JP4044261B2 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数波長の光を混成して出力する半導体発光素子とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、可視光半導体発光素子（ＬＥＤ）は表示用光源として広く実用されている。実用されている主なＬＥＤ材料は、ＡｌＧａＡｓ，ＧａＡｌＰ，ＧａＰ，ＩｎＧａＡｌＰ等であり、これらの材料を用いて赤色、橙色、黄色、緑色のＬＥＤが低コストで供給されている。また近年、ＧａＮ系材料を用いた青色ＬＥＤや緑色ＬＥＤが実用化され、ＬＥＤによる３原色発光も可能となっている。
【０００３】
一方、白色発光のＬＥＤの開発も精力的に行われている。これは、白熱電球や蛍光灯に代わる照明用途として期待されている。これまでのところ、白色ＬＥＤとしては、ＧａＮ系の青色ＬＥＤとその出力光により黄色発光が励起されるＹＡＧ蛍光体を組み合わせるもの（ＧａＮ系白色ＬＥＤ）や、ＺｎＳｅ系青色ＬＥＤの基板に黄色発光の発光中心を作るもの（ＺｎＳｅ系白色ＬＥＤ）が提案されている。いずれも、青色発光とこれにより励起される黄色発光との混成（混色）により白色を放射するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来提案されている白色ＬＥＤは、いずれも寿命が短いことが実用上問題となっている。すなわち、ＧａＮ系白色ＬＥＤでは、蛍光体の特性の経時変化が大きい。ＺｎＳｅ系白色ＬＥＤでは、ＺｎＳｅ基板に発光中心を作ることによる間接遷移による黄色の発光を利用するが、これは安定した発光中心を作ることが難しい。
【０００５】
この発明は、安定した白色等の混色発光を可能とした半導体発光素子とその製造方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の一実施形態に係る半導体発光素子は、電流注入により光放射する第１の発光層を含む第１の半導体積層体と、前記第１の発光層の出力光により励起されて光放射する第２の発光層を含む第２の半導体積層体とを有し、前記第１及び第２の半導体積層体は接着されて一体化され、前記第１及び第２の発光層の放射光を混成して出力する半導体発光素子であって、前記第１の半導体積層体は、一方の面が鏡面加工された接着面となる第１の基板を有し、前記第２の半導体積層体は、第２の基板であるＧａＡｓ基板の（１００）面から［０１１］方向に傾斜した面から結晶成長させて形成された成長層の表面を前記第１の基板との接着面としたものであることを特徴とする。
【０００７】
この発明において好ましくは、前記第１の発光層は、青色光を放射するＧａＮ系半導体層であり、前記第２の発光層は、前記第１の発光層から出力される青色光により励起されて黄色光を放射するＩｎＧａＡｌＰ系半導体層であるものとする。
この発明によると、電流注入型の発光層を含む半導体積層体と、その発光光を吸収して発光する光励起型の発光層を含む半導体積層体とを、接着して一体化することにより、安定した混色発光が可能となる。特に、第１の発光層を青色光を放射するＧａＮ系半導体層とし、第２の発光層を黄色光を放射するＩｎＧａＡｌＰ系半導体層とすることにより、安定した白色発光が可能になる。
【０００９】
この発明の他の実施形態による半導体発光素子の製造方法は、第１の基板に電流注入により光放射する第１の発光層を含む半導体層を成長させると共に前記第１の基板を鏡面加工して第１の半導体積層体を形成する工程と、第２の基板であるＧａＡｓ基板の（１００）面から［０１１］方向に傾斜した面に光励起により光放射する第２の発光層を含む半導体層を成長して第２の半導体積層体を形成する工程と、前記第１の半導体積層体と第２の半導体積層体を、前記第１の発光層の放射光により前記第２の発光層が励起され、且つ第１の発光層と第２の発光層の放射光が混成して出力されるように前記第１の基板の鏡面加工された面と、前記ＧａＡｓ基板上に形成された半導体層の表面とを接着して一体化する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態によるＬＥＤの断面構造を示している。このＬＥＤは、それぞれに半導体発光層が結晶成長により形成された二つの半導体積層体１，２を接着面３で接着して一体化して作られている。
【００１２】
一方の半導体積層体１は、サファイア基板１０４にバッファ層１０５を介して、ｎ型ＧａＮクラッド層１０６、ＧａＮ／ＩｎＧａＮの多重量子井戸（ＭＱＷ）層１０７、ｐ型ＧａＮクラッド層１０８が順次結晶成長されたＬＥＤである。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０８の上には更にｐ型ＧａＮコンタクト層１０９が形成され、この上に電流注入電極である透明なｐ側電極１１０が形成されている。また半導体積層体１の一部はｎ型ＧａＮクラッド層１０６が露出するまでエッチングされ、ｎ型ＧａＮクラッド層１０６にコンタクトするｎ側電極１１１が形成されている。即ち、半導体積層体１は、ＭＱＷ層１０７を発光層とする電流注入型の青色ＬＥＤを構成している。
【００１３】
もう一方の半導体積層体２は、ＧａＡｓ基板１０１に光励起型の発光層であるＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜１０２が形成されている。多層膜１０２の上にはＩｎＡｌＰコンタクト層１０３が形成され、このコンタクト層１０３の面が半導体積層体１のサファイア基板１０４に接着されている。発光層である多層膜１０２は、半導体積層体１から放射される青色光により励起されて黄色光を放射するように組成が選択されている。
【００１４】
このＬＥＤ構造の結晶成長は、ＭＯＣＶＤ法により行われる。結晶成長の原料として、Ｇａ源にはトリメチルガリウムやトリエチルガリウムが、Ｉｎ源にはトリメチルインジウムやトリエチルインジウムが、Ａｌ源にはトリメチルアルミニウムやトリエチルアルミニウムが用いられる。また、Ｐ源にはホスフィンやターシャリブチルホスフィンが用いられ、Ｎ源にはアンモニアやヒドラジンが用いられる。ｐ型不純物にはビスシクロペンタジエルマグネシウム、ｎ型不純物にはモノシランがそれぞれ用いられる。
【００１５】
具体的な製造工程を次に説明する。
まず、半導体積層体２については、ＧａＡｓ基板１０１を有機溶剤や硫酸系エッチャントによりクリーニングした後、ＭＯＣＶＤ装置に導入する。基板を７３０℃に加熱し、Ｐ原料となる適当な５族原料を供給して、図２に示すように、ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜１０２、ＩｎＡｌＰコンタクト層１０３を順次成長し、更にその表面にはＧａＡｓキャップ層１１２を成長する。ＧａＡｓキャップ層１１２は最終的に除去される保護膜である。
各結晶層の膜厚は、次の表１の通りである。
【００１６】
【表１】
ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜１０２
ＩｎＡｌＰ…３０ｎｍ
ＩｎＧａＡｌＰ…５０ｎｍ
ＩｎＡｌＰコンタクト層１０３…３００ｎｍ以下
ＧａＡｓキャップ層１１２…１００ｎｍ
【００１７】
ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜１０２中のＩｎＧａＡｌＰ層は具体的には、Ｉｎ_0.5（Ｇａ_1-xＡｌ_x）_0.5Ｐであり、Ａｌ組成比はｘ＝０．３とした。また層数は３０ペアとした。ＩｎＡｌＰコンタクト層１０３は、半導体積層体１に接着する際の接着層であり且つ多層膜１０２の保護層であり、同時に多層膜１０２の励起キャリアを閉じ込める機能を持つ。但し、このＩｎＡｌＰコンタクト層１０３は、光損失の原因ともなるから、好ましくは１００ｎｍ以下にする。
【００１８】
次に半導体積層体１については、サファイア基板１０４を有機溶剤や硫酸系エッチャントによりクリーニングした後、ＭＯＣＶＤ装置に導入する。そして、このサファイア基板１０４を１１００℃でサーマルクリーニングを行った後、バッファ層１０５、ｎ型ＧａＮクラッド層（兼コンタクト層）１０６、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ層１０７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０８、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９を順次結晶成長して、図３に示す積層構造を得る。
これらの各層の成長温度及び膜厚を表２に示す。
【００１９】
【表２】
バッファ層１０５ ５００℃ ３０ｎｍ
ｎ型ＧａＮクラッド層１０６ １０５０℃ ４μｍ
ＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ膜１０７ ７５０℃ ７０ｎｍ／３０ｎｍ
ｐ型ＧａＮクラッド層１０８ １０５０℃ ５０ｎｍ
ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９ １０５０℃ １５０ｎｍ
【００２０】
ＭＱＷ層１０７は、７０ｎｍのＩｎＧａＮ層と３０ｎｍのＧａＮ層の繰り返し多層膜であり、具体的にはＩｎ_xＧａ_1-xＮの組成比ｘ０．３５とし、井戸数は５とした。
【００２１】
以上のように作られた半導体積層体１，２を次に接着する。接着に先立ち、半導体積層体２では、保護を目的として形成されたＧａＡｓキャップ層１１２を硫酸系エッチャントでエッチングして除去する。このときＧａＡｓキャップ層１１２の除去後、引き続きＩｎＡｌＰコンタクト層１０３の表面クリーニングを行う。半導体積層体１については、サファイア基板１０４を鏡面研磨すると同時に薄膜化し、平坦面を形成する。このとき、半導体積層体１の全厚は、後の素子分離を容易にするため、１００μｍ程度とした。
【００２２】
次に、二つの半導体積層体１，２を貼り合わせる。具体的には、半導体積層体１の鏡面研磨されたサファイア基板１０４と半導体積層体２のコンタクト層１０３とを、水中で合わせた後、窒素雰囲気中で５００℃、３０分のアニールを行うことにより、脱水縮合反応により接合した。ここで密着性を良好にするためには、双方の接着面をできる限り平坦にすることが望ましい。半導体積層体２では、ＧａＡｓ基板１０１に（１００）面から［０１１］方向に傾斜した基板を用いることが成長層の平坦化に有効である。実際にここでは、１５°傾斜したＧａＡｓ基板を用い、コンタクト層１０３の表面粗さ２ｎｍ程度の平坦性を得た。また半導体積層体１のサファイア基板１０４については、鏡面研磨により、表面粗さ２０ｎｍ以下とした。
【００２３】
次に、半導体積層体１側について、表面のコンタクト層１０９からｎ型クラッド層１０６に達するまで一部エッチングする。そして、露出したｎ型クラッド層１０６と電極コンタクト層１０９にそれぞれ、電極１１１，１１０を形成する。更に必要ならＧａＡｓ基板１０１を研磨し、個々のＬＥＤ素子を分離する。
【００２４】
以上のように形成されたＬＥＤでは、半導体積層体１側では電流注入により、発光層であるＭＱＷ層１０７から青色光の放射１が得られる。青色光の一部は半導体積層体１内を透過して半導体積層体２の発光層である多層膜１０２に吸収され、黄色光が励起される。図１に示すように、黄色光は電極１１０を透過して上方に放射２として出される。これらの放射１，２の混成により、白色光が得られる。
【００２５】
実際にこの実施の形態により、波長４８５ｎｍの青色光と波長５９０ｎｍの黄色光の混色による安定な白色光が観測されている。白色光の色温度は約８０００Ｋであり、２０ｍＡ注入時の光度は、放射角度１０度のパッケージで２ｃｄであった。この白色の色温度は、二つの発光層の発光波長及び発光強度をを調整することにより、調整可能である。また、半導体積層体２側の発光層である多層膜１０２の発光効率（吸収光を波長変換して放射する効率）は、多層膜のペア数、膜厚、不純物ドーピングにより調整できる。例えば、多層膜１０２のＩｎＧａＡｌＰ層にＳｉをドーピングすることにより、発光効率が高くなることが確認されている。またこの実施の形態の素子構造では、ｐ側電極１１０を通して放射光を得るため、ｐ側電極１１０の透明性も色温度や光度に影響を与える。即ちｐ側電極１１０は、波長の異なる放射１，２を透過するものであるため、それぞれに対する透過率を調整することで必要な色温度や光度を得ることができる。
【００２６】
なおこの実施の形態において、半導体積層体１，２の接着法については、他の方法を用いることも可能である。例えば、十分に平坦化した半導体積層体１，２を重ねて圧力を加えることにより直接接着する方法も用い得る。また、エポキシ系接着剤等を用いて接着することもできる。
【００２７】
［実施の形態２］
図４は、図１の実施の形態１を変形した実施の形態２である。図１と対応する部分には図１と同じ符号を付して詳細な説明は省く。この実施の形態２では、半導体積層体２について、二つの半導体積層体１，２を接着した後に、ＧａＡｓ基板１０１を除去して、その面に保護膜としてＳｉＯ２等の酸化膜４０１を形成している。そしてこの酸化膜４０１側を素子発光面とする。
【００２８】
各半導体積層体１，２の製造工程は、基本的に実施の形態１と同様である。具体的には、ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜１０２については、ＩｎＧａＡｌＰ層を、Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.7Ａｌ_0.3）_0.5Ｐとし、ペア数を１０とした。ＧａＡｓ基板はフッ酸系エッチャントによりエッチング除去した。
得られたＬＥＤを、電極１１０，１１１を下にしてパッケージにマウントし、バイアス電流を流したところ、ＭＱＷ層１０７から４８５ｎｍの青色発光が得られ、多層膜１０２からは青色光の励起により５９０ｎｍの黄色発光が得られた。これらの光は、酸化膜４０１を透過して、白色光として観測された。白色光の色温度は約８０００Ｋであり、２０ｍＡ注入時の光度は、放射角１０°のパッケージで３ｃｄであった。
【００２９】
［実施の形態３］
図５は、実施の形態２を変形した実施の形態３によるＬＥＤを示している。半導体積層体１側は、実施の形態１，２と同様であり、従って図１及び図４と同じ符号を付してある。半導体積層体２については、ＧａＡｓ基板が除去されている点で実施の形態２と同じであるが、内部には二つの発光層である第１，第２のＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜５０２，５０４が形成されている。これら二つのＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜５０２，５０４は、後に説明するように、それぞれ緑色，赤色の発光波長となるように組成が調整されている。
【００３０】
多層膜５０２，５０４の間には、ＩｎＡｌＰクラッド層５０３が設けられ、多層膜５０４の面には半導体積層体１との接着のためのＩｎＡｌＰコンタクト層５０５が形成されている。また発光面となる多層膜５０２側の面は、保護膜である酸化膜５０６で覆われている。図では示していないが、酸化膜５０６と多層膜５０２の間に、ＩｎＡｌＰクラッド層を設けることは、多層膜５０２でのキャリア閉じ込めのために有効である。
【００３１】
図６は、この実施の形態３の半導体積層体２について、接着前の構造を示している。これを具体的に製造工程に従って説明する。
ＧａＡｓ基板５０１を有機溶剤や硫酸系エッチャントによりクリーニングした後、ＭＯＣＶＤ装置に導入する。基板を７３０℃に加熱し、Ｐ原料となる適当な５族原料を供給して、ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜５０２、ＩｎＡｌＰクラッド層５０３、ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜５０４、ＩｎＡｌＰコンタクト層５０５を順次結晶成長し、更にその表面にはＧａＡｓキャップ層５０７を成長して、図６に示す積層構造を得る。ＧａＡｓキャップ層５０７は最終的に除去される保護膜である。
各結晶層の膜厚は、次の表３の通りである。
【００３２】
【表３】
ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜５０２
ＩｎＡｌＰ…３０ｎｍ
ＩｎＧａＡｌＰ…５０ｎｍ
ＩｎＡｌＰクラッド層５０３…５００ｎｍ
ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜５０４
ＩｎＡｌＰ…３０ｎｍ
ＩｎＧａＡｌＰ…５０ｎｍ
ＩｎＡｌＰコンタクト層５０５…３００ｎｍ以下
ＧａＡｓキャップ層５０７…１００ｎｍ
【００３３】
第１のＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜５０２中のＩｎＧａＡｌＰ層は具体的には、Ｉｎ_0.5（Ｇａ_1-xＡｌ_x）_0.5Ｐであり、Ａｌ組成比はｘ＝０．４とした。また層数は２０ペアとした。また、第２のＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜５０４中のＩｎＧａＡｌＰ層は具体的には、Ｉｎ_0.5（Ｇａ_1-xＡｌ_x）_0.5Ｐであり、Ａｌ組成比はｘ＝０．２とし、層数は２０ペアとした。ＩｎＡｌＰコンタクト層５０５は、半導体積層体１に接着する際の接着層であり且つ多層膜５０４の保護層であり、同時に多層膜５０４の光閉じ込めの機能を持つ。これらは全てＧａＡｓ基板５０１に格子整合されて成長される。
【００３４】
この様に作られた半導体積層体２のキャップ層５０７を除去して、実施の形態１，２と同様に半導体積層体１に接着する。そして、ＧａＡｓ基板５０１をエッチング除去し、その面に保護層５０６を形成して、図５の素子構造が得られる。
【００３５】
この実施の形態３のＬＥＤでは、図５に示すように、半導体積層体１の保護膜５０６側を素子発光面として、３つの放射１，２，３の混色による白色発光が得られる。即ち、半導体積層体１側の電流注入により、ＭＱＷ層１０７から青色光（放射１）が得られる。この青色光により半導体積層体２側の多層膜５０４が励起されて緑色光（放射２）が得られる。更に青色光と緑色光により多層膜５０２が励起されて、赤色光（放射３）が得られる。これらの混成により、白色光が得られる。
【００３６】
具体的に、ＭＱＷ層１０７からは４８５ｎｍの青色発光が得られ、多層膜５０４からは５６５ｎｍの緑色発光、多層膜５０２からは６２０ｎｍの赤色発光がそれぞれ得られ、混色による白色発光が観測された。白色の色温度は約６５００Ｋであった。また２０ｍＡ注入時の光度は、放射角１０度のパッケージで２ｃｄであった。
【００３７】
［実施の形態４］
図７は、図１の実施の形態を変形した実施の形態によるＬＥＤを示している。図１の実施の形態では、半導体積層体１側の基板としてサファイア基板１０４を用いたのに対し、この実施の形態では半導体基板９０１を用いている。半導体基板９０１としては、ＧａＮ，ＳｉＣ，Ｓｉ等が用い得る。この様な半導体基板９０１を用いると、図７に示したように、ｎ側電極１１１を半導体積層体２側のＧａＡｓ基板１０１の裏面に形成して、ｐ側電極１１０と上下に対向させることができる。その他、実施の形態１と同様である。
この実施の形態によっても、実施の形態１と同様の製造条件で同様の白色発光を得ることができる。この実施の形態の場合、ｎ側電極を形成するためのエッチング工程が要らないという点で、工程が簡単になる。
【００３８】
［実施の形態５］
図８は、図１の実施の形態を変形した別の実施の形態によるＬＥＤを示している。これは、図１における半導体積層体２側の不透明なＧａＡｓ基板１０１をエッチングにより除去して、接着面４に改めて別の透明基板８０１を接着したものである。具体的にこの透明基板８０１としては、黄色光を透過するＧａＰ基板やＺｎＳｅ基板を用いる。それ以外は、図１と同じである。
この実施の形態によると、図８に破線で示したように、放射３として、ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜１０２からの黄色光を新たに接着した基板８０１の側面からも取り出すことができる。この放射３は例えばパッケージ内壁面を凹面として上方に取り出すようにすれば、有効に利用することができる。
【００３９】
ここまでの実施の形態において、半導体積層体２側の多層膜１０２を半導体積層体１に接着するためのコンタクト層（兼クラッド層）としてＩｎＡｌＰ層１０３を用いた。このＩｎＡｌＰコンタクト層１０３の上に、或いはこのコンタクト層１０３に代わって、別の材料からなるクラッド層を形成してもよい。この様なクラッド層として例えば、ＧａＮやＧａＰを用いることができる。この様なクラッド層を設けることにより、多層膜１０２での光閉じ込め効果をより大きくすることができる。特にＧａＮクラッド層の場合、多結晶薄膜となるが、青色をよく透過するため好ましい。また接着する相手の基板材料に応じて、ＧａＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡｌＰ等を用いることもできる。
【００４０】
また、接着の前処理として、エッチングや研磨を利用したが、ガスエッチングや種々の雰囲気ガス中でのサーマルクリーニングを行ってもよい。更に、アニール雰囲気や温度も適宜変更することができる。高いアニール温度を用いる場合には、結晶からの原子抜けや脱離を防止するために雰囲気ガスを選択して適当な圧力を加えることも有効である。
【００４１】
［実施の形態６］
図９は、実施の形態６のＬＥＤの断面構造である。この実施の形態では、これまでの実施の形態と異なり、二つの半導体積層体の張り合わせではなく、ＧａＡｓ基板７０１上に結晶成長により二つの発光層を形成している。即ちｎ型ＧａＡｓ基板７０１上に、光励起型の黄色発光層であるｎ型ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜７０２、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層７０３、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層７０４、ｎ型ＺｎＳｅ光ガイド層７０５、電流注入型の青色発光層であるＺｎＣｄＳｅ−ＭＱＷ層７０６、ｐ型ＺｎＳｅ光ガイド層７０７、ｐ型ＺｎＭｇＳｅクラッド層７０８、ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子層コンタクト層７０９が順次積層形成されている。コンタクト層７０９の面には透明なｐ側電極７１０が形成され、ＧａＡＳ基板７０１にはｎ側電極７１１が形成されている。
【００４２】
この実施の形態の素子構造の結晶成長には、ＭＯＣＶＤ法とＭＢＥ法を組み合わせる。即ち、ＧａＡｓ基板７０１へのＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜７０２の成長にはＭＯＣＶＤ法を用い、その上のＺｎＳｅバッファ層７０３からＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子層コンタクト層７０９までの成長にはＭＢＥ法を用いた。これは、ＺｎＳｅ系のｐ型導電層には特にＭＢＥ法を用いることで、良好な導電型制御が可能になるためである。
【００４３】
以下に具体的な製造工程を説明する。ＧａＡｓ基板７０１を有機溶剤や硫酸系エッチャントによりクリーニングした後、ＭＯＣＶＤ装置に導入する。基板を７３０℃に加熱し、Ｐ原料となる適当な５族原料を供給して、ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜７０２を成長する。次いで基板をＭＢＥ装置に移し、多層膜７０２上にＺｎＳｅバッファ層７０３からＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子層コンタクト層７０９までを成長する。ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜７０２は、ＩｎＧａＡｌＰ層として具体的には、Ｉｎ_0.5（Ｇａ_1-xＡｌ_x）_0.5ＰのＡｌ組成比をｘ＝０．３とし、ペア数を３０とした。
【００４４】
以上のように形成されたＬＥＤでは、電極７１０，７１１間に電流を流すことにより、発光層であるＭＱＷ層７０６から青色光の放射１が得られる。青色光の一部は素子内部を透過して多層膜１０２に吸収され、黄色光が励起される。黄色光は上方から放射２として出される。これらの放射１，２の混成により、白色光が得られる。
【００４５】
実際に、波長４８５ｎｍの青色光と波長５９０ｎｍの黄色光の混色による白色光が観測されている。白色光の色温度は約８０００Ｋであり、２０ｍＡ注入時の光度は、放射角度１０度のパッケージで２ｃｄであった。この発光の色純度やＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜７０２の発光効率は、実施の形態１で説明したと同様にして調整可能である。
【００４６】
［実施の形態７］
図１０は、図９に示した実施の形態６の構造を僅かに変形した実施の形態である。この実施の形態では、ｐ型コンタクト層７０９側から、ｎ型バッファ層７０３が露出するまでエッチングして、このｎ型バッファ層７０３にｎ側電極７１１を形成している。それ以外は図９と同じである。
この実施の形態によっても、実施の形態６と同様に混色による白色発光が得られる。
【００４７】
なお、実施の形態６，７において、ＩｎＧａＡｌＰ系とＺｎＳｅ系の結晶成長法をそれぞれ、ＭＯＣＶＤ法とＭＢＥ法に分けたが、ＭＢＥ法で統一することも可能である。実施の形態６，７の材料系の場合にも、実施の形態１と同様に二つの発光層をそれぞれ別の素子基板に形成した後に、接着して一体化してもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、電流注入型の発光層と、その発光光を吸収して発光する光励起型の発光層とを、共に結晶成長により形成された半導体発光層として一体化することにより、安定した混色発光が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態によるＬＥＤの断面構造を示す図である。
【図２】同実施の形態の半導体積層体２の断面構造を示す図である。
【図３】同実施の形態の一方の半導体積層体１の断面構造を示す図である。
【図４】この発明の他の実施の形態によるＬＥＤの断面構造を示す図である。
【図５】この発明の他の実施の形態によるＬＥＤの断面構造を示す図である。
【図６】同実施の形態の半導体積層体２の断面構造を示す図である。
【図７】この発明の他の実施の形態によるＬＥＤの断面構造を示す図である。
【図８】この発明の他の実施の形態によるＬＥＤの断面構造を示す図である。
【図９】この発明の他の実施の形態によるＬＥＤの断面構造を示す図である。
【図１０】この発明の他の実施の形態によるＬＥＤの断面構造を示す図である。
【符号の説明】
１…半導体積層体、２…半導体積層体、３…接着面、１０１…ＧａＡｓ基板、１０２…ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜（発光層）、１０３…ＩｎＡｌＰコンタクト層、１０４…サファイア基板、１０５…バッファ層、１０６…ＧａＮ下部クラッド層、１０７…ＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ層（発光層）、１０８…ＡｌＧａＮ上部クラッド層、１０９…ＧａＮ電極コンタクト層、１１０，１１１…電極。

Claims (13)

1. 電流注入により光放射する第１の発光層を含む第１の半導体積層体と、
   前記第１の発光層の出力光により励起されて光放射する第２の発光層を含む第２の半導体積層体とを有し、
   前記第１及び第２の半導体積層体は接着されて一体化され、前記第１及び第２の発光層の放射光を混成して出力する
   半導体発光素子であって、
   前記第１の半導体積層体は、一方の面が鏡面加工された接着面となる第１の基板を有し、
   前記第２の半導体積層体は、第２の基板であるＧａＡｓ基板の（１００）面から［０１１］方向に傾斜した面から結晶成長させて形成された成長層の表面を前記第１の基板との接着面としたものである
   ことを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記第１の発光層は、青色光を放射するＧａＮ系半導体層であり、
   前記第２の発光層は、前記第１の発光層から出力される青色光により励起されて黄色光を放射するＩｎＧａＡｌＰ系半導体層である
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
3. 前記第２の半導体積層体は、光励起により光放射する第３の発光層を有し、前記第１乃至第３の発光層の放射光を混成して出力する
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
4. 前記第１の発光層は、青色光を放射するＧａＮ系半導体層であり、
   前記第２の発光層は、前記第１の発光層から出力される青色光により励起されて緑色光を放射する第１のＩｎＧａＡｌＰ系半導体層であり、
   前記第３の発光層は、前記青色光及び緑色光により励起されて赤色光を放射する第２のＩｎＧａＡｌＰ系半導体層である
   ことを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子。
5. 前記第１の半導体積層体は、前記第１の基板にバッファ層を介して結晶成長されたＧａＮ下部クラッド層、第１の発光層であるＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸層及びＧａＮ上部クラッド層を含み、
   前記第２の半導体積層体は、前記第２の基板に結晶成長された第２の発光層であるＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜とコンタクト層を含み、
   前記第１の半導体積層体と第２の半導体積層体は、前記コンタクト層と前記第１の基板の間で接着されている
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
6. 前記第１の基板はサファイア基板であり、
   前記第１の半導体積層体の上部クラッド層上に透明な第１の電極が形成され、
   前記第１の半導体積層体を一部エッチングして露出させた下部クラッド層に第２の電極が形成されている
   ことを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。
7. 前記第１の基板は、ＧａＮ、ＳｉＣ、Ｓｉの中から選ばれた半導体基板であり、
   前記第１の半導体積層体の上部クラッド層上に透明な第１の電極が形成され、
   前記ＧａＡｓ基板の裏面に第２の電極が形成されている
   ことを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。
8. 前記第２の基板は接着後に除去されて、露出した第２の発光層の面に保護膜が形成され、この保護膜側を素子発光面とした
   ことを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。
9. 前記第２の基板は接着後に除去されて、露出した第２の発光層の面に第２の発光層からの放射光を透過する第３の基板が接着されている
   ことを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。
10. 第１の基板に電流注入により光放射する第１の発光層を含む半導体層を成長させると共に前記第１の基板を鏡面加工して第１の半導体積層体を形成する工程と、
    第２の基板であるＧａＡｓ基板の（１００）面から［０１１］方向に傾斜した面に光励起により光放射する第２の発光層を含む半導体層を成長して第２の半導体積層体を形成する工程と、
    前記第１の半導体積層体と第２の半導体積層体を、前記第１の発光層の放射光により前記第２の発光層が励起され、且つ第１の発光層と第２の発光層の放射光が混成して出力されるように前記第１の基板の鏡面加工された面と、前記ＧａＡｓ基板上に形成された半導体層の表面とを接着して一体化する工程とを有する
    ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
11. 前記第１の半導体積層体を形成する工程は、前記第１の基板にバッファ層を介して、ＧａＮ下部クラッド層、第１の発光層であるＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸層及びＧａＮ上部クラッド層を順次結晶成長する工程を有し、
    前記第２の半導体積層体を形成する工程は、第２の基板に第２の発光層であるＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＡｌＰ多層膜とコンタクト層を順次結晶成長する工程を有し、
    前記第１の半導体積層体と第２の半導体積層体を接着する工程は、前記コンタクト層と前記第１の基板の間を接着するものである
    ことを特徴とする請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法。
12. 前記第１の半導体積層体を形成する工程は、前記第１の基板の一方の面を表面粗さ２０ｎｍ以下に鏡面研磨する工程を含み、
    前記第2の半導体積層体を形成する工程は、前記第２の発光層を含む半導体層の表面がほぼ２ｎｍの表面粗さとなるように前記ＧａＡｓ基板の（１００）面から［０１１］方向への傾斜角度を設定する工程を含む
    ことを特徴とする請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法。
13. 前記一体化する工程は、前記第１の半導体積層体及び第２の半導体積層体の接着面を脱水縮合反応、加圧及び接着剤使用のいずれか１つの方法で接着する工程である
    ことを特徴とする請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法。

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