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多波長発光素子及びその製造方法 実績あり 外国出願あり

国内特許コード P110005903
整理番号 S2011-0464-N0/H22-083
掲載日 2011年11月4日
出願番号 特願2011-053393
公開番号 特開2012-191013
登録番号 特許第5822190号
出願日 平成23年3月10日(2011.3.10)
公開日 平成24年10月4日(2012.10.4)
登録日 平成27年10月16日(2015.10.16)
発明者
  • 只友 一行
  • 岡田 成仁
出願人
  • 国立大学法人山口大学
発明の名称 多波長発光素子及びその製造方法 実績あり 外国出願あり
発明の概要 【課題】効率的な製造が可能な多波長発光素子を提供する。
【解決手段】多波長発光素子100は、表面に面方位が相互に異なる第1及び第2結晶成長面121,122を有する基板110と、基板110上に第1結晶成長面121から半導体が結晶成長して形成された第1半導体層131と、第1半導体層131上に半導体が結晶成長して形成された第1半導体発光層151と、基板110上に第2結晶成長面122から半導体が結晶成長して形成された第1半導体層131の主面とは異なる結晶面を主面とする第2半導体層132と、第2半導体層132上に、第1半導体発光層151を形成する半導体と同一の構成元素で且つ元素組成比が異なる半導体が結晶成長して形成された第2半導体発光層152とを備える。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要


発光波長が相互に異なる複数の半導体発光層を同一基板上に形成した多波長発光素子が種々提案されている。



例えば、特許文献1には、同一基板上に、GaP系、AlGaAs系、またはAlGaInP系化合物半導体からなる発光ダイオード部を少なくとも1個積層し、その発光ダイオード部上に、GaN系化合物半導体からなる発光ダイオード部を1個以上積層した多波長発光素子が開示されている。



特許文献2には、1つの基板材料上に少なくとも2種類以上の半導体発光素子を形成し、各々の半導体発光素子上に、それぞれの素子の発光波長に反応する蛍光体を複数種類塗布し、各々の半導体発光素子を同時に発光させることにより、広範囲の発光波長を有する可視光を発光する多波長発光装置が開示されている。

産業上の利用分野


本発明は多波長発光素子及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
表面に面方位が相互に異なる第1、第2、及び第3結晶成長面を有すると共に該第1、第2、及び第3結晶成長面に対応する第1、第2、及び第3発光領域が構成されたサファイア基板と、
上記サファイア基板直上の上記第1発光領域にその主面上に積層されるように設けられ上記第1結晶成長面を起点としてドーパントがドープされていない半導体が結晶成長して形成された第1半導体層と、
上記第1半導体層直上にその主面上に積層されるように設けられ、該第1半導体層の主面を起点としてドーパントがドープされた半導体がエピタキシャル結晶成長して形成された第1のドーパントがドープされた半導体層と、
上記第1のドーパントがドープされた半導体層直上にその主面上に積層されるように設けられ、該第1のドーパントがドープされた半導体層の主面を起点として半導体がエピタキシャル結晶成長して形成された所定の波長の光を発光する第1半導体発光層と、
上記サファイア基板直上の上記第2発光領域にその主面上に積層されるように設けられ上記第2結晶成長面を起点としてドーパントがドープされていない半導体が結晶成長して形成された、上記第1半導体層の主面とは異なる結晶面を主面とする第2半導体層と、
上記第2半導体層直上にその主面上に積層されるように設けられ、該第2半導体層の主面を起点としてドーパントがドープされた半導体がエピタキシャル結晶成長して形成された第2のドーパントがドープされた半導体層と、
上記第2のドーパントがドープされた半導体層直上にその主面上に積層されるように設けられ、該第2のドーパントがドープされた半導体層の主面を起点として上記第1半導体発光層を形成する半導体と同一の構成元素で且つ元素組成比が異なる半導体がエピタキシャル結晶成長して形成された、及び/又は、上記第1半導体発光層を形成する半導体と同一の構成元素の半導体がエピタキシャル結晶成長して形成され且つ上記第1半導体発光層とは層厚が異なる、上記第1半導体発光層が発光する光の波長と異なる波長の光を発光する第2半導体発光層と、
上記サファイア基板直上の上記第3発光領域にその主面上に積層されるように設けられ上記第3結晶成長面を起点としてドーパントがドープされていない半導体が結晶成長して形成された、上記第1及び第2半導体層の主面とは異なる結晶面を主面とする第3半導体層と、
上記第3半導体層直上にその主面上に積層されるように設けられ、該第3半導体層の主面を起点としてドーパントがドープされた半導体が結晶成長して形成された第3のドーパントがドープされた半導体層と、
上記第3のドーパントがドープされた半導体層直上にその主面上に積層されるように設けられ、該第3のドーパントがドープされた半導体層の主面を起点として上記第1及び第2半導体発光層を形成する半導体と同一の構成元素で且つ元素組成比が異なる半導体がエピタキシャル結晶成長して形成された、及び/又は、上記第1及び第2半導体発光層を形成する半導体と同一の構成元素の半導体がエピタキシャル結晶成長して形成され且つ上記第1及び第2半導体発光層とは層厚が異なる、上記第1及び第2半導体発光層が発光する光の波長と異なる波長の光を発光する第3半導体発光層と、
を備え、
上記第1、第2、及び第3結晶成長面のうちのいずれかが上記サファイア基板の主面で、残りの2つのうちの一方が上記サファイア基板の表面に形成された第1凹溝の側面で、且つ他方が上記サファイア基板の表面に上記第1凹溝の延びる方向に角度を有して延びるように形成された第2凹溝の側面である赤、緑、及び青の光を発光するように構成された多波長発光素子。

【請求項2】
請求項1に記載された多波長発光素子において、
上記第1及び第2半導体層を形成する半導体がGaNであると共に、上記第1及び第2半導体発光層を形成する半導体がInGaNである多波長発光素子。

【請求項3】
表面に面方位が相互に異なる第1、第2、及び第3結晶成長面を有するサファイア基板を準備する準備工程と、
上記準備工程で準備したサファイア基板の第1結晶成長面を起点としてドーパントがドープされていない半導体を結晶成長させることにより、サファイア基板直上に第1発光領域を構成してその主面上に積層するように第1半導体層を形成する第1半導体層形成工程と、
上記第1半導体層形成工程で形成した第1半導体層直上にその主面上に積層するように、該第1半導体層の主面を起点としてドーパントがドープされた半導体をエピタキシャル結晶成長させて第1のドーパントがドープされた半導体層を形成する第1のドーパントがドープされた半導体層形成工程と、
上記準備工程で準備したサファイア基板の第2結晶成長面を起点としてドーパントがドープされていない半導体を結晶成長させることにより、サファイア基板直上に第2発光領域を構成してその主面上に積層するように、第1半導体層の主面とは異なる結晶面を主面とする第2半導体層を形成する第2半導体層形成工程と、
上記第2半導体層形成工程で形成した第2半導体層直上にその主面上に積層するように、該第2半導体層の主面を起点としてドーパントがドープされた半導体をエピタキシャル結晶成長させて第2のドーパントがドープされた半導体層を形成する第2のドーパントがドープされた半導体層形成工程と、
上記準備工程で準備したサファイア基板の第3結晶成長面を起点としてドーパントがドープされていない半導体を結晶成長させることにより、サファイア基板直上に第3発光領域を構成してその主面上に積層するように、第1及び第2半導体層の主面とは異なる結晶面を主面とする第3半導体層を形成する第3半導体層形成工程と、
上記第3半導体層形成工程で形成した第3半導体層直上にその主面上に積層するように、該第3半導体層の主面を起点としてドーパントがドープされた半導体をエピタキシャル結晶成長させて第3のドーパントがドープされた半導体層を形成する第3のドーパントがドープされた半導体層形成工程と、
上記第1のドーパントがドープされた半導体層形成工程で形成した第1のドーパントがドープされた半導体層直上にその主面上に積層するように、該第1のドーパントがドープされた半導体層の主面を起点として半導体をエピタキシャル結晶成長させて所定の波長の光を発光する第1半導体発光層を形成すると同時に、上記第2のドーパントがドープされた半導体層形成工程で形成した第2のドーパントがドープされた半導体層直上にその主面上に積層するように、該第2のドーパントがドープされた半導体層の主面を起点として上記第1半導体発光層を形成する半導体と同一の構成元素で且つ元素組成比が異なる半導体をエピタキシャル結晶成長させて、及び/又は、上記第1半導体発光層を形成する半導体と同一の構成元素の半導体を、上記第1半導体発光層とは層厚が異なるようにエピタキシャル結晶成長させて、上記第1半導体発光層が発光する光の波長と異なる波長の光を発光する第2半導体発光層を形成し、また、上記第3のドーパントがドープされた半導体層形成工程で形成した第3のドーパントがドープされた半導体層直上にその主面上に積層するように、該第3のドーパントがドープされた半導体層の主面を起点として上記第1及び第2半導体発光層を形成する半導体と同一の構成元素で且つ元素組成比が異なる半導体をエピタキシャル結晶成長させて、及び/又は、上記第1及び第2半導体発光層を形成する半導体と同一の構成元素の半導体を、上記第1及び第2半導体発光層とは層厚が異なるようにエピタキシャル結晶成長させて、上記第1及び第2半導体発光層が発光する光の波長と異なる波長の光を発光する第3半導体発光層を形成する第1~第3半導体発光層形成工程と、
を備え、
上記第1、第2、及び第3結晶成長面のうちのいずれかを上記サファイア基板の主面とし、残りの2つのうちの一方を上記サファイア基板の表面に形成された第1凹溝の側面とし、且つ他方を上記サファイア基板の表面に上記第1凹溝の延びる方向に角度を有して延びるように形成された第2凹溝の側面とする赤、緑、及び青の光を発光するように構成された多波長発光素子の製造方法。
国際特許分類(IPC)
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出願権利状態 登録
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