JP5454303B2 - Semiconductor light emitting device array - Google Patents
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Description
本発明は、積層方向に光を射出する半導体発光素子アレイに関する。 The present invention relates to semi-conductor light emitting element array you emit light in the stacking direction.
従来、GaN系の半導体発光素子では、半導体発光素子から出力された光の波長を変換する方法として、半導体発光素子の外部に蛍光体材料を設けることが一般に行われている。 Conventionally, in a GaN-based semiconductor light emitting device, a phosphor material is generally provided outside the semiconductor light emitting device as a method for converting the wavelength of light output from the semiconductor light emitting device.
なお、上記とは異なる技術分野において、紫外線による蛍光体膜励起発光、電子線による蛍光体膜励起発光など、励起光源と発光部分とが互いに分離されている例がよく知られている(特許文献1〜3参照)。 In a technical field different from the above, examples in which the excitation light source and the light emitting part are separated from each other, such as phosphor film excitation light emission by ultraviolet rays and phosphor film excitation light emission by electron beams, are well known (Patent Literature). 1-3).
ところで、半導体発光素子の外部に蛍光体材料を設ける場合には、半導体発光素子を製造するプロセスとは異なるプロセスが必要となる。そのため、開発・製造コストが増大してしまうという問題があった。また、蛍光体材料では、ストークシフトが小さく、材料自体の色を選択することが容易ではない。さらに、変換後の発光スペクトルが、現状の蛍光体材料の励起側スペクトルよりも大幅にブロードになってしまう。 By the way, when providing a phosphor material outside the semiconductor light emitting device, a process different from the process for manufacturing the semiconductor light emitting device is required. Therefore, there has been a problem that the development and manufacturing costs increase. In addition, the phosphor material has a small Stoke shift, and it is not easy to select the color of the material itself. Furthermore, the emission spectrum after conversion becomes significantly broader than the excitation-side spectrum of the current phosphor material.
また、波長変換の他の方法として、希土類元素などを混入することにより電子励起型の発光素子を形成することも考えられていた。この方式による発光素子は、変換後の発光波長として赤色を選択できることから、波長選択に有利であるとされている。しかし、この発光素子の製造方法は極めて困難であり、実用性が低い。 As another method of wavelength conversion, it has been considered to form an electron excitation type light emitting element by mixing rare earth elements and the like. A light-emitting element according to this method is advantageous for wavelength selection because red can be selected as the emission wavelength after conversion. However, this method for manufacturing a light-emitting element is extremely difficult and has low practicality.
このように、従来では、ストークシフトを大きくすることが容易ではなく、また、簡易な方法で波長変換構造をチップ内に設けることが困難であった。 Thus, conventionally, it is not easy to increase the Stoke shift, and it is difficult to provide the wavelength conversion structure in the chip by a simple method.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ストークシフトの大きな波長変換構造を簡易な方法でチップ内に設けることの可能な半導体発光素子アレイを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, its object is to provide a semi-conductor light emitting element array capable of providing in a chip of large wavelength converting structure of the Stokes shift in a simple manner.
本発明の第1および第2の半導体発光素子アレイは、第1導電型半導体層、活性層、第2導電型半導体層、色度変換層をこの順に含み、活性層から発せられた光を、色度変換層を介して外部に出力する複数のメサ部を有する半導体層を備えたものである。第1および第2の半導体発光素子アレイは、さらに、色度変換層を介さずに活性層に電流注入することの可能な位置に配置された電極を備えている。
本発明の第1の半導体発光素子アレイは、以下の(A1)〜(A3)の構成要素をさらに備えている。
(A1)複数のメサ部のうち第1のメサ部に含まれる色度変換層は、活性層から発せられた光を吸収し、第1の波長帯の波長の光を発する第1の多層構造を有している。
(A2)複数のメサ部のうち第2のメサ部に含まれる色度変換層は、第1の多層構造と、第1の多層構造から発せられた光を吸収し、第1の波長帯よりも長波長の光を発する第2の多層構造とを有している。
(A3)複数のメサ部のうち第3のメサ部に含まれる色度変換層は、第1の多層構造と、第2の多層構造と、第2の多層構造から発せられた光を吸収し、第2の波長帯よりも長波長の光を発する第3の多層構造とを有している。
本発明の第2の半導体発光素子アレイは、以下の(B1)〜(B5)の構成要素をさらに備えている。
(B1)複数のメサ部のうち第1のメサ部に含まれる色度変換層は、活性層から発せられた光を吸収し、第1の波長帯の波長の光を発する第1の多層構造を有している。
(B2)複数のメサ部のうち第2のメサ部に含まれる色度変換層は、活性層から発せられた光を吸収し、第1の波長帯よりも長波長の光を発する第2の多層構造を有している。
(B3)複数のメサ部のうち第3のメサ部に含まれる色度変換層は、活性層から発せられた光を吸収し、第2の波長帯よりも長波長の光を発する第3の多層構造を有している。
(B4)半導体層は、第2導電型半導体層と色度変換層との間に半導体基板を有している。
(B5)色度変換層は、半導体基板上への結晶成長によって形成されたものである。
The first and second semiconductor light emitting element arrays of the present invention include a first conductive type semiconductor layer, an active layer, a second conductive type semiconductor layer, and a chromaticity conversion layer in this order, and emit light emitted from the active layer. A semiconductor layer having a plurality of mesa portions to be output to the outside through a chromaticity conversion layer is provided. The first and second semiconductor light emitting element arrays further include electrodes arranged at positions where current can be injected into the active layer without going through the chromaticity conversion layer.
The first semiconductor light emitting element array of the present invention further includes the following components (A1) to (A3).
(A1) The chromaticity conversion layer included in the first mesa portion among the plurality of mesa portions absorbs light emitted from the active layer and emits light having a wavelength in the first wavelength band. have.
(A2) The chromaticity conversion layer included in the second mesa portion among the plurality of mesa portions absorbs the light emitted from the first multilayer structure and the first multilayer structure, and from the first wavelength band And a second multilayer structure that emits light having a long wavelength.
(A3) The chromaticity conversion layer included in the third mesa portion among the plurality of mesa portions absorbs light emitted from the first multilayer structure, the second multilayer structure, and the second multilayer structure. And a third multilayer structure that emits light having a wavelength longer than that of the second wavelength band.
The second semiconductor light emitting element array of the present invention further includes the following components (B1) to (B5).
(B1) A chromaticity conversion layer included in the first mesa portion among the plurality of mesa portions absorbs light emitted from the active layer and emits light having a wavelength in the first wavelength band. have.
(B2) The chromaticity conversion layer included in the second mesa portion among the plurality of mesa portions absorbs the light emitted from the active layer, and emits light having a wavelength longer than the first wavelength band. It has a multilayer structure.
(B3) The chromaticity conversion layer included in the third mesa portion among the plurality of mesa portions absorbs light emitted from the active layer, and emits light having a wavelength longer than that of the second wavelength band. It has a multilayer structure.
(B4) The semiconductor layer has a semiconductor substrate between the second conductivity type semiconductor layer and the chromaticity conversion layer.
(B5) The chromaticity conversion layer is formed by crystal growth on a semiconductor substrate.
本発明の第1および第2の半導体発光素子アレイでは、半導体層内に色度変換層が設けられている。これにより、活性層などと同様の製法を用いて半導体層内に色度変換層を設けることができる。さらに、本発明では、半導体層のうち、電極によって注入される電流経路とは異なる部位に色度変換層が設けられている。これにより、駆動条件を変更することなく、半導体層内に色度変換層を設けることができる。また、色度変換層の組成比や積層構造は自由に変更可能であることから、それらを適宜、変更するだけで、ストークシフト量を自由に変更することが可能である。 In the first and second semiconductor light emitting element arrays of the present invention, a chromaticity conversion layer is provided in the semiconductor layer. Thereby, the chromaticity conversion layer can be provided in the semiconductor layer using the same manufacturing method as that for the active layer. Further, in the present invention, the chromaticity conversion layer is provided in a portion of the semiconductor layer that is different from the current path injected by the electrode. Thereby, a chromaticity conversion layer can be provided in the semiconductor layer without changing the driving conditions. In addition, since the composition ratio and the laminated structure of the chromaticity conversion layer can be freely changed, the stalk shift amount can be freely changed only by appropriately changing them.
本発明の第1および第2の半導体発光素子アレイによれば、半導体層内に色度変換層を設け、第1導電型半導体層などと同様の製法を用いて半導体層内に色度変換層を設けることができるようにした。また、色度変換層の組成比や積層構造を適宜、変更するだけで、ストークシフト量を自由に変更することができるようにした。これにより、ストークシフトの大きな波長変換構造(色度変換層)を簡易な方法でチップ内に設けることができる。 According to the first and second semiconductor light emitting element arrays of the present invention, the chromaticity conversion layer is provided in the semiconductor layer, and the chromaticity conversion layer is formed in the semiconductor layer using the same manufacturing method as that of the first conductivity type semiconductor layer. Can be provided. In addition, the stalk shift amount can be freely changed simply by appropriately changing the composition ratio and the laminated structure of the chromaticity conversion layer. Thereby, a wavelength conversion structure (chromaticity conversion layer) having a large Stoke shift can be provided in the chip by a simple method.
以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(図1〜図4)
○色度変換層がメサ部の上面に設けられている例
2.第1の実施の形態の変形例(図5)
○色度変換層が基板裏面に設けられている例
3.第2の実施の形態(図6、図7)
○複数のメサ部が設けられている例
4.第2の実施の形態の変形例(図8〜図10)
○色度変換層の内部構造および配置のバリエーション
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. 1st Embodiment (FIGS. 1-4)
An example in which the chromaticity conversion layer is provided on the upper surface of the mesa portion. Modification of the first embodiment (FIG. 5)
An example in which the chromaticity conversion layer is provided on the back surface of the substrate. Second embodiment (FIGS. 6 and 7)
○ Example in which multiple mesa parts are provided Modified example of the second embodiment (FIGS. 8 to 10)
○ Variation of internal structure and arrangement of chromaticity conversion layer
<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る面発光型の半導体発光素子1を斜視的に表したものである。図2は、図1の半導体発光素子1のA−A矢視方向の断面構成の一例を表したものである。図3、図4は、後述する色度変換層15の内部構成の一例を表したものである。なお、図1〜図4は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view of a surface-emitting type semiconductor
本実施の形態の半導体発光素子1は、例えば、LED(Light Emitting Diode)を含んで構成されている。半導体発光素子1は、例えば、基板10の一面側に、下部クラッド層11、活性層12、上部クラッド層13、コンタクト層14および色度変換層15をこの順に積層してなる半導体層20を備えている。この半導体層20の上部、具体的には、下部クラッド層11の一部(上部)、活性層12、上部クラッド層13、コンタクト層14および色度変換層15には柱状のメサ部16が形成されている。メサ部16は、活性層12から発せられた光を、色度変換層15を介して外部に出力するようになっている。
The semiconductor
なお、本実施の形態では、下部クラッド層11が本発明の「第1導電型半導体層」の一具体例に相当する。上部クラッド層13が本発明の「第2導電型半導体層」の一具体例に相当する。基板10および半導体層20が本発明の「半導体層」の一具体例に相当する。
In the present embodiment, the lower
基板10は、例えば、GaNなどのIII−V族窒化物半導体からなる。なお、基板10は、サファイア基板、SiC基板、Si基板などの、GaN基板以外の基板であってもよい。ここで、「III−V族窒化物半導体」とは、短周期型周期率表における3B族元素群のうちの少なくとも1種と、短周期型周期率表における5B族元素のうちの少なくともNとを含むものを指している。III−V族窒化物半導体としては、例えば、GaおよびNを含んだ窒化ガリウム系化合物が挙げられる。窒化ガリウム系化合物には、例えば、GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaNなどが含まれる。III−V族窒化物半導体には、必要に応じてSi、Ge、O、SeなどのIV族またはVI族元素のn型不純物、または、Mg、Zn、CなどのII族またはIV族元素のp型不純物がドープされている。
The
半導体層20(メサ部16)内の各層は、互いに同一の材料系によって構成されており、具体的にはIII−V族窒化物半導体によって構成されている。半導体層20は、ウルツ鉱型結晶構造を有している。半導体層20の成長面方位は(0001)方向となっており、半導体層20内の各層の結晶面方位は、全て同一の方向となっている。半導体層20(メサ部16)は、基板10上への結晶成長によって形成されたものであり、半導体層20内の各層は、互いに一括して形成されたものである。つまり、色度変換層15は、半導体層20内の他の層とともに一括に形成されたものである。
Each layer in the semiconductor layer 20 (mesa portion 16) is composed of the same material system, specifically, a group III-V nitride semiconductor. The
下部クラッド層11は、例えば、n型AlGaNにより構成されている。活性層12は、例えば、アンドープGaInNにより構成されている。活性層12は、例えば、紫外領域の光(紫外光)の波長帯に対応するバンドギャップを有しており、電流注入により紫外光を発するようになっている。上部クラッド層13は、例えば、p型AlGaNにより構成されている。コンタクト層14は、例えばp型AlGaNにより構成されている。
The
色度変換層15は、半導体層20のうち、後述の下部電極35と上部電極31によって注入される電流経路とは異なる部位に形成されている。そのため、色度変換層15は、半導体発光素子1の駆動条件に何ら影響を及ぼすものではなく、活性層12から発せられた光に対してだけ作用を及ぼすものである。色度変換層15は、活性層12から発せられた光を吸収し、吸収した光の波長とは異なる波長の光を発する多層構造を有している。色度変換層15は、例えば、図3(A)に示したように、活性層12から発せられた紫外光を吸収し、赤色の波長帯の光を発する多層構造15aを有している。また、色度変換層15は、例えば、図3(B)に示したように、活性層12から発せられた紫外光を吸収し、緑色の波長帯の光を発する多層構造15bを有している。また、色度変換層15は、例えば、図3(C)に示したように、活性層12から発せられた紫外光を吸収し、青色の波長帯の光を発する多層構造15cを有している。
The
多層構造15a、多層構造15bおよび多層構造15cは、それぞれ、例えば、組成比の互いに異なるGaInNによりそれぞれ形成された井戸層およびバリア層を交互に積層してなる多重量子井戸構造となっている。多層構造15a、多層構造15bおよび多層構造15cに含まれるIn組成比は、互いに異なっている。多層構造15aに含まれるIn組成比が、例えば、30〜35%程度となっており、多層構造15bに含まれるIn組成比が、例えば、25%程度となっており、多層構造15cに含まれるIn組成比が、例えば、15%程度となっている。つまり、In組成比の違いだけで、多層構造15a、多層構造15bおよび多層構造15cから発せられる光の波長が規定されている。なお、In組成比だけでなく、多層構造に含まれる各層の厚さや組み合わせなどを調整することによっても、多層構造15a、多層構造15bおよび多層構造15cから発せられる光の波長が調整されていてもよい。
Each of the
なお、本明細書では、色度変換層15が赤色光を外部に出力するようになっている場合は、色度変換層15を赤色度変換層15Rと称するものとする。また、色度変換層15が緑色光を外部に出力するようになっている場合は、色度変換層15を緑色度変換層15Gと称するものとする。また、色度変換層15が青色光を外部に出力するようになっている場合は、色度変換層15を青色度変換層15Bと称するものとする。
In this specification, when the
色度変換層15は、図3に示したような単一の多層構造のみからなっていてもよいが、例えば、図4(A),(B)に示したような複数の多層構造を含んで構成されていてもよい。色度変換層15(赤色度変換層15R)は、例えば、図4(A)に示したように、多層構造15c、多層構造15bおよび多層構造15aを上部クラッド層13側から順に積層して構成されている。また、色度変換層15(緑色度変換層15G)は、例えば、図4(B)に示したように、多層構造15cおよび多層構造15bを上部クラッド層13側から順に積層して構成されている。
The
メサ部16の上面(コンタクト層14の外縁)には、少なくともメサ部16の上面の中央領域との対向領域に開口を有する環状の上部電極31が形成されている。上部電極31は、コンタクト層14と電気的に接続されており、かつ、色度変換層15を介さずに活性層12に電流注入することの可能な位置に配置されている。また、メサ部16の側面および周辺の表面には、絶縁層32が形成されている。絶縁層32のうちメサ部16の周辺に対応する表面上には、ワイヤ(図示せず)をボンディングするための電極パッド33,36と、接続部34、37とが設けられている。さらに、絶縁層32のうちメサ部16のすそ野には、下部クラッド層11の一部が露出する開口32Aが設けられており、この開口32A内に露出する下部クラッド層11の表面上にC型の下部電極35が設けられている。下部電極35は下部クラッド層11と電気的に接続されている。電極パッド33は、接続部34を介して上部電極31と電気的に接続されている。電極パッド36は、接続部37を介して下部電極35と電気的に接続されている。
On the upper surface of the mesa portion 16 (outer edge of the contact layer 14), an annular
ここで、絶縁層32は、例えば酸化物または窒化物などの絶縁材料からなる。上部電極31、電極パッド33,36および接続部34,37は、例えば、Ti,PtおよびAuをコンタクト層14側から順に積層して構成されたものである。下部電極35は、例えば、AuとGeとの合金,NiおよびAuとを下部クラッド層11側から順に積層した構造を有している。
Here, the insulating
[製造方法]
本実施の形態の半導体発光素子1は、例えば次のようにして製造することができる。
[Production method]
The semiconductor
ここでは、GaNからなる基板10上の化合物半導体層を、例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition ;有機金属化学気相成長)法により形成する。この際、III−V族窒化物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMIn)、アンモニア (NH3)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、H2Seを用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば、ジメチルジンク(DMZ)を用いる。
Here, the compound semiconductor layer on the
具体的には、まず、基板10上に、下部クラッド層11、活性層12、上部クラッド層13、コンタクト層14および色度変換層15をこの順に積層する。次に、色度変換層15の表面に、円形状のレジスト層を形成する。続いて、例えば反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching;RIE)法により、レジスト層をマスクとして、色度変換層15を選択的に除去する。これにより、コンタクト層14上に円形状の色度変換層15が形成される。その後、レジスト層を除去する。
Specifically, first, the lower
次に、色度変換層15を含むコンタクト層14の表面に、色度変換層15を覆うように円形状のレジスト層を形成する。続いて、例えばRIE法により、レジスト層をマスクとして、コンタクト層14から下部クラッド層11の上部までを選択的に除去する。これにより、円形状のレジスト層の直下に、下部クラッド層11の上部から色度変換層15まで伸びた柱状のメサ部16が形成される。その後、レジスト層を除去する。
Next, a circular resist layer is formed on the surface of the
次に、表面全体に、例えばシリコン酸化物(SiO2)などの絶縁性無機材料からなる絶縁層32を形成する。続いて、メサ部16の上面(コンタクト層14の上面)に環状の開口を有するとともにメサ部16のすそ野にC型の開口を有するレジスト層(図示せず)を表面全体に形成する。その後、例えばRIE法により、レジスト層をマスクとして、絶縁層32を選択的に除去する。これにより、上部電極31の形成される部分と、下部電極35の形成される部分とに開口(図示せず)が形成される。その後、レジスト層を除去する。
Next, an insulating
次に、例えば真空蒸着法により、表面全体に前述の金属材料を積層させる。その後、例えば選択エッチングにより、絶縁層32の開口を埋め込むようにして環状の上部電極31およびC型の下部電極35を形成すると共に、絶縁層32のうちメサ部17の周辺に対応する表面に電極パッド33,36を形成する。さらに、電極パッド33と上部電極31との間に接続部34を形成するとともに、電極パッド36と下部電極35との間に接続部37を形成する。このようにして、本実施の形態の半導体発光素子1が製造される。
Next, the above-mentioned metal material is laminated on the entire surface by, for example, vacuum deposition. Thereafter, for example, by selective etching, the annular
次に、本実施の形態の半導体発光素子1の作用および効果について説明する。
Next, the operation and effect of the semiconductor
[作用・効果]
本実施の形態の半導体発光素子1では、下部電極35と上部電極31との間に所定の電圧が印加されると、電流狭窄層19における電流注入領域19Aを通して活性層12に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。活性層12で生じた光は、メサ部17の上面から外部に出力される。
[Action / Effect]
In the semiconductor
ところで、本実施の形態では、色度変換層15は、半導体層20のうち、下部電極35と上部電極31によって注入される電流経路とは異なる部位に形成されている。そのため、色度変換層15には、電流が流れることがなく、色度変換層15が半導体発光素子1の駆動条件に何らの影響も及ぼさない。従って、色度変換層15の組成比や積層構造は半導体発光素子1の駆動条件によって制約されることはない。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態では、半導体層20内に色度変換層15が設けられている。これにより、活性層12などと同様の製法を用いて半導体層20内に色度変換層15を設けることができる。また、色度変換層15の組成比や積層構造は上述のように自由に変更可能であることから、それらを適宜、変更するだけで、ストークシフト量を自由に変更することが可能である。従って、ストークシフトの大きな波長変換構造(色度変換層15)を簡易な方法でチップ内(半導体層20内)に設けることができる。
In the present embodiment, the
<第1の実施の形態の変形例>
上記実施の形態では、色度変換層15は、メサ部16の上面に設けられていたが、例えば、図5に示したように、基板10の裏面に形成されていてもよい。この場合、色度変換層15は、基板10への結晶成長によって形成されたものであり、半導体発光素子1の光射出面15Aが、基板10の裏面側となる。このとき、メサ部16の上面には、コンタクト層14が露出することになるが、例えば、図5に示したように、メサ部16の上面全体に、上部電極31を形成してもよい。なお、本変形例においては、色度変換層15、基板10および半導体層20が本発明の「半導体層」の一具体例に相当する。
<Modification of the first embodiment>
In the above embodiment, the
<第2の実施の形態>
次に、本発明の第2の実施の形態に係る面発光型の半導体発光素子アレイ2について説明する。図6は、半導体発光素子アレイ2を斜視的に表したものである。図7、図8は、図6の半導体発光素子アレイ2のA−A矢視方向の断面構成の一例を表したものである。なお、図6〜図8は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。
<Second Embodiment>
Next, a surface emitting semiconductor light emitting
本実施の形態の半導体発光素子アレイ2は、複数の半導体発光素子1を1つのチップに形成したものである。そこで、以下では、上記実施の形態との共通点についての説明を適宜省略し、本実施の形態の特徴点について詳細に説明するものとする。なお、各半導体発光素子1の下部電極35は図6に示したように共通化されていてもよいし、図示しないが互いに別個に形成されていてもよい。
The semiconductor light emitting
半導体発光素子アレイ2は、基板10の一面側に、複数のメサ部16を備えている。各メサ部16内の各層は、互いに同一の材料系によって構成されており、具体的にはIII−V族窒化物半導体によって構成されている。各メサ部16は、基板10上への結晶成長によって形成されたものであり、半導体層20(各メサ部16)内の各層は、互いに一括して形成されたものである。つまり、色度変換層15は、半導体層20内の他の層とともに一括に形成されたものである。各メサ部16は、活性層12から発せられた光を、色度変換層15を介して外部に出力するようになっている。ここで、図6に示したように、複数のメサ部16のうち一のメサ部16(第1のメサ部)に含まれる色度変換層15が、赤色度変換層15Rとなっている。また、複数のメサ部16のうち他のメサ部16(第2のメサ部)に含まれる色度変換層15が、緑色度変換層15Gとなっており、さらに、複数のメサ部16のうちその他のメサ部16(第3のメサ部)に含まれる色度変換層15が、青色度変換層15Gとなっている。
The semiconductor light emitting
ここで、赤色度変換層15Rは、例えば、図7に示したように、活性層12から発せられた紫外光を吸収し、赤色の波長帯の光を発する多層構造15aを有している。また、緑色度変換層15Gは、例えば、図7に示したように、活性層12から発せられた紫外光を吸収し、緑色の波長帯の光を発する多層構造15bを有している。また、青色度変換層15Bは、例えば、図7に示したように、活性層12から発せられた紫外光を吸収し、青色の波長帯の光を発する多層構造15cを有している。多層構造15a、多層構造15bおよび多層構造15cは、例えば、組成比の互いに異なるGaInNによりそれぞれ形成された井戸層およびバリア層を交互に積層してなる多重量子井戸構造となっている。多層構造15a、多層構造15bおよび多層構造15cに含まれるIn組成比は、互いに異なっている。なお、多層構造15a、多層構造15bおよび多層構造15cに含まれるIn組成比は、第1の実施の形態で説明した値と同様である。
Here, for example, as shown in FIG. 7, the
なお、赤色度変換層15Rおよび緑色度変換層15Gは、図7に示したような単一の多層構造のみからなっていてもよいが、例えば、図8に示したような複数の多層構造を含んで構成されていてもよい。赤色度変換層15Rは、例えば、図8に示したように、多層構造15c、多層構造15bおよび多層構造15aを上部クラッド層13側から順に積層して構成されていてもよい。このとき、多層構造15bは、活性層12および多層構造15cから発せられた光を吸収し、緑色の波長帯の光を発するようになっている。多層構造15aは、活性層12、多層構造15cおよび多層構造15bから発せられた光を吸収し、赤色の波長帯の光を発するようになっている。また、緑色度変換層15Gは、例えば、図8に示したように、多層構造15cおよび多層構造15bを上部クラッド層13側から順に積層して構成されていてもよい。このとき、多層構造15bは、活性層12および多層構造15cから発せられた光を吸収し、緑色の波長帯の光を発するようになっている。
Note that the
[製造方法]
次に、本実施の形態の半導体発光素子アレイ2の製造方法の一例について説明する。半導体発光素子アレイ2は、基本的には、半導体発光素子1の製造方法と同様の方法によって製造可能である。ただし、赤色度変換層15Rおよび緑色度変換層15Gを、例えば、図8に示したような複数の多層構造を含んで構成する場合には、以下に示す方法を用いることが好ましい。
[Production method]
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor light emitting
具体的には、まず、基板10上に、下部クラッド層11、活性層12、上部クラッド層13、コンタクト層14および色度変換層15をこの順に積層する。また、色度変換層15として、多層構造15c、多層構造15bおよび多層構造15aを上部クラッド層13側から順に積層したものを、上部クラッド層13上に形成しておく。
Specifically, first, the lower
次に、色度変換層15のうち、赤色度変換層15Rを形成することとなる領域を含む表面を覆うとともに、緑色度変換層15Gおよび青色度変換層15Bを形成することとなる領域を含む表面に開口を有するレジスト層を形成する。続いて、例えばRIE法により、レジスト層をマスクとして、色度変換層15のうち多層構造15aを選択的に除去する。その後、レジスト層を除去する。
Next, in the
続いて、色度変換層15のうち、赤色度変換層15Rおよび緑色度変換層15Gを形成することとなる領域を含む表面を覆うとともに、青色度変換層15Bを形成することとなる領域を含む表面に開口を有するレジスト層を形成する。続いて、例えばRIE法により、レジスト層をマスクとして、色度変換層15のうち多層構造15bを選択的に除去する。その後、レジスト層を除去する。
Subsequently, the
さらに、色度変換層15のうち、メサ部16を形成することとなる領域に、メサ部16の上面よりも小さな面積の複数の円形状のレジスト層を形成する。続いて、例えばRIE法により、レジスト層をマスクとして、色度変換層15を選択的に除去する。その後、レジスト層を除去する。これにより、赤色の波長帯の光を発することとなるメサ部16の上面に、多層構造15c、多層構造15bおよび多層構造15aが上部クラッド層13側から順に積層された赤色度変換層15Rが形成される。また、緑色の波長帯の光を発することとなるメサ部16の上面に、多層構造15cおよび多層構造15bが上部クラッド層13側から順に積層された緑色度変換層15Gが形成される。さらに、青色の波長帯の光を発することとなるメサ部16の上面に、多層構造15cからなる青色度変換層15Bが形成される。
Further, a plurality of circular resist layers having an area smaller than the upper surface of the
次に、色度変換層15を含むコンタクト層14の表面に、個々の色度変換層15を覆うように複数の円形状のレジスト層を形成する。続いて、例えばRIE法により、レジスト層をマスクとして、コンタクト層14から下部クラッド層11の上部までを選択的に除去する。これにより、円形状のレジスト層の直下に、下部クラッド層11の上部から色度変換層15まで伸びた柱状のメサ部16が形成される。その後、レジスト層を除去する。
Next, a plurality of circular resist layers are formed on the surface of the
その後は、上記の半導体発光素子1の製造方法と同様の工程を実行する。このようにして、本実施の形態の半導体発光素子アレイ2が製造される。
After that, the same process as the manufacturing method of the semiconductor
次に、本実施の形態の半導体発光素子アレイ2の作用および効果について説明する。
Next, the operation and effect of the semiconductor light emitting
[作用・効果]
本実施の形態の半導体発光素子アレイ2では、下部電極35と、個々の上部電極31との間に所定の電圧が印加されると、個々のメサ部17において、電流狭窄層19の電流注入領域19Aを通して活性層12に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。活性層12で生じた光は、メサ部17の上面から外部に出力される。
[Action / Effect]
In the semiconductor light emitting
ところで、本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様、色度変換層15は、半導体層20のうち、下部電極35と上部電極31によって注入される電流経路とは異なる部位に形成されている。そのため、色度変換層15には、電流が流れることがなく、色度変換層15が半導体発光素子1の駆動条件に何らの影響も及ぼさない。従って、色度変換層15の組成比や積層構造は半導体発光素子1の駆動条件によって制約されることはない。
By the way, also in the present embodiment, as in the first embodiment, the
また、第1の実施の形態と同様、半導体層20内に色度変換層15が設けられている。これにより、活性層12などと同様の製法を用いて半導体層20内に色度変換層15を設けることができる。また、色度変換層15の組成比や積層構造は上述のように自由に変更可能であることから、それらを適宜、変更するだけで、ストークシフト量を自由に変更することが可能である。従って、ストークシフトの大きな波長変換構造(色度変換層15)を簡易な方法でチップ内(半導体層20内)に設けることができる。
Further, as in the first embodiment, a
<第2の実施の形態の変形例>
上記第2の実施の形態では、色度変換層15は、メサ部16の上面に設けられていたが、例えば、図9、図10に示したように、基板10の裏面に形成されていてもよい。この場合、色度変換層15は、基板10への結晶成長によって形成されたものであり、半導体発光素子アレイ2の光射出面15Aが、基板10の裏面側となる。このとき、メサ部16の上面には、コンタクト層14が露出することになるが、例えば、図9、図10に示したように、メサ部16の上面全体に、上部電極31を形成してもよい。なお、本変形例においては、色度変換層15、基板10および半導体層20が本発明の「半導体層」の一具体例に相当する。
<Modification of Second Embodiment>
In the second embodiment, the
以上、複数の実施の形態およびそれらの変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記各実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。 Although the present invention has been described with reference to a plurality of embodiments and their modifications, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications can be made.
例えば、上記第2の実施の形態およびその変形例では、各メサ部16は、基板10上への結晶成長によって形成されたものであったが、例えば、図示しないが、全てのメサ部16のうち少なくとも1つが、基板10上への実装によって搭載されたものであってもよい。
For example, in the second embodiment and the modifications thereof, each
また、上記各実施の形態等では、III−V族窒化物半導体発光素子を例にして本発明を説明したが、他の化合物半導体発光素子にも適用可能である。 In each of the above-described embodiments, the present invention has been described by taking a group III-V nitride semiconductor light emitting device as an example. However, the present invention can also be applied to other compound semiconductor light emitting devices.
また、上記各実施の形態等では、LEDを例にして本発明を説明したが、面発光型の半導体レーザにももちろん適用可能である。 In each of the above embodiments and the like, the present invention has been described by taking the LED as an example, but it is of course applicable to a surface emitting semiconductor laser.
1…半導体発光素子、2…半導体発光素子アレイ、10…基板、11…下部クラッド層、12…活性層、13…上部クラッド層、14…コンタクト層、15…色度変換層、15A…光射出面、15R…赤色度変換層、15G…緑色度変換層、15B…青色度変換層、15a,15b,15c…多層構造、16…メサ部、20…半導体層、31…上部電極、32…絶縁層、32A…開口、33,36…電極パッド、34,37…接続部、35…下部電極。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記色度変換層を介さずに各活性層に電流注入することの可能な位置に配置された電極と
を備え、
複数のメサ部のうち第1のメサ部に含まれる色度変換層は、前記活性層から発せられた光を吸収し、第1の波長帯の波長の光を発する第1の多層構造を有し、
複数のメサ部のうち第2のメサ部に含まれる色度変換層は、前記第1の多層構造と、前記第1の多層構造から発せられた光を吸収し、前記第1の波長帯よりも長波長の光を発する第2の多層構造とを有し、
複数のメサ部のうち第3のメサ部に含まれる色度変換層は、前記第1の多層構造と、前記第2の多層構造と、前記第2の多層構造から発せられた光を吸収し、前記第2の波長帯よりも長波長の光を発する第3の多層構造とを有する
半導体発光素子アレイ。 A plurality of first conductivity type semiconductor layers, active layers, second conductivity type semiconductor layers, and chromaticity conversion layers are arranged in this order, and light emitted from the active layer is output to the outside through the chromaticity conversion layers. A semiconductor layer having a mesa portion;
An electrode disposed at a position where current can be injected into each active layer without going through the chromaticity conversion layer;
With
The chromaticity conversion layer included in the first mesa portion among the plurality of mesa portions has a first multilayer structure that absorbs light emitted from the active layer and emits light having a wavelength in the first wavelength band. And
The chromaticity conversion layer included in the second mesa portion among the plurality of mesa portions absorbs the light emitted from the first multilayer structure and the first multilayer structure, and from the first wavelength band. And a second multilayer structure that emits light of a long wavelength,
The chromaticity conversion layer included in the third mesa portion among the plurality of mesa portions absorbs light emitted from the first multilayer structure, the second multilayer structure, and the second multilayer structure. And a third multilayer structure that emits light having a wavelength longer than that of the second wavelength band.
Semiconductors light emitting element array.
前記色度変換層を介さずに各活性層に電流注入することの可能な位置に配置された電極と
を備え、
複数のメサ部のうち第1のメサ部に含まれる色度変換層は、前記活性層から発せられた光を吸収し、第1の波長帯の波長の光を発する第1の多層構造を有し、
複数のメサ部のうち第2のメサ部に含まれる色度変換層は、前記活性層から発せられた光を吸収し、前記第1の波長帯よりも長波長の光を発する第2の多層構造を有し、
複数のメサ部のうち第3のメサ部に含まれる色度変換層は、前記活性層から発せられた光を吸収し、前記第2の波長帯よりも長波長の光を発する第3の多層構造を有し、
前記半導体層は、前記第2導電型半導体層と前記色度変換層との間に半導体基板を有し、
前記色度変換層は、前記半導体基板上への結晶成長によって形成されたものである
半導体発光素子アレイ。 A plurality of first conductivity type semiconductor layers, active layers, second conductivity type semiconductor layers, and chromaticity conversion layers are arranged in this order, and light emitted from the active layer is output to the outside through the chromaticity conversion layers. A semiconductor layer having a mesa portion;
An electrode disposed at a position where current can be injected into each active layer without going through the chromaticity conversion layer;
With
The chromaticity conversion layer included in the first mesa portion among the plurality of mesa portions has a first multilayer structure that absorbs light emitted from the active layer and emits light having a wavelength in the first wavelength band. And
The chromaticity conversion layer included in the second mesa portion among the plurality of mesa portions absorbs the light emitted from the active layer and emits light having a wavelength longer than that of the first wavelength band. Has a structure,
A chromaticity conversion layer included in a third mesa portion among the plurality of mesa portions absorbs light emitted from the active layer and emits light having a longer wavelength than the second wavelength band. structure have a,
The semiconductor layer has a semiconductor substrate between the second conductivity type semiconductor layer and the chromaticity conversion layer,
The chromaticity conversion layer is formed by crystal growth on the semiconductor substrate.
Semiconductors light emitting element array.
請求項1または請求項2に記載の半導体発光素子アレイ。 Each mesa portion is a semiconductor light-emitting element array according to claim 1 or claim 2 is constituted by a group III-V nitride semiconductor.
前記第1の多層構造、前記第2の多層構造および前記第3の多層構造のIn組成比は、互いに異なっている
請求項3に記載の半導体発光素子アレイ。 The first multilayer structure, the second multilayer structure, and the third multilayer structure are all configured to include In,
4. The semiconductor light-emitting element array according to claim 3 , wherein In composition ratios of the first multilayer structure, the second multilayer structure, and the third multilayer structure are different from each other.
各メサ部は、前記半導体基板上への結晶成長によって形成されたものである
請求項1に記載の半導体発光素子アレイアレイ。 The semiconductor layer has a semiconductor substrate on a side opposite to the active layer side in a positional relationship viewed from the first conductivity type semiconductor layer,
Each mesa portion, the semiconductor light-emitting element array array of claim 1 and is formed by crystal growth on a semiconductor substrate.
前記色度変換層は、前記半導体基板上への結晶成長によって形成されたものである
請求項1に記載の半導体発光素子アレイ。 The semiconductor layer has a semiconductor substrate between the second conductivity type semiconductor layer and the chromaticity conversion layer,
The semiconductor light-emitting element array according to claim 1 , wherein the chromaticity conversion layer is formed by crystal growth on the semiconductor substrate.
全てのメサ部のうち少なくとも1つは、前記半導体基板上への実装によって搭載されたものである
請求項1に記載の半導体発光素子アレイ。 The semiconductor layer has a semiconductor substrate on a side opposite to the active layer side in a positional relationship viewed from the first conductivity type semiconductor layer,
At least one semiconductor light-emitting element array according to claim 1 wherein in which is mounted by the mounting of a semiconductor substrate of all of the mesa portion.
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