JPH1174566A - 多色発光素子 - Google Patents
多色発光素子Info
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- JPH1174566A JPH1174566A JP23363997A JP23363997A JPH1174566A JP H1174566 A JPH1174566 A JP H1174566A JP 23363997 A JP23363997 A JP 23363997A JP 23363997 A JP23363997 A JP 23363997A JP H1174566 A JPH1174566 A JP H1174566A
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- Japan
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- light emitting
- layer
- emitting portion
- mixed crystal
- iii
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 室温連続動作で１００００時間以上の寿命を
有し、一連の結晶成長により同一基板上に赤、緑、青の
三原色発光部が形成され、微小な画素を構成する。III
−V族窒化物半導体において容易に赤色発光させる。 【解決手段】 多色発光素子１０は２種又は３種以上の
III−V族窒化物半導体からなる赤色発光部１１、緑色発
光部１２及び青色発光部１３の三原色発光部が同一基板
３２上に一体的に形成される。これらの赤色発光部、緑
色発光部及び青色発光部はそれぞれ同一組成系であっ
て、その組成系を構成する元素比を変えて作られる。赤
色発光部１１、緑色発光部１２及び青色発光部１３の三
原色発光部は同一基板３２上に結晶成長により集積形成
され、III−V族窒化物半導体はIII−V族窒化物三元混晶
半導体であるＡｌXＩｎ1-XＮ（但し、０≦ｘ≦１）によ
り構成される。
有し、一連の結晶成長により同一基板上に赤、緑、青の
三原色発光部が形成され、微小な画素を構成する。III
−V族窒化物半導体において容易に赤色発光させる。 【解決手段】 多色発光素子１０は２種又は３種以上の
III−V族窒化物半導体からなる赤色発光部１１、緑色発
光部１２及び青色発光部１３の三原色発光部が同一基板
３２上に一体的に形成される。これらの赤色発光部、緑
色発光部及び青色発光部はそれぞれ同一組成系であっ
て、その組成系を構成する元素比を変えて作られる。赤
色発光部１１、緑色発光部１２及び青色発光部１３の三
原色発光部は同一基板３２上に結晶成長により集積形成
され、III−V族窒化物半導体はIII−V族窒化物三元混晶
半導体であるＡｌXＩｎ1-XＮ（但し、０≦ｘ≦１）によ
り構成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は赤色、緑色及び青色
の三原色を自己発光させてフルカラー表示を行う多色発
光素子に関するものである。
の三原色を自己発光させてフルカラー表示を行う多色発
光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと
いう）を用いたフルカラー表示は、赤色、緑色及び青色
を発する３種類のＬＥＤチップを１つの素子に配置する
ことにより行われていた（例えば、特開平６−１５１９
７４、同７−２８３４３８、同８−１２５２２９）。こ
の従来のフルカラー表示では、３種類のＬＥＤチップを
１つの素子に配置するために、１画素の大きさが５〜１
０ｍｍ程度となる。こうした大きな画素により、例えば
たて２５６画素、よこ２５６画素を有するディスプレイ
を形成する場合には、表示領域全体で１００インチ以上
の大画面となり、このフルカラー表示装置は屋外若しく
は大きなホールでの使用に限定される不具合がある。特
にこの装置では、高解像度に表示しようとする場合には
更に大型化してしまう問題点がある。
いう）を用いたフルカラー表示は、赤色、緑色及び青色
を発する３種類のＬＥＤチップを１つの素子に配置する
ことにより行われていた（例えば、特開平６−１５１９
７４、同７−２８３４３８、同８−１２５２２９）。こ
の従来のフルカラー表示では、３種類のＬＥＤチップを
１つの素子に配置するために、１画素の大きさが５〜１
０ｍｍ程度となる。こうした大きな画素により、例えば
たて２５６画素、よこ２５６画素を有するディスプレイ
を形成する場合には、表示領域全体で１００インチ以上
の大画面となり、このフルカラー表示装置は屋外若しく
は大きなホールでの使用に限定される不具合がある。特
にこの装置では、高解像度に表示しようとする場合には
更に大型化してしまう問題点がある。
【０００３】この点を解決するために、同一のＧａＡｓ
などの基板上にII-VI族化合物半導体からなる三原色発
光部が結晶成長により集積形成されてなる半導体表示装
置が提案されている（特開平６−２４４５０６）。この
半導体表示装置では、同一基板上にＺｎＳ、（ＺｎＣ
ｄ）（ＳｅＴｅ）、Ｃｄ（ＳｅＴｅ）の各青、緑及び赤
色発光部を用い、これらの発光部をＺｎ（ＳＳｅ）又は
（ＭｇＺｎ）（ＳＳｅ）よりなる導電型クラッド層によ
り挟むことにより三原色発光部を構成している。Ｚｎと
Ｃｄの組成比をマスクを用いて制御することにより、こ
れらの発光部を青、緑、赤、緑、青の順番で同一基板上
に一連の結晶成長で形成することを容易にし、またこれ
らの発光部をＺｎ（ＳＳｅ）又は（ＭｇＺｎ）（ＳＳ
ｅ）で挟んだ構造にすることにより同一基板上に赤色、
緑色、青色の発光素子、即ちＬＥＤ又はレーザダイオー
ド（以下、ＬＤという）の結晶成長によって集積形成す
ることを可能にしている。
などの基板上にII-VI族化合物半導体からなる三原色発
光部が結晶成長により集積形成されてなる半導体表示装
置が提案されている（特開平６−２４４５０６）。この
半導体表示装置では、同一基板上にＺｎＳ、（ＺｎＣ
ｄ）（ＳｅＴｅ）、Ｃｄ（ＳｅＴｅ）の各青、緑及び赤
色発光部を用い、これらの発光部をＺｎ（ＳＳｅ）又は
（ＭｇＺｎ）（ＳＳｅ）よりなる導電型クラッド層によ
り挟むことにより三原色発光部を構成している。Ｚｎと
Ｃｄの組成比をマスクを用いて制御することにより、こ
れらの発光部を青、緑、赤、緑、青の順番で同一基板上
に一連の結晶成長で形成することを容易にし、またこれ
らの発光部をＺｎ（ＳＳｅ）又は（ＭｇＺｎ）（ＳＳ
ｅ）で挟んだ構造にすることにより同一基板上に赤色、
緑色、青色の発光素子、即ちＬＥＤ又はレーザダイオー
ド（以下、ＬＤという）の結晶成長によって集積形成す
ることを可能にしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平６−２
４４５０６号公報に示される半導体表示装置では、高純
度のＺｎ，Ｃｄ，Ｓ，Ｓｅ，ＴｅなどのII-VI族化合物
を用いるために、素子特性の劣化が著しく、現在、ＬＥ
Ｄ，ＬＤなどの光デバイスとして要求される室温連続動
作で１００００時間以上の寿命を達成することは非常に
困難な問題点がある。特にII−VI族化合物半導体系発光
素子では、暗点欠陥や暗線欠陥と呼ばれる欠陥の形成に
よる結晶自体の劣化が起きるために短寿命となってしま
うことが知られている。素子の寿命を支配しているこれ
らの欠陥は、結晶成長段階で既に導入された積層欠陥に
関連した欠陥がその源になっており、素子動作中に更に
増殖し、II−VI族化合物半導体系発光素子の実用化を阻
んでいる。これに対して、ＧａＮをはじめとするIII−V
族窒化物半導体では、発光素子特性は結晶の欠陥密度に
殆ど左右されることなく、ＧａＮ系青色ＬＥＤでは１０
０００時間以上の寿命を達成している。しかし、ＧａＮ
（ＩｎＧａＮ）系発光素子ではＩｎＮとＧａＮとの大き
な格子定数差に起因して大きな格子不整合を生じ、これ
により赤色発光の実現は非常に困難であった。
４４５０６号公報に示される半導体表示装置では、高純
度のＺｎ，Ｃｄ，Ｓ，Ｓｅ，ＴｅなどのII-VI族化合物
を用いるために、素子特性の劣化が著しく、現在、ＬＥ
Ｄ，ＬＤなどの光デバイスとして要求される室温連続動
作で１００００時間以上の寿命を達成することは非常に
困難な問題点がある。特にII−VI族化合物半導体系発光
素子では、暗点欠陥や暗線欠陥と呼ばれる欠陥の形成に
よる結晶自体の劣化が起きるために短寿命となってしま
うことが知られている。素子の寿命を支配しているこれ
らの欠陥は、結晶成長段階で既に導入された積層欠陥に
関連した欠陥がその源になっており、素子動作中に更に
増殖し、II−VI族化合物半導体系発光素子の実用化を阻
んでいる。これに対して、ＧａＮをはじめとするIII−V
族窒化物半導体では、発光素子特性は結晶の欠陥密度に
殆ど左右されることなく、ＧａＮ系青色ＬＥＤでは１０
０００時間以上の寿命を達成している。しかし、ＧａＮ
（ＩｎＧａＮ）系発光素子ではＩｎＮとＧａＮとの大き
な格子定数差に起因して大きな格子不整合を生じ、これ
により赤色発光の実現は非常に困難であった。
【０００５】本発明の目的は、室温連続動作で１０００
０時間以上の寿命を有し、一連の結晶成長により同一基
板上に赤、緑、青の三原色発光部が形成され、かつ微小
な画素を構成することができる多色発光素子を提供する
ことにある。本発明の別の目的は、III−V族窒化物半導
体において実現困難な赤色発光を容易に実現する多色発
光素子を提供することにある。
０時間以上の寿命を有し、一連の結晶成長により同一基
板上に赤、緑、青の三原色発光部が形成され、かつ微小
な画素を構成することができる多色発光素子を提供する
ことにある。本発明の別の目的は、III−V族窒化物半導
体において実現困難な赤色発光を容易に実現する多色発
光素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように２種又は３種以上のIII−V族窒化物半
導体からなる赤色発光部１１、緑色発光部１２及び青色
発光部１３の三原色発光部が同一基板３２上に一体的に
形成され、赤色発光部１１、緑色発光部１２及び青色発
光部１３がそれぞれ同一組成系であって、その組成系を
構成する元素比を変えて作られたことを特徴とする多色
発光素子１０である。請求項２に係る発明は、同一基板
３２上にIII−V族窒化物半導体からなる赤色発光部１
１、緑色発光部１２及び青色発光部１３の三原色発光部
が結晶成長により集積形成され、かつ上記III−V族窒化
物半導体がIII−V族窒化物三元混晶半導体であるＡｌX
Ｉｎ1-XＮ（但し、０≦ｘ≦１）により構成されたこと
を特徴とする多色発光素子１０である。このIII−V族窒
化物半導体の発光素子は、この素子特性が結晶の欠陥密
度に殆ど左右されないため、長寿命になる。また一連の
結晶成長で三原色発光部を一基板３２上に有する自己発
光型の高精細度の多色発光素子１０が得られる。更にＡ
ｌXＩｎ1-XＮでIII−V族窒化物半導体を構成することに
より、格子定数の不整合を非常に小さくし、かつ大きな
バンドギャップエネルギー変化を実現でき、III−V族窒
化物半導体において実現困難な赤色発光を容易にする。
図１に示すように２種又は３種以上のIII−V族窒化物半
導体からなる赤色発光部１１、緑色発光部１２及び青色
発光部１３の三原色発光部が同一基板３２上に一体的に
形成され、赤色発光部１１、緑色発光部１２及び青色発
光部１３がそれぞれ同一組成系であって、その組成系を
構成する元素比を変えて作られたことを特徴とする多色
発光素子１０である。請求項２に係る発明は、同一基板
３２上にIII−V族窒化物半導体からなる赤色発光部１
１、緑色発光部１２及び青色発光部１３の三原色発光部
が結晶成長により集積形成され、かつ上記III−V族窒化
物半導体がIII−V族窒化物三元混晶半導体であるＡｌX
Ｉｎ1-XＮ（但し、０≦ｘ≦１）により構成されたこと
を特徴とする多色発光素子１０である。このIII−V族窒
化物半導体の発光素子は、この素子特性が結晶の欠陥密
度に殆ど左右されないため、長寿命になる。また一連の
結晶成長で三原色発光部を一基板３２上に有する自己発
光型の高精細度の多色発光素子１０が得られる。更にＡ
ｌXＩｎ1-XＮでIII−V族窒化物半導体を構成することに
より、格子定数の不整合を非常に小さくし、かつ大きな
バンドギャップエネルギー変化を実現でき、III−V族窒
化物半導体において実現困難な赤色発光を容易にする。
【０００７】請求項３に係る発明は、請求項２に係る発
明であって、赤色発光部１１が混晶比ｘ＝０のＩｎＮ層
１９であり、緑色発光部１２が混晶比ｘ＝０．１のＡｌ
0.1Ｉｎ0.9Ｎ層１８であり、青色発光部１３が混晶比ｘ
＝０．２のＡｌ0.2Ｉｎ0.8Ｎ層１７であり、青色発光部
１３が混晶比ｘ＝０．３のＡｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層１６から
なる第１クラッド層と混晶比ｘ＝０．３のＡｌ0.3Ｉｎ
0.7Ｎ層２１からなる第２クラッド層とにより挟まれ、
緑色発光部１２が混晶比ｘ＝０．２のＡｌ0.2Ｉｎ0.8Ｎ
層１７からなる第３クラッド層と混晶比ｘ＝０．３のＡ
ｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層２１からなる第２クラッド層とにより
挟まれ、赤色発光部１１が混晶比ｘ＝０．１のＡｌ0.1
Ｉｎ0.9Ｎ層１８からなる第４クラッド層と混晶比ｘ＝
０．１のＡｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層１９からなる第５クラッド
層とにより挟まれて構成された多色発光素子である。Ａ
ｌ，Ｉｎ，Ｎの混晶比を上記のように変えることによ
り、赤色発光部、緑色発光部、青色発光部及び第１〜第
５クラッド層を形成することができ、これにより請求項
２に係る発明の効果をより高める。
明であって、赤色発光部１１が混晶比ｘ＝０のＩｎＮ層
１９であり、緑色発光部１２が混晶比ｘ＝０．１のＡｌ
0.1Ｉｎ0.9Ｎ層１８であり、青色発光部１３が混晶比ｘ
＝０．２のＡｌ0.2Ｉｎ0.8Ｎ層１７であり、青色発光部
１３が混晶比ｘ＝０．３のＡｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層１６から
なる第１クラッド層と混晶比ｘ＝０．３のＡｌ0.3Ｉｎ
0.7Ｎ層２１からなる第２クラッド層とにより挟まれ、
緑色発光部１２が混晶比ｘ＝０．２のＡｌ0.2Ｉｎ0.8Ｎ
層１７からなる第３クラッド層と混晶比ｘ＝０．３のＡ
ｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層２１からなる第２クラッド層とにより
挟まれ、赤色発光部１１が混晶比ｘ＝０．１のＡｌ0.1
Ｉｎ0.9Ｎ層１８からなる第４クラッド層と混晶比ｘ＝
０．１のＡｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層１９からなる第５クラッド
層とにより挟まれて構成された多色発光素子である。Ａ
ｌ，Ｉｎ，Ｎの混晶比を上記のように変えることによ
り、赤色発光部、緑色発光部、青色発光部及び第１〜第
５クラッド層を形成することができ、これにより請求項
２に係る発明の効果をより高める。
【０００８】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。この実施の形態においては、多色発
光素子の発光部は全てIII−V族窒化物三元混晶半導体で
あるＡｌXＩｎ1-XＮ（但し、０≦ｘ≦１）により構成さ
れている。図１に示すように、多色発光素子１０の赤色
発光部１１としては混晶比ｘ＝０のＩｎＮ層１９が、ま
た緑色発光部１２としては混晶比ｘ＝０．１のＡｌ0.1
Ｉｎ0.9Ｎ層１８が、更に青色発光部１３としては混晶
比ｘ＝０．２のＡｌ0.2Ｉｎ0.8Ｎ層１７がそれぞれ用い
られる。これらの発光部１１〜１３は各発光部よりも大
きな混晶比となるＡｌXＩｎ1-XＮ層により挟まれたダブ
ルヘテロ構造を有する三原色発光ＬＥＤからなってい
る。
基づいて説明する。この実施の形態においては、多色発
光素子の発光部は全てIII−V族窒化物三元混晶半導体で
あるＡｌXＩｎ1-XＮ（但し、０≦ｘ≦１）により構成さ
れている。図１に示すように、多色発光素子１０の赤色
発光部１１としては混晶比ｘ＝０のＩｎＮ層１９が、ま
た緑色発光部１２としては混晶比ｘ＝０．１のＡｌ0.1
Ｉｎ0.9Ｎ層１８が、更に青色発光部１３としては混晶
比ｘ＝０．２のＡｌ0.2Ｉｎ0.8Ｎ層１７がそれぞれ用い
られる。これらの発光部１１〜１３は各発光部よりも大
きな混晶比となるＡｌXＩｎ1-XＮ層により挟まれたダブ
ルヘテロ構造を有する三原色発光ＬＥＤからなってい
る。
【０００９】この多色発光素子１０は図２に示す分子線
エピタキシー（以下、ＭＢＥという）装置３０により製
造される。この装置３０のチャンバ３１内にはＧａＡ
ｓ，ＧａＰなどからなる基板３２を保持する基板ホルダ
３３が設けられる。このチャンバ３１は結晶成長時には
１０-8Ｔｏｒｒ程度以下の超高真空圧に維持される。保
持された基板３２に対向する位置には複数のＫセルと称
せられる分子線源３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３
４ｅが配設され、基板３２と分子線源３４ａ〜３４ｅと
の間にはそれぞれの分子線を制御するためのシャッタ３
５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅが配設される。
基板ホルダ３３には図示しないヒータが取付けられ、こ
のヒータは基板温度を制御できるようになっている。３
６はプラズマ発生源、３７はそのシャッタ、３８は予備
室である。
エピタキシー（以下、ＭＢＥという）装置３０により製
造される。この装置３０のチャンバ３１内にはＧａＡ
ｓ，ＧａＰなどからなる基板３２を保持する基板ホルダ
３３が設けられる。このチャンバ３１は結晶成長時には
１０-8Ｔｏｒｒ程度以下の超高真空圧に維持される。保
持された基板３２に対向する位置には複数のＫセルと称
せられる分子線源３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３
４ｅが配設され、基板３２と分子線源３４ａ〜３４ｅと
の間にはそれぞれの分子線を制御するためのシャッタ３
５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅが配設される。
基板ホルダ３３には図示しないヒータが取付けられ、こ
のヒータは基板温度を制御できるようになっている。３
６はプラズマ発生源、３７はそのシャッタ、３８は予備
室である。
【００１０】この装置３０を用いて、多色発光素子１０
は以下の結晶成長工程により作られる。先ず高純度のＡ
ｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｓｉ，Ｍｇを分子線源３４ａ，３４
ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅにそれぞれ充填しておく。
ＳｉとＭｇはそれぞれｎ型及びｐ型結晶を得るためのド
ーパントとして用いられる。次いで塩酸などを用いて表
面を清浄にした基板３２を基板ホルダ３３に装着する。
チャンバ３１内を排気して１０-8Ｔｏｒｒ程度以下の超
高真空圧にした後、分子線源を３４ａ〜３４ｅをそれぞ
れ加熱して所望の分子線強度が得られるように設定して
おく。
は以下の結晶成長工程により作られる。先ず高純度のＡ
ｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｓｉ，Ｍｇを分子線源３４ａ，３４
ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅにそれぞれ充填しておく。
ＳｉとＭｇはそれぞれｎ型及びｐ型結晶を得るためのド
ーパントとして用いられる。次いで塩酸などを用いて表
面を清浄にした基板３２を基板ホルダ３３に装着する。
チャンバ３１内を排気して１０-8Ｔｏｒｒ程度以下の超
高真空圧にした後、分子線源を３４ａ〜３４ｅをそれぞ
れ加熱して所望の分子線強度が得られるように設定して
おく。
【００１１】次に基板３２を５００〜６５０℃に加熱し
て、基板表面を更に清浄化する。その後、基板温度を４
００℃程度に下げて、後述するＡｌXＩｎ1-XＮ層と基板
３２との間の緩衝層として、図３（ａ）に示すように基
板３２上に薄いＧａＮ緩衝層１４及びＩｎＮ緩衝層１５
の成長を行う。Ｇａ及びＩｎはそれぞれ分子線源３４ｃ
及び３４ｂから、Ｎは反応性の高いＮラジカルの状態で
プラズマ発生源３６から基板表面に供給される。この例
では、基板３２がｎ型結晶であるので、Ｓｉをドーパン
トとして分子線源３４ｄから照射して基板３２の伝導型
を同一にする。もし基板３２がｐ型結晶であればＭｇを
ドーパントとして分子線源３４ｅから照射して基板３２
の伝導型を同一にする。
て、基板表面を更に清浄化する。その後、基板温度を４
００℃程度に下げて、後述するＡｌXＩｎ1-XＮ層と基板
３２との間の緩衝層として、図３（ａ）に示すように基
板３２上に薄いＧａＮ緩衝層１４及びＩｎＮ緩衝層１５
の成長を行う。Ｇａ及びＩｎはそれぞれ分子線源３４ｃ
及び３４ｂから、Ｎは反応性の高いＮラジカルの状態で
プラズマ発生源３６から基板表面に供給される。この例
では、基板３２がｎ型結晶であるので、Ｓｉをドーパン
トとして分子線源３４ｄから照射して基板３２の伝導型
を同一にする。もし基板３２がｐ型結晶であればＭｇを
ドーパントとして分子線源３４ｅから照射して基板３２
の伝導型を同一にする。
【００１２】図３（ａ）に示すように、ＧａＮ緩衝層１
４及びＩｎＮ緩衝層１５を成長させた後、ＩｎＮ緩衝層
１５上にｎ型Ａｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層１６と、Ａｌ0.2Ｉｎ
0.8Ｎ層１７と、Ａｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層１８と、ＩｎＮ層
１９と、Ａｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層２０とをこの順序で成長さ
せる。このようにＡｌXＩｎ1-XＮにおけるｘの値を０．
３から０．２，０．１，０，０．１と順次緩やかに変化
させることにより、各層の格子定数の整合をはかること
ができる。これらの層を形成した後、一旦結晶成長を中
断し、ＡｌXＩｎ1-XＮ多層構造を有する基板３２をチャ
ンバ３１から取出し、フォトリソグラフィなどを用いて
基板３２上のＡｌXＩｎ1-XＮ多層構造をパターンニング
加工する。即ち、最上層にフォトレジストを塗布し、マ
スキングをした後、露光し、更に反応性イオンエッチン
グ（以下、ＲＩＥという）を行うことにより、図３
（ｂ）に示すように部分的にＡｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層１８及
びＡｌ0.2Ｉｎ0.8Ｎ層１７をそれぞれ露出させる。その
後、ＫＯＨなどのエッチャントを用いて湿式エッチング
を行うことにより、ＲＩＥによって導入されたダメージ
層を除去する。
４及びＩｎＮ緩衝層１５を成長させた後、ＩｎＮ緩衝層
１５上にｎ型Ａｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層１６と、Ａｌ0.2Ｉｎ
0.8Ｎ層１７と、Ａｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層１８と、ＩｎＮ層
１９と、Ａｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層２０とをこの順序で成長さ
せる。このようにＡｌXＩｎ1-XＮにおけるｘの値を０．
３から０．２，０．１，０，０．１と順次緩やかに変化
させることにより、各層の格子定数の整合をはかること
ができる。これらの層を形成した後、一旦結晶成長を中
断し、ＡｌXＩｎ1-XＮ多層構造を有する基板３２をチャ
ンバ３１から取出し、フォトリソグラフィなどを用いて
基板３２上のＡｌXＩｎ1-XＮ多層構造をパターンニング
加工する。即ち、最上層にフォトレジストを塗布し、マ
スキングをした後、露光し、更に反応性イオンエッチン
グ（以下、ＲＩＥという）を行うことにより、図３
（ｂ）に示すように部分的にＡｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層１８及
びＡｌ0.2Ｉｎ0.8Ｎ層１７をそれぞれ露出させる。その
後、ＫＯＨなどのエッチャントを用いて湿式エッチング
を行うことにより、ＲＩＥによって導入されたダメージ
層を除去する。
【００１３】この後、パターンニングされたＡｌXＩｎ
1-XＮ多層構造を有する基板３２を基板ホルダ３３に装
填して再びチャンバ３１内に入れ、前述した方法と同じ
ＭＢＥ法により図３（ｃ）に示すようにｐ型Ａｌ0.3Ｉ
ｎ0.7Ｎ層２１を成長させ、結晶成長工程を終了する。
図３（ｄ）に示すように、このようにして得られたＡｌ
XＩｎ1-XＮ多層構造を有する基板３２の裏面及びｐ型Ａ
ｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層２１上の全面にスパッタリングや電子
ビーム蒸着などにより電極２２及び２３をさせ、ＡｌX
Ｉｎ1-XＮ多層構造が各発光部毎に分断されるように、
即ち先に行われたパターンニングに沿うように、再びフ
ォトリソグラフィなどを用いて溝２４を形成し、図１に
示される三原色多色発光素子１０を得る。ここで、青色
発光部１３はＡｌ0.2Ｉｎ0.8Ｎ層１７により構成され、
かつＡｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層１６からなる第１クラッド層と
Ａｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層２１からなる第２クラッド層とによ
り挟まれる。また緑色発光部１２はＡｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層
１８により構成され、かつＡｌ0.2Ｉｎ0.8Ｎ層１７から
なる第３クラッド層とＡｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層２１からなる
第２クラッド層とにより挟まれる。更に赤色発光部１１
はＩｎＮ層１９により構成され、かつＡｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ
層１８からなる第４クラッド層とＡｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層１
９からなる第５クラッド層とにより挟まれる。この場
合、ｐ型Ａｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層２１上に形成される電極２
２は光透過性のある金属薄膜又はＩＴＯ（Ｉｎ，Ｓｎの
複合酸化物）薄膜により構成される。
1-XＮ多層構造を有する基板３２を基板ホルダ３３に装
填して再びチャンバ３１内に入れ、前述した方法と同じ
ＭＢＥ法により図３（ｃ）に示すようにｐ型Ａｌ0.3Ｉ
ｎ0.7Ｎ層２１を成長させ、結晶成長工程を終了する。
図３（ｄ）に示すように、このようにして得られたＡｌ
XＩｎ1-XＮ多層構造を有する基板３２の裏面及びｐ型Ａ
ｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層２１上の全面にスパッタリングや電子
ビーム蒸着などにより電極２２及び２３をさせ、ＡｌX
Ｉｎ1-XＮ多層構造が各発光部毎に分断されるように、
即ち先に行われたパターンニングに沿うように、再びフ
ォトリソグラフィなどを用いて溝２４を形成し、図１に
示される三原色多色発光素子１０を得る。ここで、青色
発光部１３はＡｌ0.2Ｉｎ0.8Ｎ層１７により構成され、
かつＡｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層１６からなる第１クラッド層と
Ａｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層２１からなる第２クラッド層とによ
り挟まれる。また緑色発光部１２はＡｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層
１８により構成され、かつＡｌ0.2Ｉｎ0.8Ｎ層１７から
なる第３クラッド層とＡｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層２１からなる
第２クラッド層とにより挟まれる。更に赤色発光部１１
はＩｎＮ層１９により構成され、かつＡｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ
層１８からなる第４クラッド層とＡｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層１
９からなる第５クラッド層とにより挟まれる。この場
合、ｐ型Ａｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層２１上に形成される電極２
２は光透過性のある金属薄膜又はＩＴＯ（Ｉｎ，Ｓｎの
複合酸化物）薄膜により構成される。
【００１４】このようにして得られた多色発光素子１０
は、パターンニングによって形成される発光部１１、１
２及び１３の面積比を調整することにより、所望の発光
強度比をとることができ、ホワイトバランスを容易に行
うことができる。例えば青色は視感度が低いため、これ
を補う必要から青色発光部１３の面積は他の発光部１
１，１２の面積より広くする。そしてこの多色発光素子
１０を基板３２上に二次元的に集積することにより、１
つの多色発光素子１０を一画素とした高解像度の薄型フ
ルカラーディスプレイを構成することができる。
は、パターンニングによって形成される発光部１１、１
２及び１３の面積比を調整することにより、所望の発光
強度比をとることができ、ホワイトバランスを容易に行
うことができる。例えば青色は視感度が低いため、これ
を補う必要から青色発光部１３の面積は他の発光部１
１，１２の面積より広くする。そしてこの多色発光素子
１０を基板３２上に二次元的に集積することにより、１
つの多色発光素子１０を一画素とした高解像度の薄型フ
ルカラーディスプレイを構成することができる。
【００１５】なお、本発明の実施の形態は、上記に限定
されるものではなく、それぞれの発光部とクラッド層と
の間にガイド層を設けるなど、種々の変更が可能であ
る。また結晶成長法の上述のＭＢＥ法に限定されるもの
ではなく、例えばＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法や
ＡＬＥ（原子層エピタキシー）法などの各種薄膜成長法
を用いることができる。
されるものではなく、それぞれの発光部とクラッド層と
の間にガイド層を設けるなど、種々の変更が可能であ
る。また結晶成長法の上述のＭＢＥ法に限定されるもの
ではなく、例えばＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法や
ＡＬＥ（原子層エピタキシー）法などの各種薄膜成長法
を用いることができる。
【００１６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、室
温連続動作で１００００時間以上の寿命を有し、一連の
結晶成長により同一基板上に赤、緑、青の三原色発光部
が形成され、かつ微小な画素を構成することができる。
この結果、本発明の多色発光素子は室内において高解像
度にカラー表示できる。特に窒化物半導体層の組成を変
化させて一連の結晶成長を行うことにより、III−V族窒
化物半導体において容易に赤色発光させることができ
る。
温連続動作で１００００時間以上の寿命を有し、一連の
結晶成長により同一基板上に赤、緑、青の三原色発光部
が形成され、かつ微小な画素を構成することができる。
この結果、本発明の多色発光素子は室内において高解像
度にカラー表示できる。特に窒化物半導体層の組成を変
化させて一連の結晶成長を行うことにより、III−V族窒
化物半導体において容易に赤色発光させることができ
る。
【図１】本発明の多色発光素子の断面構成図。
【図２】その多色発光素子を製造するための分子線エピ
タキシー装置の構成図。
タキシー装置の構成図。
【図３】その多色発光素子の製造工程を工程順に示す断
面構成図。
面構成図。
１０ 多色発光素子 １１ 赤色発光部 １２ 緑色発光部 １３ 青色発光部 １６ Ａｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層（第１クラッド層） １７ Ａｌ0.2Ｉｎ0.8Ｎ層（青色発光部、第３クラッド
層） １８ Ａｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層（緑色発光部、第４クラッド
層） １９ ＩｎＮ層（赤色発光部） ２０ Ａｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層（第５クラッド層） ２１ Ａｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層（第２クラッド層） ３２ 基板
層） １８ Ａｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層（緑色発光部、第４クラッド
層） １９ ＩｎＮ層（赤色発光部） ２０ Ａｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層（第５クラッド層） ２１ Ａｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層（第２クラッド層） ３２ 基板
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年１月２７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】この装置３０を用いて、多色発光素子１０
は以下の結晶成長工程により作られる。先ず高純度のＡ
ｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｓｉ，Ｍｇを分子線源３４ａ，３４
ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅにそれぞれ充填しておく。
ＳｉとＭｇはそれぞれｎ型及びｐ型結晶を得るためのド
ーパントとして用いられる。次いで塩酸などを用いて表
面を清浄にした基板３２を基板ホルダ３３に装着する。
チャンバ３１内を排気して１０-8Ｔｏｒｒ程度以下の超
高真空圧にした後、分子線源を３４ａ〜３４ｅをそれぞ
れ加熱して所望の分子線強度が得られるように設定して
おく。
は以下の結晶成長工程により作られる。先ず高純度のＡ
ｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｓｉ，Ｍｇを分子線源３４ａ，３４
ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅにそれぞれ充填しておく。
ＳｉとＭｇはそれぞれｎ型及びｐ型結晶を得るためのド
ーパントとして用いられる。次いで塩酸などを用いて表
面を清浄にした基板３２を基板ホルダ３３に装着する。
チャンバ３１内を排気して１０-8Ｔｏｒｒ程度以下の超
高真空圧にした後、分子線源を３４ａ〜３４ｅをそれぞ
れ加熱して所望の分子線強度が得られるように設定して
おく。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】この後、パターンニングされたＡｌXＩｎ
1-XＮ多層構造を有する基板３２を基板ホルダ３３に装
填して再びチャンバ３１内に入れ、前述した方法と同じ
ＭＢＥ法により図３（ｃ）に示すようにｐ型Ａｌ0.3Ｉ
ｎ0.7Ｎ層２１を成長させ、結晶成長工程を終了する。
図３（ｄ）に示すように、このようにして得られたＡｌ
XＩｎ1-XＮ多層構造を有する基板３２の裏面及びｐ型Ａ
ｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層２１上の全面にスパッタリングや電子
ビーム蒸着などにより電極２２及び２３を形成し、Ａｌ
XＩｎ1-XＮ多層構造が各発光部毎に分断されるように、
即ち先に行われたパターンニングに沿うように、再びフ
ォトリソグラフィなどを用いて溝２４を形成し、図１に
示される三原色多色発光素子１０を得る。ここで、青色
発光部１３はＡｌ0.2Ｉｎ0.8Ｎ層１７により構成され、
かつＡｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層１６からなる第１クラッド層と
Ａｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層２１からなる第２クラッド層とによ
り挟まれる。また緑色発光部１２はＡｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層
１８により構成され、かつＡｌ0.2Ｉｎ0.8Ｎ層１７から
なる第３クラッド層とＡｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層２１からなる
第２クラッド層とにより挟まれる。更に赤色発光部１１
はＩｎＮ層１９により構成され、かつＡｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ
層１８からなる第４クラッド層とＡｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層１
９からなる第５クラッド層とにより挟まれる。この場
合、ｐ型Ａｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層２１上に形成される電極２
２は光透過性のある金属薄膜又はＩＴＯ（Ｉｎ，Ｓｎの
複合酸化物）薄膜により構成される。
1-XＮ多層構造を有する基板３２を基板ホルダ３３に装
填して再びチャンバ３１内に入れ、前述した方法と同じ
ＭＢＥ法により図３（ｃ）に示すようにｐ型Ａｌ0.3Ｉ
ｎ0.7Ｎ層２１を成長させ、結晶成長工程を終了する。
図３（ｄ）に示すように、このようにして得られたＡｌ
XＩｎ1-XＮ多層構造を有する基板３２の裏面及びｐ型Ａ
ｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層２１上の全面にスパッタリングや電子
ビーム蒸着などにより電極２２及び２３を形成し、Ａｌ
XＩｎ1-XＮ多層構造が各発光部毎に分断されるように、
即ち先に行われたパターンニングに沿うように、再びフ
ォトリソグラフィなどを用いて溝２４を形成し、図１に
示される三原色多色発光素子１０を得る。ここで、青色
発光部１３はＡｌ0.2Ｉｎ0.8Ｎ層１７により構成され、
かつＡｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層１６からなる第１クラッド層と
Ａｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層２１からなる第２クラッド層とによ
り挟まれる。また緑色発光部１２はＡｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層
１８により構成され、かつＡｌ0.2Ｉｎ0.8Ｎ層１７から
なる第３クラッド層とＡｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層２１からなる
第２クラッド層とにより挟まれる。更に赤色発光部１１
はＩｎＮ層１９により構成され、かつＡｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ
層１８からなる第４クラッド層とＡｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層１
９からなる第５クラッド層とにより挟まれる。この場
合、ｐ型Ａｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層２１上に形成される電極２
２は光透過性のある金属薄膜又はＩＴＯ（Ｉｎ，Ｓｎの
複合酸化物）薄膜により構成される。
フロントページの続き (72)発明者 田村 佳子 埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社総合研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】 ２種又は３種以上のIII−V族窒化物半導
体からなる赤色発光部(11)、緑色発光部(12)及び青色発
光部(13)の三原色発光部が同一基板(32)上に一体的に形
成され、前記赤色発光部(11)、緑色発光部(12)及び青色
発光部(13)がそれぞれ同一組成系であって、その組成系
を構成する元素比を変えて作られたことを特徴とする多
色発光素子。 - 【請求項２】 同一基板(32)上にIII−V族窒化物半導体
からなる赤色発光部(11)、緑色発光部(12)及び青色発光
部(13)の三原色発光部が結晶成長により集積形成され、
かつ前記III−V族窒化物半導体がIII−V族窒化物三元混
晶半導体であるＡｌXＩｎ1-XＮ（但し、０≦ｘ≦１）に
より構成されたことを特徴とする多色発光素子。 - 【請求項３】 III−V族窒化物半導体がIII−V族窒化物
三元混晶半導体であるＡｌXＩｎ1-XＮ（但し、０≦ｘ≦
１）により構成され、 赤色発光部(11)が混晶比ｘ＝０のＩｎＮ層(19)であり、 緑色発光部(12)が混晶比ｘ＝０．１のＡｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ
層(18)であり、 青色発光部(13)が混晶比ｘ＝０．２のＡｌ0.2Ｉｎ0.8Ｎ
層(17)であり、 前記青色発光部(13)が混晶比ｘ＝０．３のＡｌ0.3Ｉｎ
0.7Ｎ層(16)からなる第１クラッド層と混晶比ｘ＝０．
３のＡｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層(21)からなる第２クラッド層と
により挟まれ、 前記緑色発光部(12)が混晶比ｘ＝０．２のＡｌ0.2Ｉｎ
0.8Ｎ層(17)からなる第３クラッド層と混晶比ｘ＝０．
３のＡｌ0.3Ｉｎ0.7Ｎ層(21)からなる第２クラッド層と
により挟まれ、 前記赤色発光部(11)が混晶比ｘ＝０．１のＡｌ0.1Ｉｎ
0.9Ｎ層(18)からなる第４クラッド層と混晶比ｘ＝０．
１のＡｌ0.1Ｉｎ0.9Ｎ層(19)からなる第５クラッド層と
により挟まれて構成された請求項２記載の多色発光素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23363997A JPH1174566A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 多色発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23363997A JPH1174566A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 多色発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1174566A true JPH1174566A (ja) | 1999-03-16 |
Family
ID=16958202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23363997A Pending JPH1174566A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 多色発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1174566A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2004022969A (ja) * | 2002-06-19 | 2004-01-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体発光素子 |
| JP2005064475A (ja) * | 2003-07-25 | 2005-03-10 | Sharp Corp | 窒化物系化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
| KR100877869B1 (ko) * | 2002-11-21 | 2009-01-13 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 |
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| CN103681997A (zh) * | 2012-09-04 | 2014-03-26 | 鹤山丽得电子实业有限公司 | 一种所需颜色发光二极管芯片及其制造方法 |
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-
1997
- 1997-08-29 JP JP23363997A patent/JPH1174566A/ja active Pending
Cited By (27)
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| JP2013502079A (ja) * | 2009-08-12 | 2013-01-17 | ジョージア ステート ユニバーシティ リサーチ ファウンデーション，インコーポレイテッド | 高圧化学蒸着装置、方法、およびそれにより製造される組成物 |
| US10358743B2 (en) | 2009-08-12 | 2019-07-23 | Georgia State University Research Foundation, Inc. | High pressure chemical vapor deposition apparatuses, methods, and compositions produced therewith |
| JP2017108155A (ja) * | 2009-08-12 | 2017-06-15 | ジョージア ステート ユニバーシティ リサーチ ファウンデーション，インコーポレイテッド | 高圧化学蒸着装置、方法、およびそれにより製造される組成物 |
| JP2015216381A (ja) * | 2009-08-12 | 2015-12-03 | ジョージア ステート ユニバーシティ リサーチ ファウンデーション，インコーポレイテッド | 高圧化学蒸着装置、方法、およびそれにより製造される組成物 |
| WO2012127801A1 (ja) * | 2011-03-18 | 2012-09-27 | 国立大学法人山口大学 | 多波長発光素子及びその製造方法 |
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| CN105051917A (zh) * | 2013-01-24 | 2015-11-11 | 国家科学研究中心 | 用于制造单片白光二极管的方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020704 |