate 13.24...n-type silicon conductive layer 25...n-type gallium phosphide epitaxial layer 26.
...p-type gallium phosphide epitaxial layer 27.29.
・Transparent conductive layer 28 ・P-type gallium phosphide epitaxial layer 30 ・
... N-type zinc sulfide 31 ... P-type zinc sulfide 32 ... Transparent conductive layer 36 ... P-type silicon single crystal substrate 34 ... P swelling diffusion layer 35 ... N-type silicon epitaxial layer, collector region 36 . . . P-type base layer 37 . ... Base electrode 44 ... Emitter electrode 45 ... Driving bipolar transistor 46 ... Light emitting diode 47 ... Base signal line 48 ... Drive line Fig. 3 Fig. 4

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)赤色光を発光せしめるりん化ガリウムエピタキシ
ャル薄膜と、緑色光を発光せしめるりん化ガリウムエピ
タキシャル薄膜と、青色光を発光せしめる硫化亜鉛エピ
タキシャル薄膜のうち、少なくとも一種類のエピタキシ
ャル薄膜をシリコン単結晶基板表面上にヘテロエピタキ
シャル成長させるか、もしくは前記赤色、緑色および青
色を発光せしめるエピタキシャル薄膜をシリコン単結晶
基板表面上に積層させてヘテロエピタキシャル成長させ
たことを特徴とする半導体装置。
(1) At least one type of epitaxial thin film selected from among a gallium phosphide epitaxial thin film that emits red light, a gallium phosphide epitaxial thin film that emits green light, and a zinc sulfide epitaxial thin film that emits blue light is deposited on a silicon single crystal substrate. 1. A semiconductor device characterized in that the semiconductor device is grown by heteroepitaxial growth on the surface of the substrate, or by stacking the epitaxial thin films that emit red, green, and blue light on the surface of a silicon single crystal substrate.
(2)シリコン単結晶基板上に、該基板の導電型とは異
なる導電型の導電層を形成し、該基板および該導電層上
に、赤色、緑色および青色を発光せしめるエピタキシャ
ル薄膜のうち少なくとも一種類のエピタキシャル薄膜を
ストライプ状又はマトリクス状に形成し、さらに前記エ
ピタキシャル薄膜の最表面に透明な導電膜を形成したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の半導体装
置。
(2) A conductive layer of a conductivity type different from that of the substrate is formed on a silicon single crystal substrate, and at least one of the epitaxial thin films that emit red, green, and blue light is formed on the substrate and the conductive layer. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein epitaxial thin films of different types are formed in a stripe shape or matrix shape, and a transparent conductive film is further formed on the outermost surface of the epitaxial thin film.
(3)前記シリコン基板上の導電層と、前記透明導電膜
を電気配線として用いたことを特徴とする特許請求の範
囲第1項に記載の半導体装置。
(3) The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive layer on the silicon substrate and the transparent conductive film are used as electrical wiring.
(4)シリコン単結晶基板上に、赤色、緑色および青色
発光体を駆動するための能動電子回路を形成したことを
特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の半導体装置。
(4) The semiconductor device according to claim 1, wherein active electronic circuits for driving red, green, and blue light emitters are formed on a silicon single crystal substrate.
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