JP2003060233A

JP2003060233A - 半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法、及び半導体発光装置

Info

Publication number: JP2003060233A
Application number: JP2001246335A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Tomota; 勝寛友田; Masato Doi; 正人土居
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-08-14
Filing date: 2001-08-14
Publication date: 2003-02-28
Anticipated expiration: 2021-08-14
Also published as: JP4997672B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡便な製造方法により発光波長を多様化さ
せ、特に高精細な画像表示装置に用いて好適な半導体発
光素子とその製造方法、及び半導体発光装置を提供す
る。【解決手段】本発明の半導体発光素子は、所定の光を
放出させる第１の半導体発光層１７と、前記第１の半導
体発光層１７とは異なる結晶系からなる半導体層から構
成され前記第１の半導体発光層からの光によって励起さ
れて光を放出する第２の半導体発光層１１を有し、前記
第１の半導体発光層１７を有する半導体構造部に前記第
２の半導体発光層１１が貼り合わされることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は所定の光を発生させ
る半導体発光ダイオードなどの半導体発光素子とその製
造方法、及びそのような半導体発光素子を複数個備えた
半導体発光装置に関し、特に、簡便な製造方法により発
光波長を多様化させる半導体発光素子とその製造方法、
及び半導体発光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像表示装置を構成する方法の１つとし
て、半導体発光ダイオードを２次元状に配列して、所定
の画像表示を行うようにしたダイオードアレイ型ディス
プレイが知られている。このようなダイオードアレイ型
ディスプレイに用いられる発光素子は、デバイスとして
の信頼性や生産性などが要求され、特に輝度や波長のば
らつきなどの製造上のばらつきなどを所定の範囲以下に
抑えることが必要となる。

【０００３】また、カラー表示を行うためには、画素ご
とに３原色の発光素子を形成する必要がある。最近で
は、青色発光ダイオードとしてはＧａＮ系の発光ダイオ
ードが注目されてきており、また緑色発光ダイオードと
してはＧａＮ系やＧａＰ系の発光ダイオードが利用さ
れ、更に赤色発光ダイオードとしてはＡｌＧａＡｓ系や
ＡｌＩｎＧａＰ系などの材料からなる発光ダイオードの
利用が検討されている。

【０００４】ところで、半導体発光素子の中には、電流
が直接注入されて発光するところの第１の発光層に加え
て、その第１の発光層からの光を吸収し波長を変換して
放出する第２の発光層を備えた構造の発光素子が知られ
ており、例えば、特開平１１−２７４５５８号公報に記
載されるように、ＧａＮ系の半導体活性層からなる第１
の発光層からの光を受けてその波長を変換する第２の発
光層を備えた半導体発光素子が知られている。また、Ｇ
ａＮ系半導体レーザーを励起光源として使用し、そのレ
ーザー光を蛍光体に入射させて所要の可視域の蛍光発光
をなすように構成したものとして、例えば特開２０００
−１７４３４６号公報に記載される発光装置が知られて
いる。このような半導体発光素子や発光装置を用いるこ
とで、１次発光した波長に拘わらず、その波長を変換す
る形式での発光が可能であり、単一素子からの多色発光
などが容易に実現される。

【０００５】

【発明が解決すべき課題】ＧａＮ系の半導体活性層から
なる第１の発光層からの光を受けてその波長を変換する
第２の発光層を備えた半導体発光素子（例えば、特開平
１１−２７４５５８号公報参照。）においては、第２の
発光層は第１の発光層の上に積層して形成することを前
提としており、特に第２の発光層には直接駆動電流が注
入されることがなく、第２の発光層として不安定な混晶
を用いた場合でも、所定の波長の発光を安定して得るこ
とができる。しかしながら、第1の発光層と第２の発光
層を積層するように構成して同一の素子とすることが記
載されているものの、貼り合わせ構造や多色化について
の具体的な構成例についてはその記載がなく、特に高精
細な画像表示装置を構成するための発光素子については
示唆するところがない。

【０００６】また、レーザー光を蛍光体に入射させる構
造の発光装置についても、基本的に白色発光を目的とし
て構成にとどまり、光強度の改善という点では効果があ
るとされているが、やはり高精細な画像表示装置を構成
するための発光素子について、特に多色表示可能な画像
表示装置については示唆するところがない。さらに蛍光
体を使用した場合では、色純度の低下が見られ、輝度の
飽和もし易いことから、高精細な画像表示装置を構成す
る場合に不利である。

【０００７】そこで、本発明は、簡便な製造方法により
発光波長を多様化させ、特に高精細な画像表示装置に用
いて好適な半導体発光素子とその製造方法、及び半導体
発光装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、所定の光を放出させる第１の半導体発光層と、前記
第１の半導体発光層とは異なる結晶系からなる半導体層
から構成され前記第１の半導体発光層からの光によって
励起されて光を放出する第２の半導体発光層を有し、前
記第１の半導体発光層を有する半導体構造部に前記第２
の半導体発光層が貼り合わされることを特徴とする。

【０００９】発光波長を多様化させ、或いは発光波長を
所望の波長に変換する場合、同じ結晶系の半導体発光層
を用いずに異なる結晶系の発光層を用いることで、大幅
な波長の変更が可能であると共に、その予定された波長
の光を放出できる結晶構造のもののうち、最適なものを
選ぶことができる。結晶構造が異なる場合、同一素子と
して積層形成していくことが困難であるが、貼り合わせ
技術を用いることで、それぞれの結晶構造を維持したま
まに形成していって、双方の長所を生かした単一の素子
に複合化できる。

【００１０】また、本発明の他の半導体発光素子は、樹
脂パッケージ内に形成され所定の光を放出させる第１の
半導体発光層と、前記第１の半導体発光層からの光によ
って励起されて光を放出する第２の半導体発光層を有
し、前記第２の半導体発光層は前記樹脂パッケージに貼
り合わされて構成されることを特徴とする。

【００１１】第１の半導体発光層を樹脂パッケージ内に
配設することで、光を樹脂パッケージの樹脂部分を介し
て透過させて外部に出すことができる。また、高精細な
画像表示を行うためには精度良く発光素子を並べること
が必要とされ、素子を樹脂パッケージ毎並べた方が高精
度に発光素子を配列できる。前記第２の半導体発光層に
は、電流の注入が必要ないことから、樹脂パッケージに
貼り付けるようにして素子を構成した場合でも確実に機
能して、多様な波長の光を出力できる。

【００１２】本発明の半導体発光素子の製造方法は、所
定の光を放出させる第１の半導体発光層を形成し、前記
第１の半導体発光層とは異なる結晶系からなる半導体層
から構成され前記第１の半導体発光層からの光によって
励起されて光を放出するための第２の半導体発光層を形
成し、前記第２の半導体発光層を前記第１の半導体発光
層を有する半導体構造部に貼り合わせることを特徴とす
る。

【００１３】同じ結晶系の半導体発光層を用いずに異な
る結晶系の発光層を用いることで、大幅な波長の変更が
可能であると共に、その予定された波長の光を放出でき
る結晶構造のもののうち、最適なものを選ぶことができ
る。結晶構造が異なる場合、一般に同一素子として積層
形成していくことが困難であるが、第２の半導体発光層
を第１の半導体発光層を有する半導体構造部に貼り合わ
せることで、それぞれの結晶構造を単一の発光素子に複
合化できる。

【００１４】また、本発明の他の半導体発光素子の製造
方法は、樹脂パッケージ内に形成され所定の光を放出さ
せる第１の半導体発光層を形成し、前記第１の半導体発
光層からの光によって励起されて光を放出するための第
２の半導体発光層を形成し、前記第２の半導体発光層を
前記樹脂パッケージに貼り合わせることを特徴とする。

【００１５】樹脂パッケージ内に配設することで、樹脂
パッケージ毎並べた場合に高精度に発光素子を配列でき
る。第２の半導体発光層には電流の注入が必要ないこと
から、第２の半導体発光層を樹脂パッケージに貼り付け
るようにして素子を構成した場合では、多様な波長の光
を出力でき、特にカラー画像表示に有効である。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施形態を図面を
参照しながら説明する。図１は本実施形態の半導体発光
素子の一部破断して示す側断面図である。

【００１７】［半導体発光素子の一例］本実施形態の半
導体発光素子は、下部側にＡｌＧａＩｎＰ系ダブルへテ
ロ構造を有し、一対のクラッド層１０、１２の間に第２
の半導体発光層としての第２の活性層１１を設けた構造
を有する。詳しくはＡｌＧａＩｎＰ系ダブルへテロ構造
は、下部クラッド層１０、第２の活性層１１、上部クラ
ッド層１２から構成され、活性層１１よりもバンドギャ
ップエネルギーの大きなクラッド層１０、１２で活性層
１１を挟んだ構造とされる。ＡｌＧａＩｎＰ系材料から
なる活性層１１の混晶比については、ＡｌＧａＩｎＰ系
材料を（Ａｌ_ＸＧａ_１−Ｘ）_ＹＩｎ_１−ＹＰ混晶材料と
した場合に、混晶比ｙは結晶成長時の格子整合の見地か
ら設定されるが、ｘは目標とする発光波長に応じて設定
する。例えば、活性層とクラッド層の組み合わせは、Ａ
ｌＧａＩｎＰのみから構成するもの、ＡｌＧａＩｎＰ及
びＧａＩｎＰから構成するもの、ＡｌＩｎＰ及びＡｌＧ
ａＩｎＰから構成するもの等を用いることができる。

【００１８】これらＡｌＧａＩｎＰ系ダブルへテロ構造
の各層は、例えばＧａＡｓ基板上に格子整合させながら
形成する層とされ、それぞれ閃亜鉛鉱型結晶構造を有す
る。この第２の活性層１１は直接電流の注入によって発
光するのではなく、次に説明するＧａＮ系のピラミッド
型発光層からの励起光によって発光する。このようなＡ
ｌＧａＩｎＰ系ダブルへテロ構造の各層は、ＧａＡｓ基
板上に結晶成長した後に発光層部分だけがＧａＡｓ基板
から剥離されて形成される。特にＡｌＧａＩｎＰ系ダブ
ルへテロ構造とＧａＡｓ基板を分離することから、素子
として利用する部分をＡｓ（砒素）を含まない構成にで
き、環境保護の面からも優れたデバイスとなる。このＡ
ｌＧａＩｎＰ系ダブルへテロ構造では、青色などの励起
光を基に赤色の高輝度の発光を可能とする。すなわち、
このＡｌＧａＩｎＰ系ダブルへテロ構造では、一例とし
て青色から赤色への波長変換が行われる。

【００１９】このような活性層１１を有するＡｌＧａＩ
ｎＰ系ダブルへテロ構造の上部クラッド層１２には接着
層１３を介して、第１の半導体発光層側の構成が貼り合
わせられる。この第１の半導体発光層側の構成は、例え
ばサファイア基板上に低温バッファ層などを介して形成
されたシリコンドープの下部成長層１４が形成され、そ
のシリコンドープの下部成長層１４上に選択成長の成長
阻害膜１５が形成され、更にその成長阻害膜１５の一部
を開口した窓部から選択成長によって六角錐形状の結晶
成長部１９が構成される。この六角錐形状の結晶成長部
１９は傾斜した結晶面を有し、例えば選択成長の際に、
基板主面をＣ面とした場合では、Ｓ面（｛１−１０１｝
面）若しくは｛１１−２２｝面を傾斜したファセットと
して成長する。傾斜したファセットでは、一部が選択成
長用の成長阻害膜１５と平面上重なるため、その部分で
基板からの貫通転位が抑制され、特に傾斜した結晶面で
は発光特性に優れることになる。なお、サファイア基板
はＡｌＧａＩｎＰ系ダブルへテロ構造の各層と貼りあわ
せられる前に剥離される。

【００２０】六角錐形状の結晶成長部１９の内側では、
成長阻害膜１５の一部を開口した窓部に連続するシリコ
ンドープのＧａＮ層１６が形成される。このシリコンド
ープのＧａＮ層１６は図示しないｎ側電極に接続される
と共に、六角錐形状の結晶成長部１９の発光領域におけ
る下側のクラッド層として機能する。このシリコンドー
プのＧａＮ層１６の外側にはＩｎＧａＮ層などからなる
第１の活性層１７が形成される。この第１の活性層１７
は、次に説明するマグネシウムドープのＧａＮ層１８と
シリコンドープのＧａＮ層１６に挟まれたダブルへテロ
構造とされ、図示しないｐ側電極とｎ側電極からの電流
注入によって発光する。ここで、第１の活性層１７から
の発光波長は、そのバンドギャップから紫外光から青
色、緑色発光色までを概ね設定できるものであり、例え
ば、青色若しくは緑色の発光波長とするように製造上の
設定が可能となる。第１の活性層１７で単一の発光波長
であっても前述の第２の半導体発光層で波長変換が可能
であり、第１の活性層１７からの発光色を青色とした場
合であっても赤色や緑色を容易に作り出すことができる
ことから、カラー画像を表示する表示デバイスを製造す
る場合にも順応性良く対応できる。第１の活性層１７の
外側には、マグネシウムドープのＧａＮ層１８が形成さ
れる。このマグネシウムドープのＧａＮ層１８は図示し
ないｐ側電極に接続される。

【００２１】このような構造からなる本実施形態の半導
体発光素子は、六角錐形状の結晶成長部１９からなる第
１の半導体発光層側の構成がＧａＮ系のウルツ鉱型の半
導体結晶構造を有し、他方、第２の半導体発光層側の構
成はＡｌＧａＩｎＰ系の閃亜鉛鉱型の結晶構造を有す
る。特にＧａＮ系の半導体結晶構造は、電流注入に対し
高い電流値でも構造部が壊れないという利点があり、長
寿命である。従って、これらの組み合わせから、電流を
流す対象は構造的に比較的強度の高いＧａＮ系ウルツ鉱
型半導体結晶構造側に限られるため、素子の長寿命化を
容易に図ることができる。また、それぞれ成長時の基板
を剥がした後で第１の半導体発光層側の構成と第２の半
導体発光層側の構成を組み合わせた構造を有するため、
成長用基板を繰り返し利用することもでき、また、Ｇａ
Ａｓ基板などに含まれるＡｓを全く含まない構成も実現
できる。

【００２２】また、本実施形態の半導体発光素子では、
第１の活性層１７で励起された光が第２の活性層１１で
波長変換して出力されることになり、第２の活性層のか
わりに蛍光体を使用するような発光素子に比べて、色純
度を高くすることができ、同時に輝度飽和が抑制されて
高輝度な表示が可能となる。このような本実施形態の半
導体発光素子を用いてカラー画像表示装置を構成する場
合、青色の第１の活性層１７からの励起光を赤色に変換
することができ、同じ構成のＧａＮ系半導体結晶構造
は、そのまま青色又は緑色として活用することもできる
ことから、後述するように少なくとも同じＧａＮ系半導
体結晶構造をアレイ状に配列し、一部に第２の活性層１
１を形成して波長変換を行っても高精細な画像表示装置
を作成できる。なお、第２の半導体発光層としては、Ａ
ｌＧａＩｎＰ系半導体層、ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体
層、ＧａＩｎＮＡｓ系半導体層、ＧａＩｎＡｓＰ系半導
体層から選ばれた半導体層を形成しても良い。

【００２３】［半導体発光素子の製造方法の一例］次
に、図２〜図８を参照しながら、本実施形態の半導体発
光素子の製造方法について説明する。本製造方法におい
ては、特にサファイア基板などのウルツ鉱型の化合物半
導体層を形成し得る基板と、ＧａＡｓ基板などの閃亜鉛
鉱型の結晶構造の半導体層を形成し得る基板とがそれぞ
れ結晶成長に使用されるが、それぞれ成長した半導体層
は基板から剥離され、基板を伴わずに素子を構成するよ
うに製造される。以下、工程順に説明する。

【００２４】先ず、半導体発光素子の製造に用いられる
基板２０としては、ウルツ鉱型の化合物半導体層を形成
し得るものであれば特に限定されず、種々のものを使用
できる。例示すると、基体として用いることができるの
は、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３、Ａ面、Ｒ面、Ｃ面を含
む。）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む。）、Ｇａ
Ｎ、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＬｉＭｇＯ、Ｌｉ
ＧａＯ_２、ＧａＡｓ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＩｎＡｌＧａＮ
などからなる基板などであり、好ましくはこれらの材料
からなる六方晶系基板または立方晶系基板であり、より
好ましくは六方晶系基板である。例えば、サファイア基
板を用いる場合では、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物
半導体の材料を成長させる場合に多く利用されているＣ
面を主面としたサファイア基板を用いることができる。
この場合の基板主面としてのＣ面は、５乃至６度の範囲
で傾いた面方位を含むものである。半導体装置の製造に
広く使用されているシリコン基板などを利用することも
可能である。

【００２５】選択成長をさせるための基板２０上には、
選択時に良好な結晶性を得るためにバッファ層などを形
成しても良い。また、図２に示すように基板２０上には
選択成長の下部成長層２１が形成される。下部成長層２
１としては、化合物半導体層を選択することができ、後
の工程でファセット構造を形成することからウルツ鉱型
の化合物半導体を選ぶことが好ましい。さらに化合物半
導体層としてはウルツ鉱型の結晶構造を有する窒化物半
導体、ＢｅＭｇＺｎＣｄＳ系化合物半導体、およびＢｅ
ＭｇＺｎＣｄＯ系化合物半導体などが好ましい。窒化物
半導体からなる結晶層としては、例えばＩＩＩ族系化合
物半導体を用いることができ、更には窒化ガリウム（Ｇ
ａＮ）系化合物半導体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）系
化合物半導体、窒化インジウム（ＩｎＮ）系化合物半導
体、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）系化合物半
導体、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系化合
物半導体を好ましくは形成することができ、特に窒化ガ
リウム系化合物半導体が好ましい。一例としては、サフ
ァイア基板上にアンドープのＧａＮ層を形成し、その後
でＳｉドープのＧａＮ層を形成しても良い。なお、本発
明において、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮなどは必
ずしも、３元混晶のみ、２元混晶のみの窒化物半導体を
指すのではなく、例えばＩｎＧａＮでは、ＩｎＧａＮの
作用を変化させない範囲での微量のＡｌ、その他の不純
物を含んでいても本発明の範囲であることはいうまでも
ない。また、Ｓ面に実質的に等価な面とは、Ｓ面に対し
て５乃至６度の範囲で傾いた面方位を含むものである。
ここで本明細書中、窒化物とはＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、
ＴａをＩＩＩ族とし、Ｖ族にＮを含む化合物を指し、全
体の１％以内若しくは１ｘ１０^２０ｃｍ^３以下の不純物
の混入を含む場合もある。

【００２６】この下部成長層２１の成長方法としては、
種々の気相成長法を挙げることができ、例えば有機金属
化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ（ＭＯＶＰＥ）法）や分
子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などの気相成長法や、
ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）を用いることが
できる。その中でもＭＯＶＰＥ法によると、迅速に結晶
性の良いものが得られる。ＭＯＶＰＥ法では、Ｇａソー
スとしてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＥＧ（トリ
エチルガリウム）、ＡｌソースとしてはＴＭＡ（トリメ
チルアルミニウム）、ＴＥＡ（トリエチルアルミニウ
ム）、Ｉｎソースとしては、ＴＭＩ（トリメチルインジ
ウム）、ＴＥＩ（トリエチルインジウム）などのアルキ
ル金属化合物が多く使用され、窒素源としてはアンモニ
ア、ヒドラジンなどのガスが使用される。また、不純物
ソースとしてはＳｉであればシランガス、Ｇｅであれば
ゲルマンガス、ＭｇであればＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタ
ジエニルマグネシウム）、ＺｎであればＤＥＺ（ジエチ
ルジンク）などのガスが使用される。ＭＯＶＰＥ法で
は、これらのガスを例えば６００°Ｃ以上に加熱された
基板の表面に供給して、ガスを分解することにより、Ｉ
ｎＡｌＧａＮ系化合物半導体をエピタキシャル成長させ
ることができる。

【００２７】結晶成長の下部成長層２１の表面には六角
形に開口した開口部２３を有する選択マスク２２が形成
され、図３に示すように、その六角形状に開口した開口
部２３からの選択成長によって半導体層２４が形成され
る。選択マスク２２は基体主面上に直接若しくは基体上
に形成されたバッファ層その他の層上に形成される成長
阻害膜であり、例えば酸化シリコン膜や窒化シリコン膜
などの絶縁膜からなるマスク材料が使用される。このマ
スクの形状は、一例として六角形状とされるが、帯状、
円形状、円弧状、或いは三角形状、五角形状などの多角
形形状であっても良い。

【００２８】このような選択成長のマスク２２等を形成
したところで、選択的な結晶成長によって半導体層２４
を形成する。結晶成長は、前述の化合物半導体層の形成
のための方法と同じ方法で行うことができる。具体的に
は、成長方法としては、種々の気相成長法を挙げること
ができ、例えば有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ
（ＭＯＶＰＥ）法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ
法）などの気相成長法や、ハイドライド気相成長法（Ｈ
ＶＰＥ法）を用いることができる。

【００２９】この半導体発光素子の製造方法において
は、選択成長によって半導体層２４が形成されるが、そ
の半導体層２４の傾斜した結晶面は、好ましくは｛１−
１０１｝面若しくは｛１１−２２｝面またはこれらの各
面に実質的に等価な面の中から選ばれる面であることが
望ましく、所要の条件で選択成長することで現れる結晶
面である。これら傾斜した結晶面に囲まれる成長層は六
角錐形状のピラミッド状とされ、断面略三角の尖頭形状
である。この傾斜した結晶面としては、例えば基板の主
面をＣ＋面とすることで、Ｓ面またはＳ面に実質的に等
価な面、若しくは｛１１−２２｝面または｛１１−２
２｝面に実質的に等価な面を容易に形成することができ
る。すなわち、選択成長を行った場合では、基板主面に
対して傾斜した傾斜面としてＳ面及び｛１１−２２｝面
は、Ｃ＋面の上に選択成長した際に見られる安定面であ
り、比較的得やすい面である。Ｃ面にＣ＋面とＣ−面が
存在するのと同様に、Ｓ面についてはＳ＋面とＳ−面が
存在するが、本明細書においては、特に断らない場合
は、Ｃ＋面ＧａＮ上にＳ＋面を成長しており、これをＳ
面として説明している。なお、Ｓ面についてはＳ＋面が
安定面である。またＣ＋面の面指数は（０００１）であ
る。

【００３０】このＳ面ついては、窒化ガリウム系化合物
半導体を用いて結晶層を構成した場合には、Ｓ面上、Ｇ
ａからＮへのボンド数が２または３とＣ−面の次に多く
なる。ここでＣ−面はＣ＋面の上には事実上得ることが
できないので、Ｓ面でのボンド数は最も多いものとな
る。例えば、Ｃ＋面を主面に有するサファイア基板に窒
化物を成長した場合、一般にウルツ鉱型の窒化物の表面
はＣ＋面になるが、選択成長を利用することでＳ面を安
定して形成することができ、Ｃ＋面に平行な面では脱離
しやすい傾向をもつＮのボンドがＧａから一本のボンド
で結合しているのに対し、傾いたＳ面では少なくとも一
本以上のポンドで結合することになる。従って、実効的
にＶ／ＩＩＩ比が上昇することになり、積層構造の結
晶性の向上に有利である。また、基板と異なる方位に成
長すると基板から上に伸びた転位が曲がることもあり、
欠陥の低減にも有利となる。

【００３１】このような半導体層２４には、図４に示す
ように、傾斜面上に第１導電型クラッド層２５、第１の
活性層２６、および第２導電型クラッド層２７が積層さ
れる。本発明者らが窒化物半導体について行った実験に
おいて、カソードルミネッセンスを用い、成長したファ
セット構造を観測してみると、傾斜面であるＳ面の結晶
は良質でありＣ＋面に比較して発光効率が高くなってい
ることが示されている。特にＩｎＧａＮ活性層の成長温
度は例えば７００〜８００°Ｃとする。この温度ではア
ンモニアの分解効率が低く、よりＮ種が必要とされる。
またＡＦＭで表面を見たところステップが揃ってＩｎＧ
ａＮ取り込みに適した面が観測された。さらにその上、
Ｍｇドープ層の成長表面は一般にＡＦＭレベルでの表面
状態が悪いが、Ｓ面の成長によりこのＭｇドープ層も良
い表面状態で成長し、しかもドーピング条件がかなり異
なることがわかっている。また、顕微フォトルミネッセ
ンスマッピングを行うと、０. ５- １μｍ程度の分解能
で測定することができるが、Ｃ+ 面の上に成長した通常
の方法では、１μｍピッチ程度のむらが存在し、選択成
長でＳ面を得た試料については均一な結果が得られた。
また、ＳＥＭで見た斜面の平坦性もＣ+ 面より滑らかに
成っている。

【００３２】傾斜面上に積層される第１導電型クラッド
層２５、第１の活性層２６、および第２導電型クラッド
層２７において、第１導電型はｐ型又はｎ型であり、第
２導電型はその反対の導電型である。例えばＳ面を構成
する結晶層をシリコンドープの窒化ガリウム系化合物半
導体層によって構成した場合では、ｎ型クラッド層２５
をシリコンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層によ
って構成し、その上にＩｎＧａＮ層を活性層２６として
形成し、さらにその上にｐ型クラッド層２７としてマグ
ネシウムドープの窒化ガリウム系化合物半導体層を形成
してダブルヘテロ構造を形成することができる。

【００３３】なお、第１の活性層２６である例えばＩｎ
ＧａＮ層をＡｌＧａＮ層で挟む構造や片側だけにＡｌＧ
ａＮ層を形成する構造とすることも可能である。また、
第１の活性層２６は単一のバルク活性層で構成すること
も可能であるが、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、二重量
子井戸（ＤＱＷ）構造、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造な
どの量子井戸構造を形成したものであっても良い。量子
井戸構造には必要に応じて量子井戸の分離のために障壁
層が併用される。活性層２６をＩｎＧａＮ層とした場合
には、特に製造工程上も製造し易い構造となり、素子の
発光特性を良くすることができる。さらにこのＩｎＧａ
Ｎ層は、窒素原子の脱離しにくい構造であるＳ面の上で
の成長では特に結晶化しやすくしかも結晶性も良くな
り、発光効率を上げることが出来る。なお、窒化物半導
体はノンドープでも結晶中にできる窒素空孔のためにｎ
型となる性質があるが、通常Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅなどのド
ナー不純物を結晶成長中にドープすることで、キャリア
濃度の好ましいｎ型とすることができる。また、窒化物
半導体をｐ型とするには、結晶中にＭｇ、Ｚｎ、Ｃ、Ｂ
ｅ、Ｃａ、Ｂａなどのアクセプター不純物をドープする
ことによって得られるが、高キャリア濃度のｐ層を得る
ためには、アクセプター不純物のドープ後、窒素、アル
ゴンなどの不活性ガス雰囲気で４００℃以上でアニーリ
ングを行うことが好ましく、電子線照射などにより活性
化する方法もあり、マイクロ波照射、光照射などで活性
化する方法もある。

【００３４】第１の活性層２６を挟む第１導電型クラッ
ド層２５及び第２導電型クラッド層２７には電極が直接
或いは間接的に接続される。各電極はそれぞれの素子ご
とに形成されるものであるが、ｐ電極またはｎ電極の一
方は共通化することもできる。接触抵抗を下げるため
に、所要のコンタクト層を形成し、その後で電極をコン
タクト層上に形成しても良い。一般的に各電極は多層の
金属膜を蒸着などによって被着して形成されるが、素子
ごとに区分するためにフォトリソグラフィーを用いてリ
フトオフなどにより微細加工することができる。各電極
は選択結晶成長層や基板の一方の面に形成することもで
き、両側に電極を形成してより高密度で電極を配線する
ようにすることもできる。また、独立して駆動される電
極はそれぞれ同じ材料を微細加工して形成したものであ
っても良いが、領域ごとに異なる材料の電極材料を使用
することも可能である。また、第１導電型クラッド層２
５は下部半導体層２１に電気的に接続されるため、この
下部半導体層２１に接続させる形でｎ側電極を形成して
も良い。特に下部半導体層２１は貼り合わせ面としても
利用されるため、接着面に電極を配設したり、接着層に
導電性を付与したりして、ｎ側電極の一部として利用で
きる。

【００３５】また特に、本発明の半導体発光素子では、
結晶構造の良好な部分にのみ選択的に電極を形成する構
造とすることもできる。例えば、結晶面に結晶のステッ
プが揃っていない領域がある場合、そのステップが揃っ
ていない領域上を外して電極を形成することができる。
このような結晶のステップが揃っていない領域の存在
は、ＡＦＭを用いた観察や、経験則などで把握すること
ができ、一例として稜線上の部分や、端部に近い領域な
どを外した構造の電極を形成することができる。

【００３６】次に、図５に示すように、基板２０の剥離
が行われる。基板２０をエッチングや研磨などによって
除去することも可能であるが、基板２０を透明なサファ
イア基板とした場合では、基板２０の裏面からの紫外線
域のレーザー、例えばエキシマレーザーのビームを照射
することで、基板２０とその上の下部半導体層２１との
間にレーザーアブレーションが発生する。このレーザー
アブレーションとは、紫外線の範囲のビームを照射し
て、基板２０と下部半導体層２１の間の界面でビームの
光吸収エネルギーから下部半導体層２１の材料であるＧ
ａＮのうちの窒素を発生させ、基板２０と下部半導体層
２１を分離する技術である。基板２０をサファイア基板
とした場合では、サファイア基板を透過してエキシマレ
ーザーのビームを照射することができ、基板２０と下部
半導体層２１を容易に分離できる。基板２０の分離によ
り、下部半導体層２１の底面２８が露呈する。

【００３７】このような第１の半導体発光層側の製造工
程と並行或いは前後してＧａＡｓ基板３０上に第２の半
導体発光層が形成される。具体的にはＧａＡｓ基板３０
上にＡｌＧａＩｎＰ系ダブルへテロ構造を設けた構造と
され、一対のクラッド層３１、３３の間に第２の半導体
発光層としての第２の活性層３２を設けた構造を有す
る。活性層３２とクラッド層３１、３３の組み合わせ
は、ＡｌＧａＩｎＰのみから構成するもの、ＡｌＧａＩ
ｎＰ及びＧａＩｎＰから構成するもの、ＡｌＩｎＰ及び
ＡｌＧａＩｎＰから構成するもの等を用いることができ
る。また、これらＡｌＧａＩｎＰ系ダブルへテロ構造の
各層は、例えばＧａＡｓ基板上に格子整合させながら形
成する層とされ、それぞれ閃亜鉛鉱型結晶構造を有す
る。

【００３８】ＧａＡｓ基板３０上にＡｌＧａＩｎＰ系ダ
ブルへテロ構造を設けた後、図６に示すように、全面に
接着層３４が形成される。この接着層３４は、例えば熱
可塑性、熱硬化性の合成樹脂や、紫外線硬化、電子線硬
化型の樹脂などにより構成される。この接着層３４は、
ＧａＡｓ基板３０上のＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体層
３１〜３３の上面に塗布されて形成されるが、例えば支
持基板の片面若しくは両面に接着層を塗布した構成でも
良く、その支持基板をそのまま実装基板として使用して
も良い。

【００３９】このような接着層３４の形成後、図７に示
すように、接着層３４の上部に下部半導体層２１の底面
を貼り合わせて、第１の半導体発光層側と第２の半導体
発光層側を組み合わせる。この貼り合わせ工程によって
ピラミッド形状のＧａＮ系半導体層の光射出側にＡｌＧ
ａＩｎＰ系ダブルへテロ構造が位置することになり、第
１の活性層２６からの光が第２の活性層３２の発光に利
用される。このような貼り合わせの後、レーザーアブレ
ーションによってＧａＡｓ基板３０をＡｌＧａＩｎＰ系
化合物半導体層であるクラッド層３１から剥がす。この
ＧａＡｓ基板３０の裏面側から例えばＹＡＧレーザーの
照射によって、ＧａＡｓ基板３０とクラッド層３１の界
面にエネルギーを集め、レーザーアブレーションが発生
する。クラッド層３１にレーザーアブレーションが発生
しにくい場合には、ＧａＡｓ基板３０とクラッド層３１
の界面に犠牲層を設けるようにしても良い。レーザーア
ブレーションの場合、レーザー波長、基板波長、犠牲層
波長の条件としては、犠牲層波長>レーザー波長>基板波
長とすることで、レーザー照射時に犠牲層でのエネルギ
ー吸収が生ずる。

【００４０】また、本製造方法では、ＧａＡｓ基板３０
を剥離するために、レーザーアブレーションを用いてい
るが、これに限らず、ＧａＡｓ基板３０をエッチングに
より除去したり、研磨したりすることも可能である。Ｇ
ａＡｓ基板３０をエッチングにより除去する場合、Ｇａ
Ａｓ基板３０自体をエッチングすることも可能である
が、エピタキシャルリフトオフ技術により中間層をエッ
チングして除き、ＧａＡｓ基板３０を除去するようにし
ても良い。

【００４１】このようなＧａＡｓ基板３０の除去によ
り、図８に示すような半導体発光素子が形成される。六
角錐形状の結晶成長部２４からなる第１の半導体発光層
側の構成がＧａＮ系のウルツ鉱型の半導体結晶構造を有
し、他方、ＧａＡｓ基板３０を除去した第２の半導体発
光層側の構成はＡｌＧａＩｎＰ系の閃亜鉛鉱型の結晶構
造を有する。これらの組み合わせから、電流を流す対象
は構造的に比較的強度の高いＧａＮ系ウルツ鉱型半導体
結晶構造側に限られるため、素子の長寿命化を容易に図
ることができる。また、それぞれ成長時の基板を剥がし
た後で第１の半導体発光層側の構成と第２の半導体発光
層側の構成を組み合わせた構造を有するため、成長用基
板を繰り返し利用することもでき、また、ＧａＡｓ基板
３０などに含まれるＡｓを全く含まない構成も実現され
る。さらに第２の半導体発光層側には光励起が発生する
だけで実質的な電流の注入がないことから、仮に第２の
半導体発光層にひび割れや大きな結晶欠陥などがあった
場合でもこれらは直接電流を注入する場合に比べて発光
を妨げる程度は低い。

【００４２】また、本実施形態により製造される半導体
発光素子では、第１の活性層２６で励起された光が第２
の活性層３２で波長変換して出力されることになり、蛍
光体を使用するような発光素子に比べて、色純度を高く
することができ、同時に輝度飽和が抑制されて高輝度な
表示が可能となる。このような本実施形態の半導体発光
素子を用いてカラー画像表示装置を構成する場合、青色
の第１の活性層２６からの励起光を赤色に変換すること
ができ、同じ構成のＧａＮ系半導体結晶構造は、そのま
ま青色又は緑色として活用することもできることから、
後述するように少なくとも同じＧａＮ系半導体結晶構造
をアレイ状に配列し、一部に第２の活性層３２を形成し
て波長変換を行うことで高精細な画像表示装置を作成で
きる。なお、第２の半導体発光層を成長させる成長基板
としては、上述のＧａＡｓ基板に限らず、ＩｎＰ基板、
サファイア基板などエピタキシャシャル成長用基板とし
て用いられる他の基板を適宜使用できる。

【００４３】［樹脂パッケージを用いた半導体発光素子
の一例］次に、他の樹脂パッケージ内に発光ダイオード
を配設した構造の半導体発光素子について図９を参照し
ながら説明する。本実施形態の半導体発光素子では、所
定の光を放出させる第１の半導体発光層を備えた発光ダ
イオード５０が樹脂パッケージ５１内に形成され、その
発光素子から第１の半導体発光層からの光によって励起
されて光を放出する第２の半導体発光層が樹脂パッケー
ジ５１に貼り合わされて構成されることを特徴とする。

【００４４】図９に示すように、ポリイミド樹脂やエポ
キシ樹脂などの比較的耐熱性が高い樹脂材料からなる樹
脂パッケージ５１に囲まれる形で、ＧａＮ系の発光ダイ
オード５０が配設される。この発光ダイオード５０は、
前述の如きシリコンドープのＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層か
らなる活性層、マグネシウムドープのＧａＮ層を積層し
た六角錐形状の尖頭構造部５３を有しており、このうち
ＩｎＧａＮ層からなる活性層が所定の光を放出させる第
１の半導体発光層として機能する。この六角錐形状の尖
頭構造部５３の下部側には、選択成長時の下部成長層５
２が連続しており、この下部成長層５２に電気的に接続
して下部電極パッド５５が形成され、六角錐形状の尖頭
構造部５３側の図示しないｐ電極に接続するように上部
電極パッド５４が形成されている。これら下部電極パッ
ド５５及び上部電極パッド５４には、表示装置に装着し
た際には配線層が樹脂パッケージ５１を穿孔した部分を
介して接続される。

【００４５】このような樹脂パッケージ５１の底面側に
は接着層５６を介して貼り合わされたＡｌＧａＩｎＰ系
ダブルへテロ構造層を設けた構造とされ、一対のクラッ
ド層５７、５９の間に第２の半導体発光層としての第２
の活性層５８を設けた構造を有する。活性層とクラッド
層の組み合わせは、ＡｌＧａＩｎＰのみから構成するも
の、ＡｌＧａＩｎＰ及びＧａＩｎＰから構成するもの、
ＡｌＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰから構成するもの等を用
いることができる。これらＡｌＧａＩｎＰ系ダブルへテ
ロ構造層は赤色発光を行うための波長変換領域であり、
第１の半導体発光層からの光によって励起されて光を放
出する第２の半導体発光層として機能する。

【００４６】このように本実施形態の半導体発光素子に
おいては、光を放出する第２の半導体発光層側であるＡ
ｌＧａＩｎＰ系ダブルへテロ構造層は、接着層５６を介
して接着するのは、素子ではなく直接的には樹脂パッケ
ージ５１の底面である。この樹脂パッケージ５１及び接
着層５６をＧａＮ系の発光ダイオード５０からの光は十
分に透過することから、励起光は第２の活性層５８に届
き、そこで第１の半導体発光層からの光によって励起さ
れて波長変換を行って赤色発光の光を出力する。

【００４７】本実施形態の半導体発光素子においては、
蛍光体を使用するような発光素子に比べて、色純度を高
くすることができ、同時に輝度飽和が抑制されて高輝度
な表示が可能となる。また、電流を流す対象は構造的に
比較的強度の高いＧａＮ系ウルツ鉱型半導体結晶構造側
に限られるため、素子の長寿命化を容易に図ることがで
きる。また、ＧａＡｓ基板などに含まれるＡｓを全く含
まない構成も実現される。

【００４８】また、このような本実施形態の半導体発光
素子を用いてカラー画像表示装置を構成する場合、青色
の第１の活性層からの励起光を赤色に変換することがで
き、同じ構成のＧａＮ系半導体結晶構造は、そのまま青
色又は緑色として活用することもできることから、後述
するように少なくとも同じＧａＮ系半導体結晶構造をア
レイ状に配列し、一部に第２の活性層５８を形成して波
長変換を行うことで高精細な画像表示装置を作成でき
る。

【００４９】[二段階拡大転写法]図９に示す樹脂パッケ
ージを用いた半導体発光素子は、特に図１０〜図１２に
説明するような拡大転写法を用いて画像表示装置を構成
する場合に好適な構成となる。

【００５０】本実施形態の半導体発光素子の製造方法で
は、高集積度をもって第一基板上に作成された素子を第
一基板上で素子が配列された状態よりは離間した状態と
なるように一時保持用部材に転写し、次いで一時保持用
部材に保持された前記素子をさらに離間して第二基板上
に転写する二段階の拡大転写を行う。なお、本実施形態
では転写を２段階としているが、素子を離間して配置す
る拡大度に応じて転写を三段階やそれ以上の多段階とす
ることもできる。

【００５１】図１０と図１１はそれぞれ二段階拡大転写
法の基本的な工程を示す図である。まず、図１０の(a)
に示す第一基板１１０上に、例えば発光ダイオードよう
な素子１１２を密に形成する。素子を密に形成すること
で、各基板当たりに生成される素子の数を多くすること
ができ、製品コストを下げることができる。第一基板１
１０は例えば半導体ウエハ、ガラス基板、石英ガラス基
板、サファイア基板、プラスチック基板などの種々素子
形成可能な基板であるが、各素子１１２は第一基板１１
０上に直接形成したものであっても良く、他の基板上で
形成されたものを配列したものであっても良い。

【００５２】次に図１０の(b)に示すように、第一基板
１１０から各素子１１２が図中破線で示す一時保持用部
材１１１に転写され、この一時保持用部材１１１の上に
各素子１１２が保持される。ここで隣接する素子１１２
は離間され、図示のようにマトリクス状に配される。す
なわち素子１１２はｘ方向にもそれぞれ素子の間を広げ
るように転写されるが、ｘ方向に垂直なｙ方向にもそれ
ぞれ素子の間を広げるように転写される。このとき離間
される距離は、特に限定されず、一例として後続の工程
での樹脂部形成や電極パッドの形成を考慮した距離とす
ることができる。一時保持用部材１１１上に第一基板１
１０から転写した際に第一基板１１０上の全部の素子が
離間されて転写されるようにすることができる。この場
合には、一時保持用部材１１１のサイズはマトリクス状
に配された素子１１２の数（ｘ方向、ｙ方向にそれぞ
れ）に離間した距離を乗じたサイズ以上であれば良い。
また、一時保持用部材１１１上に第一基板１１０上の一
部の素子が離間されて転写されるようにすることも可能
である。

【００５３】一時保持用部材１１１への素子１１２の転
写は、後述するように、所要の吸着用治具やアクチュエ
ーターなどを用いた機械的手段を使用して行うようにす
ることもでき、或いは熱や光によって軟化、硬化、架
橋、劣化などの反応を生ずる樹脂などを塗布した上で熱
や光を局所的に照射して剥離や接着などを生じさせて選
択的に転写を行うようにしても良い。さらには、熱や光
と機械的手段の組み合わせで転写するようにしても良
い。一時保持用部材１１１と第一基板１１０の面同士を
対峙させて転写することが一般的ではあるが、一旦、第
一基板１１０から素子１１２をチップ毎にばらばらに分
離し、個々の素子１１２を改めて一時保持用部材１１１
に並べるようにしても良い。

【００５４】このような第一転写工程の後、図１０の
(c)に示すように、一時保持用部材１１１上に存在する
素子１１２は離間されていることから、各素子１１２ご
とに素子周りの樹脂の被覆と電極パッドの形成が行われ
る。素子周りの樹脂の被覆は電極パッドを形成し易く
し、次の第二転写工程での取り扱いを容易にするなどの
ために形成される。電極パッドの形成は、後述するよう
に、最終的な配線が続く第二転写工程の後に行われるた
め、その際に配線不良が生じないように比較的大き目の
サイズに形成されるものである。なお、図１０の(c)に
は電極パッドは図示していない。各素子１１２の周りを
樹脂１１３が覆うことで樹脂形成チップ１１４が形成さ
れる。素子１１２は平面上、樹脂形成チップ１１４の略
中央に位置するが、一方の辺や角側に偏った位置に存在
するものであっても良い。

【００５５】次に、図１０の(d)に示すように、第二転
写工程が行われる。この第二転写工程では一時保持用部
材１１１上でマトリクス状に配される素子１１２が樹脂
形成チップ１１４ごと更に離間するように第二基板１１
５上に転写される。この転写も第一転写工程と同様に、
所要の吸着用治具やアクチュエーターなどを用いた機械
的手段を使用して行うようにすることもでき、或いは熱
や光によって軟化、硬化、架橋、劣化などの反応を生ず
る樹脂などを塗布した上で熱や光を局所的に照射して剥
離や接着などを生じさせて選択的に転写を行うようにし
ても良い。さらには、熱や光と機械的手段の組み合わせ
で転写するようにしても良い。

【００５６】第二転写工程においても、隣接する素子１
１２は樹脂形成チップ１１４ごと離間され、図示のよう
にマトリクス状に配される。すなわち素子１１２はｘ方
向にもそれぞれ素子の間を広げるように転写されるが、
ｘ方向に垂直なｙ方向にもそれぞれ素子の間を広げるよ
うに転写される。第二転写工程のよって配置された素子
の位置が画像表示装置などの最終製品の画素に対応する
位置であるとすると、当初の素子１１２間のピッチの略
整数倍が第二転写工程のよって配置された素子１１２の
ピッチとなる。ここで第一基板１１０から一時保持用部
材１１１での離間したピッチの拡大率をｎとし、一時保
持用部材１１１から第二基板１１５での離間したピッチ
の拡大率をｍとすると、略整数倍の値ＥはＥ＝ｎｘｍで
あらわされる。拡大率ｎ、ｍはそれぞれ整数であっても
良く、整数でなくともＥが整数となる組み合わせ（例え
ばｎ＝2.4でｍ＝5）であれば良い。

【００５７】第二基板１１５上に樹脂形成チップ１１４
ごと離間された各素子１１２には、配線が施される。こ
の時、先に形成した電極パッド等を利用して接続不良を
極力抑えながらの配線がなされる。この配線は例えば素
子１１２が発光ダイオードなどの発光素子の場合には、
ｐ電極、ｎ電極への配線を含む。

【００５８】次に、図１１は図１０の二段階拡大転写法
の変形例であり、第一基板１１０ａ上から一時保持用部
材１１１ａへの転写方法が異なる実施形態である。図１
１の（ａ）に示すように第一基板１１０ａ上に例えば発
光ダイオードのような素子１１２が密に形成される。複
数の素子１１２は第一基板１１０ａ上ではマトリクス状
に配列されており、第一基板１１０ａ自体は図１の第一
基板１０と同様に例えば半導体ウエハ、ガラス基板、石
英ガラス基板、サファイア基板、プラスチック基板など
の種々素子形成可能な基板であるが、各素子１１２は第
一基板１１０上に直接形成したものであっても良く、他
の基板上で形成されたものを配列したものであっても良
い。

【００５９】このように複数の素子１１２を第一基板１
１０ａ上にマトリクス状に形成したところで、一時保持
用部材１１１ａへ素子１１２を離間しながら転写する。
この場合には、第一基板１１０ａと一時保持用部材１１
１ａが対峙するように保持され、第一基板１１０ａ上の
マトリクス状に配列された複数の素子１１２を間引きす
るように転写する。すなわち、第一基板１１０ａ上のあ
る素子１１２を転写する場合、その隣接した周囲の素子
１１２は転写しないで、所要距離だけ離間した位置の素
子１１２が第一基板１１０ａと当該一時保持用部材１１
１ａが対峙している間に転写される。隣接した周囲の素
子１１２はこの間引き転写で第一基板１１０ａに残され
るが、別個の一時保持用部材に対して転写することで、
密に形成した素子１１２を無駄にすることなく有効に活
用される。

【００６０】一時保持用部材１１１ａへの素子１１２の
転写は、後述するように、所要の吸着用治具やアクチュ
エーターなどを用いた機械的手段を使用して行うように
することもでき、或いは熱や光によって軟化、硬化、架
橋、劣化などの反応を生ずる樹脂などを塗布した上で熱
や光を局所的に照射して剥離や接着などを生じさせて選
択的に転写を行うようにしても良い。さらには、熱や光
と機械的手段の組み合わせで転写するようにしても良
い。

【００６１】このような第一転写工程の後、図１１の
(c)に示すように、一時保持用部材１１１ａ上に存在す
る素子１１２は離間されていることから、各素子１１２
ごとに素子周りの樹脂１１３の被覆と電極パッドの形成
が行われ、続いて図１１の(d)に示すように、第二転写
工程が行われる。この第二転写工程では一時保持用部材
１１１ａ上でマトリクス状に配される素子１２が樹脂形
成チップ１１４ごと更に離間するように第二基板１１５
上に転写される。これら素子周りの樹脂１１３の被覆と
電極パッドの形成と第二転写工程は図１０を用いて説明
した工程と同様であり、二段階拡大転写の後で所要の配
線が形成される点も同様である。

【００６２】これら図１０、図１１に示した二段階拡大
転写法においては、第一転写後の離間したスペースを利
用して電極パッドや樹脂固めなどを行うことができ、そ
して第二転写後に配線が施されるが、先に形成した電極
パッド等を利用して接続不良を極力抑えながらの配線が
なされる。従って、画像表示装置の歩留まりを向上させ
ることができる。また、本実施形態の二段階拡大転写法
においては、素子間の距離を離間する工程が２工程であ
り、このような素子間の距離を離間する複数工程の拡大
転写を行うことで、実際は転写回数が減ることになる。
すなわち、例えば、ここで第一基板１１０、１１０ａか
ら一時保持用部材１１１、１１１ａでの離間したピッチ
の拡大率を２（ｎ＝２）とし、一時保持用部材１１１、
１１１ａから第二基板１１５での離間したピッチの拡大
率を２（ｍ＝２）とすると、仮に一度の転写で拡大した
範囲に転写しようとしたときでは、最終拡大率が２ｘ２
の４倍で、その二乗の１６回の転写すなわち第一基板の
アライメントを１６回行う必要が生ずるが、本実施形態
の二段階拡大転写法では、アライメントの回数は第一転
写工程での拡大率２の二乗の４回と第二転写工程での拡
大率２の二乗の４回を単純に加えただけの計８回で済む
ことになる。即ち、同じ転写倍率を意図する場合におい
ては、（ｎ＋ｍ）^２＝ｎ^２＋２ｎｍ＋ｍ^２であることか
ら、必ず２ｎｍ回だけ転写回数を減らすことができるこ
とになる。従って、製造工程も回数分だけ時間や経費の
節約となり、特に拡大率の大きい場合に有益となる。

【００６３】なお、図１０、図１１に示した二段階拡大
転写法においては、素子１１２を例えば発光素子や液晶
制御素子としているが、これに限定されず、他の素子例
えば光電変換素子、圧電素子、薄膜トランジスタ素子、
薄膜ダイオード素子、抵抗素子、スイッチング素子、微
小磁気素子、微小光学素子から選ばれた素子若しくはそ
の部分、これらの組み合わせなどであっても良い。

【００６４】［間引き転写の他の例］

【００６５】図１２は図１１の（ａ）と（ｂ）で示した
間引き転写の他の一例を示す図である。間引き転写は転
写元の基板と転写先の基板（部材）を対峙させて選択的
に素子を転写することで行われるが、転写先の基板（部
材）を大きなサイズとすることで、転写元の基板上に有
る素子の全部を転写先の基板（部材）に移動させること
が可能である。

【００６６】図１２は第一転写工程での拡大率３の場合
の例を示しており、第一基板１１０ｃを単位とすると一
時保持用部材１１１ｃは３の二乗の９倍の面積を有す
る。このため転写元の基板である第一基板１１０ｃ上に
有る素子１２の全部を転写するために、全部で９回の転
写が行われる。第一基板１１０ｃ上にマトリクス状に配
される素子１１２を３ｘ３のマトリクス単位毎に分け
て、その中の１つの素子１１２が一時保持用部材１１１
ｃに順次転写されて最終的に全体の素子１１２が転写さ
れる。

【００６７】図１２の（ａ）は第一基板１１０ｃ上の素
子１１２の中３ｘ３のマトリクス単位毎で第１番目の素
子１１２が一時保持用部材１１１ｃに転写されるところ
を模式的に示しており、図１２の（ｂ）は３ｘ３のマト
リクス単位毎で第２番目の素子１１２が一時保持用部材
１１１ｃに転写されるところを模式的に示している。第
２番目の転写では、第一基板１１０ｃの一時保持用部材
１１１ｃに対するアライメント位置が図中垂直方向にず
れており、同様の間引き転写を繰り返すことで、素子１
２を離間させて配置することができる。また図３の
（ｃ）は３ｘ３のマトリクス単位毎で第８番目の素子１
１２が一時保持用部材１１１ｃに転写されるところを模
式的に示しており、図３の（ｄ）は３ｘ３のマトリクス
単位毎で第９番目の素子１１２が一時保持用部材１１１
ｃに転写されるところを模式的に示している。この３ｘ
３のマトリクス単位毎で第９番目の素子１１２が転写さ
れた時点で、第一基板１１０ｃには素子１１２がなくな
り、一時保持用部材１１１ｃにはマトリクス状に複数の
素子１１２が離間された形式で保持されることになる。
以降、図１０、図１１の（ｃ）、（ｄ）の工程により、
二段階拡大転写が実行される。

【００６８】［樹脂形成チップ］次に、図１３および図
１４を参照して、一時保持用部材上で形成され、第二基
板に転写される樹脂形成チップについて説明する。樹脂
形成チップ１２０は、離間して配置されている素子１２
１の周りを樹脂１２２で固めたものであり、このような
樹脂形成チップ１２０は、一時保持用部材から第二基板
に素子１２１を転写する場合に使用できるものである。

【００６９】素子１２１は後述するような発光素子の例
であるが、特に発光素子に限らず他の素子であっても良
い。樹脂形成チップ１２０は略平板上でその主たる面が
略正方形状とされる。この樹脂形成チップ１２０の形状
は樹脂１２２を固めて形成された形状であり、具体的に
は未硬化の樹脂を各素子１２１を含むように全面に塗布
し、これを硬化した後で縁の部分をダイシング等で切断
することで得られる形状である。略平板状の樹脂１２２
の表面側と裏面側にはそれぞれ電極パッド１２３、１２
４が形成される。これら電極パッド１２３、１２４の形
成は全面に電極パッド１２３、１２４の材料となる金属
層や多結晶シリコン層などの導電層を形成し、フォトリ
ソグラフィー技術により所要の電極形状にパターンニン
グすることで形成される。これら電極パッド１２３、１
２４は発光素子である素子１２１のｐ電極とｎ電極にそ
れぞれ接続するように形成されており、必要な場合には
樹脂１２２にビアホールなどが形成される。

【００７０】ここで電極パッド１２３、１２４は樹脂形
成チップ１２０の表面側と裏面側にそれぞれ形成されて
いるが、一方の面に両方の電極パッドを形成することも
可能である。電極パッド１２３、１２４の位置が平板上
ずれているのは、最終的な配線形成時に上側からコンタ
クトをとっても重ならないようにするためである。電極
パッド１２３、１２４の形状も正方形に限定されず他の
形状としても良い。

【００７１】このような樹脂形成チップ１２０を構成す
ることで、素子１２１の周りが樹脂１２２で被覆され平
坦化によって精度良く電極パッド１２３、１２４を形成
できるとともに素子１２１に比べて広い領域に電極パッ
ド１２３、１２４を延在でき、次の第二転写工程での転
写を吸着治具で進める場合には取り扱いが容易になる。
後述するように、最終的な配線が続く第二転写工程の後
に行われるため、比較的大き目のサイズの電極パッド１
２３、１２４を利用した配線を行うことで、配線不良が
未然に防止される。

【００７２】［樹脂形成チップに配設される発光素子］
図１５に樹脂形成チップに配設される素子の一例として
の発光素子の構造を示す。図１５の（ａ）が素子断面図
であり、図１５の（ｂ）が平面図である。この発光素子
はＧａＮ系の発光ダイオードであり、たとえばサファイ
ア基板上に結晶成長される素子である。このようなＧａ
Ｎ系の発光ダイオードでは、前述のように、基板を透過
するレーザー照射によってレーザーアブレーションが生
じ、ＧａＮの窒素が気化する現象にともなってサファイ
ア基板とＧａＮ系の成長層の間の界面で膜剥がれが生
じ、素子分離を容易なものにできる特徴を有している。

【００７３】まず、その構造については、ＧａＮ系半導
体層からなる下地成長層１３１上に選択成長された六角
錐形状のＧａＮ層１３２が形成されている。なお、下地
成長層１３１上には図示しない絶縁膜が存在し、六角錐
形状のＧａＮ層１３２はその絶縁膜を開口した部分にＭ
ＯＣＶＤ法などによって形成される。このＧａＮ層１３
２は、成長時に使用されるサファイア基板の主面をＣ面
とした場合にＳ面（１−１０１面）で覆われたピラミッ
ド型の成長層であり、シリコンをドープさせた領域であ
る。このＧａＮ層１３２の傾斜したＳ面の部分はダブル
へテロ構造のクラッドとして機能する。ＧａＮ層１３２
の傾斜したＳ面を覆うように活性層であるＩｎＧａＮ層
１３３が形成されており、その外側にマグネシウムドー
プのＧａＮ層１３４が形成される。このマグネシウムド
ープのＧａＮ層１３４もクラッドとして機能する。

【００７４】このような発光ダイオードには、ｐ電極１
３５とｎ電極１３６が形成されている。ｐ電極１３５は
マグネシウムドープのＧａＮ層１３４上に形成されるＮ
ｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＮｉ（Ｐｄ）／Ｐｔ／Ａｕなどの
金属材料を蒸着して形成される。ｎ電極１３６は前述の
図示しない絶縁膜を開口した部分でＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／
Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。なお、下地
成長層１３１の裏面側からｎ電極取り出しを行う場合
は、ｎ電極１３６の形成は下地成長層１３１の表面側に
は不要となる。

【００７５】このような構造のＧａＮ系の発光ダイオー
ドは、青色発光も可能な素子であって、特にレーザーア
ブレーションよって比較的簡単にサファイア基板から剥
離することができ、レーザービームを選択的に照射する
ことで選択的な剥離が実現される。なお、ＧａＮ系の発
光ダイオードとしては、平板上や帯状に活性層が形成さ
れる構造であっても良く、上端部にＣ面が形成された角
錐構造のものであっても良い。また、他の窒化物系発光
素子や化合物半導体素子などであっても良い。

【００７６】［発光素子の配列方法］次に、図１６から
図２０までを参照しながら、発光素子の配列方法につい
て説明する。発光素子は図１５に示したＧａＮ系の発光
ダイオードを用いている。

【００７７】先ず、図１６に示すように、第一基板１４
１の主面上には複数の発光ダイオード１４２がマトリク
ス状に形成されている。発光ダイオード１４２の大きさ
は約２０μｍ程度とすることができる。第一基板１４１
の構成材料としてはサファイア基板などのように光ダイ
オード１４２に照射するレーザーの波長の透過率の高い
材料が用いられる。発光ダイオード１４２にはｐ電極な
どまでは形成されているが最終的な配線は未だなされて
おらず、素子間分離の溝１４２ｇが形成されていて、個
々の発光ダイオード１４２は分離できる状態にある。こ
の溝１４２ｇの形成は例えば反応性イオンエッチングで
行う。このような第一基板１４１を図１６に示すように
一時保持用部材１４３に対峙させて選択的な転写を行
う。

【００７８】一時保持用部材１４３の第一基板１４１に
対峙する面には剥離層１４４と接着剤層１４５が２層に
なって形成されている。ここで一時保持用部材１４１の
例としては、ガラス基板、石英ガラス基板、プラスチッ
ク基板などを用いることができ、一時保持用部材１４１
上の剥離層１４４の例としては、フッ素コート、シリコ
ーン樹脂、水溶性接着剤（例えばＰＶＡ）、ポリイミド
などを用いることができる。また一時保持用部材１４３
の接着剤層１４５としては紫外線（ＵＶ）硬化型接着
剤、熱硬化性接着剤、熱可塑性接着剤のいずれかからな
る層を用いることができる。一例としては、一時保持用
部材１４３として石英ガラス基板を用い、剥離層１４４
としてポリイミド膜４μｍを形成後、接着剤層１４５と
してのＵＶ硬化型接着剤を約２０μｍ厚で塗布する。

【００７９】一時保持用部材１４３の接着剤層１４５
は、硬化した領域１４５ｓと未硬化領域１４５ｙが混在
するように調整され、未硬化領域１４５ｙに選択転写に
かかる発光ダイオード１４２が位置するように位置合わ
せされる。硬化した領域１４５ｓと未硬化領域１４５ｙ
が混在するような調整は、例えばＵＶ硬化型接着剤を露
光機にて選択的に２００μｍピッチでＵＶ露光し、発光
ダイオード１４２を転写するところは未硬化でそれ以外
は硬化させてある状態にすれば良い。このようなアライ
メントの後、その位置の発光ダイオード１４２をレーザ
ーにて第一基板１４１の裏面から照射して発光ダイオー
ド１４２を第一基板１４１からレーザーアブレーション
を利用して剥離する。ＧａＮ系の発光ダイオード１４２
はサファイアとの界面で金属のＧａと窒素に分解するこ
とから、比較的簡単に剥離できる。照射するレーザーと
してはエキシマレーザー、高調波ＹＡＧレーザーなどが
用いられる。

【００８０】このレーザーアブレーションを利用した剥
離によって、選択照射にかかる発光ダイオード１４２は
ＧａＮ層と第一基板１４１の界面で分離し、反対側の接
着剤層１４５の未硬化領域１４５ｙに発光ダイオード１
４２のｐ電極部分を突き刺すようにして転写される。他
のレーザーが照射されない領域の発光ダイオード１４２
については、対応する接着剤層１４５の部分が硬化した
領域１４５ｓであり、レーザーも照射されていないため
に一時保持用部材１４３側に転写されることはない。
なお、図１６では１つの発光ダイオード１４２だけが選
択的にレーザー照射されているが、ｎピッチ分だけ離間
した領域においても同様に発光ダイオード１４２はレー
ザー照射されているものとする。このような選択的な転
写によっては発光ダイオード１４２第一基板１４１上に
配列されている時よりも離間して一時保持用部材１４３
上に配列される。

【００８１】次に、選択的な発光ダイオード１４２の第
一基板１４１から一時保持用部材１４３への転写を行っ
たところで、図１７に示すように未硬化領域１４５ｙの
接着剤層１４５を硬化させて発光ダイオード１４２を固
着させる。この硬化は熱や光などのエネルギーを加える
ことで可能である。発光ダイオード１４２は一時保持用
部材１４３の接着剤層１４５に保持された状態で、発光
ダイオード１４２の裏面がｎ電極側（カソード電極側）
になっていて、発光ダイオード１４２の裏面には樹脂
（接着剤）がないように除去、洗浄されているため、電
極パッド１４６を形成した場合では、電極パッド１４６
は発光ダイオード１４２の裏面と電気的に接続される。

【００８２】接着剤層１４５の洗浄の例としては酸素プ
ラズマで接着剤用樹脂をエッチング、ＵＶオゾン照射に
て洗浄する。かつ、レーザーにてＧａＮ系発光ダイオー
ドをサファイア基板からなる第一基板１４１から剥離し
たときには、その剥離面にＧａが析出しているため、そ
のＧａをエッチングすることが必要であり、ＮａＯＨ水
溶液もしくは希硝酸で行うことになる。その後、電極パ
ッド１４６をパターニングする。このときのカソード側
の電極パッドは約６０μｍ角とすることができる。電極
パッド１４６としては透明電極（ＩＴＯ、ＺｎＯ系な
ど）もしくはＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどの材料を用い
る。透明電極の場合は発光ダイオードの裏面を大きく覆
っても発光をさえぎることがないので、パターニング精
度が粗く、大きな電極形成ができ、パターニングプロセ
スが容易になる。

【００８３】図１８は一時保持用部材１４３から発光ダ
イオード１４２を第二の一時保持用部材１４７に転写し
て、アノード電極（ｐ電極）側のビアホール１５０を形
成した後、アノード側電極パッド１４９を形成し、樹脂
からなる接着剤層１４５をダイシングした状態を示して
いる。このダイシングの結果、素子分離溝１５１が形成
され、発光ダイオード１４２は素子ごとに区分けされた
ものになる。素子分離溝１５１はマトリクス状の各発光
ダイオード１４２を分離するため、平面パターンとして
は縦横に延長された複数の平行線からなる。素子分離溝
１５１の底部では第二の一時保持用部材１４７の表面が
臨む。第二の一時保持用部材１４７上には剥離層１４８
が形成される。この剥離層１４８は例えばフッ素コー
ト、シリコーン樹脂、水溶性接着剤（例えばＰＶＡ）、
ポリイミドなどを用いて作成することができる。第二の
一時保持用部材１４７は、一例としてプラスチック基板
にＵＶ粘着材が塗布してある、いわゆるダイシングシー
トであり、ＵＶが照射されると粘着力が低下するものを
利用できる。一時保持部材１４７の裏面からエキシマレ
ーザーを照射する。これにより、例えば剥離層１４４と
してポリイミドを形成した場合では、ポリイミドと石英
基板の界面でポリイミドのアブレーションにより剥離が
発生して、各発光ダイオード１４２は第二の一時保持用
部材１４７側に転写される。

【００８４】このプロセスの例として、第二の一時保持
用部材１４７の表面を酸素プラズマで発光ダイオード１
４２の表面が露出してくるまでエッチングする。まずビ
アホール１５０の形成はエキシマレーザー、高調波ＹＡ
Ｇレーザー、炭酸ガスレーザを用いることができる。こ
のとき、ビアホールは約３〜７μｍの径を開けることに
なる。アノード側電極パッドはＮｉ／Ｐｔ／Ａｕなどで
形成する。ダイシングプロセスは通常のブレードを用い
たダイシング、２０μｍ以下の幅の狭い切り込みが必要
なときには上記レーザーを用いたレーザーによる加工を
行う。その切り込み幅は画像表示装置の画素内の樹脂か
らなる接着剤層１４５で覆われた発光ダイオード１４２
の大きさに依存する。一例として、エキシマレーザーに
て幅約４０μｍの溝加工を行い、チップの形状を形成す
る。

【００８５】次に、機械的手段を用いて発光ダイオード
１４２が第二の一時保持用部材１４７から剥離される。
図１９は、第二の一時保持用部材１４７上に配列してい
る発光ダイオード１４２を吸着装置１５３でピックアッ
プするところを示した図である。このときの吸着孔１５
５は画像表示装置の画素ピッチにマトリクス状に開口し
ていて、発光ダイオード１４２を多数個、一括で吸着で
きるようになっている。このときの開口径は、例えば約
φ１００μｍで６００μｍピッチのマトリクス状に開口
されて、一括で約３００個を吸着できる。このときの吸
着孔１５５の部材は例えば、Ｎｉ電鋳により作製したも
の、もしくはＳＵＳなどの金属板１５２をエッチングで
穴加工したものが使用され、金属板１５２の吸着孔１５
５の奥には、吸着チャンバ１５４が形成されており、こ
の吸着チャンバ１５４を負圧に制御することで発光ダイ
オード１４２の吸着が可能になる。発光ダイオード１４
２はこの段階で樹脂からなる接着剤層１４５で覆われて
おり、その上面は略平坦化されており、このために吸着
装置１５３による選択的な吸着を容易に進めることがで
きる。

【００８６】図２０は発光ダイオード１４２をＧａＡｓ
基板１６５に転写するところを示した図である。ＧａＡ
ｓ基板１６５に装着する際にＧａＡｓ基板１６５にあら
かじめ接着層１６１が塗布されており、その発光ダイオ
ード１４２下面の接着剤層１６１を硬化させ、発光ダイ
オード１４２をＧａＡｓ基板１６５上に固着して配列さ
せることができる。

【００８７】接着層１６１が塗布されるＧａＡｓ基板１
６５の表面は、第２の半導体発光層として機能するＡｌ
ＧａＩｎＰ系ダブルへテロ構造層が設けられており、一
対のクラッド層１６２、１６４の間に第２の半導体発光
層としての第２の活性層１６３を設けた構造を有する。
活性層とクラッド層の組み合わせは、ＡｌＧａＩｎＰの
みから構成するもの、ＡｌＧａＩｎＰ及びＧａＩｎＰか
ら構成するもの、ＡｌＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰから構
成するもの等を用いることができる。これらＡｌＧａＩ
ｎＰ系ダブルへテロ構造層は赤色発光を行うための波長
変換領域であり、第１の半導体発光層からの光によって
励起されて光を放出する第２の半導体発光層として機能
する。

【００８８】この素子の装着時には、吸着装置１５３の
吸着チャンバ１５４が圧力の高い状態となり、吸着装置
１５３と発光ダイオード１４２との吸着による結合状態
は解放される。接着層１６１はＵＶ硬化型接着剤、熱硬
化性接着剤、熱可塑性接着剤などによって構成すること
ができる。そのとき接着層１６１の樹脂を硬化させるエ
ネルギーＧａＡｓ基板１６５の裏面から供給することも
可能である。

【００８９】［半導体発光装置の一例］図２１は３つの
発光ダイオード２０２を化合物半導体構造部２０１に貼
りあわせ、３つの発光ダイオード２０２を同じ構造しな
がらも赤色、緑色、青色の３原色の発光波長を出力する
装置となっている。

【００９０】具体的には、化合物半導体構造部２０１に
貼り合わされる３つの発光ダイオード２０６、２０７、
２０８は、同じウルツ鉱型結晶構造のＧａＮ系発光ダイ
オードであり、ＧａＮ系半導体層からなる下部成長層２
０３上に選択成長された六角錐形状のＧａＮ層が形成さ
れている。このＧａＮ層は、Ｓ面（１−１０１面）で覆
われたピラミッド型の成長層であり、ＧａＮ層の傾斜し
たＳ面の部分はダブルへテロ構造のクラッド、活性層で
あるＩｎＧａＮ層、及びクラッドとして機能するマグネ
シウムドープのＧａＮ層が順次形成され、電流を供給し
た場合には一例として青色の発光をする。なお、化合物
半導体構造部２０１はＧａＡｓ基板上に格子整合されて
形成された閃亜鉛鉱型の結晶構造を有するＡｌＧａＩｎ
Ｐ系の化合物半導体層であり、レーザーアブレーション
などによってＧａＡｓ基板を除去したものである。

【００９１】発光ダイオード２０６の下部の化合物半導
体構造部２０１には、青色発光の光を励起光として赤色
発光を行うＡｌＧａＩｎＰ系の第２の活性層２０５が形
成されている。また、発光ダイオード２０７の下部の化
合物半導体構造部２０１には、青色発光の光を励起光と
して緑色発光を行う第２の活性層２０４が形成されてい
る。発光ダイオード２０８の下部の化合物半導体構造部
２０１には、青色発光の光をそのまま出力とするため第
２の活性層が形成されていない。

【００９２】このような構造の半導体発光装置では、３
つ若しくは３種類の発光素子が１つのモジュールに形成
された構造を有しており、カラー画像表示を行う場合に
有利である。特に３つの発光素子の組み合わせで半導体
発光装置が構成される場合には、既に３つの発光ダイオ
ード２０６、２０７、２０８の位置合わせは装置内で精
度良く行われていることになり、ダイオードアレイ型の
ディスプレイを構成する場合には、これら半導体発光装
置を精度良く並べるだけで高精彩な画像表示装置を製造
できる。また、化合物半導体構造部２０１自体は、３つ
の発光ダイオード２０６、２０７、２０８に対応するだ
けではなく、画面全体や所定の領域に展開したものとす
ることができ、第２の活性層２０５、２０４のパターン
も複数の発光ダイオードに対応するものとしてストライ
プ状やスポット状などのパターンにすることも可能であ
る。

【００９３】当該半導体発光装置では、蛍光体を使用す
るような発光装置に比べて、色純度を高くすることがで
き、同時に輝度飽和が抑制されて高輝度な表示が可能と
なる。また、電流を流す対象は構造的に比較的強度の高
いＧａＮ系ウルツ鉱型半導体結晶構造側に限られるた
め、素子の長寿命化を容易に図ることができる。また、
ＧａＡｓ基板などに含まれるＡｓを全く含まない構成も
実現される。

【００９４】また、このような本実施形態の半導体発光
装置を用いてカラー画像表示装置を構成する場合、青色
の第１の活性層からの励起光を赤色に変換することがで
き、同じ構成のＧａＮ系半導体結晶構造は、そのまま青
色又は緑色として活用することもできることから、後述
するように少なくとも同じＧａＮ系半導体結晶構造をア
レイ状に配列し、一部に第２の活性層を形成して波長変
換を行うことで高精細な画像表示装置を作成できること
になる。

【００９５】図２２は半導体発光装置の製造方法を説明
するための工程断面図であり、アレイ状に発光ダイオー
ド２１０を形成した後、接着層２１３を介してＧａＡｓ
基板２２０上に格子整合されて積層された閃亜鉛鉱型結
晶構造のＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体層２１４、２１
５、２１６の上にこれら発光ダイオード２１０が接着さ
れる。化合物半導体層２１５が第１の半導体発光層から
の光によって励起されて光を放出する第２の活性層とし
て機能し、化合物半導体層２１４、２１６がクラッド層
として機能する。これらＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体
層２１４、２１５、２１６とＧａＡｓ基板２２０の間に
はアブレーション層２１７が形成される。このアブレー
ション層２１７はアブレーション時の犠牲層であり、ア
ブレーションによりレーザーエネルギーを吸収して破壊
され、ＧａＡｓ基板２２０を簡単に剥離させるための層
である。

【００９６】アレイ状に配列された発光ダイオード２１
０の尖頭部側は樹脂層２１２を介して支持基板２１１に
保持される。このように支持基板２１１によってアレイ
状に配列された発光ダイオード２１０の全体が保持され
たところで、ＧａＡｓ基板２２０の裏面からＹＡＧレー
ザーなどのレーザービーム、紫外線を照射してアブレー
ション層２１７の犠牲からＧａＡｓ基板２２０を剥離さ
せる。このＧａＡｓ基板２２０の剥離によって、半導体
発光装置をＡｓを実質的に含まない構成にすることがで
き、環境保護の面からも望ましい画像表示装置を提供で
きることになる。

【００９７】このようなレーザーアブレーションを実現
するための条件としては、Ｅ(laser)をレーザーのエネ
ルギーとし、Ｅｇ(sub)をＧａＡｓ基板２２０のバンド
ギャップと、Ｅｇ(ab)をアブレーション層２１７のバン
ドギャップとすると、レーザービームがＧａＡｓ基板２
２０を透過する条件はＥ(laser)がＥｇ(sub)よりも小さ
くされ、アブレーション層２１７がレーザービームを吸
収する条件としてはＥｇ(ab)がＥ(laser)よりも小さく
されることが必要とされる。具体的な数値を入れてみる
と、Ｅ(laser)はＹＡＧの基本波で１．１７ｅＶとな
り、Ｅｇ(sub)はＧａＡｓ基板の場合１．４２ｅＶとな
る。ＹＡＧの基本波からの条件から１．１７ｅＶを満た
すＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、
ＧａＩｎＡｓＰなど、ＧａＡｓ基板２２０に格子整合す
るようなアブレーション層２１７を設けることが可能で
ある。

【００９８】なお、上述の実施形態においては、発光素
子として主に発光ダイオードの例について説明したが、
発光素子は半導体レーザーであっても良い。また、第１
の半導体発光層側に貼り合わせられる第２の半導体発光
層をＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体層によって説明した
が、他の波長変換機能を有する化合物半導体層であって
も良い。また、第１の半導体発光層と第２の半導体発光
層の間を接着層を介して接続するものとしたが、両者の
間にはレンズ、鏡、格子、絞り、開口部などの光学部材
や空間が含まれていても良く、光が入出力する関係を維
持できれば第１の半導体発光層と第２の半導体発光層の
間は離間していても良い。また、第１の半導体発光層と
第２の半導体発光層の間の数の関係は、１対１のものに
限らず、１対多、多対１、多対多などの構成であっても
良い。

【００９９】

【発明の効果】本発明の半導体発光素子、半導体発光装
置によれば、蛍光体を使用するような発光素子に比べ
て、色純度を高くすることができ、同時に輝度飽和が抑
制されて高輝度な表示が可能となる。特にＧａＮ系の半
導体結晶構造は、電流注入に対し高い電流値でも構造部
が壊れないという利点があり、長寿命であることから、
電流を流す対象を構造的に比較的強度の高いＧａＮ系ウ
ルツ鉱型半導体結晶構造側に限ることで、素子の長寿命
化を容易に図ることができる。また、ＧａＡｓ基板など
に含まれるＡｓを全く含まない構成も実現される。

【０１００】また、本発明の半導体発光素子、半導体発
光装置を用いてカラー画像表示装置を構成する場合、青
色の第１の活性層からの励起光を赤色に変換することが
でき、同じ構成のＧａＮ系半導体結晶構造は、そのまま
青色又は緑色として活用することもできることから、後
述するように少なくとも同じＧａＮ系半導体結晶構造を
アレイ状に配列し、一部に第２の活性層を形成して波長
変換を行うことで高精細な画像表示装置を作成できる。

【０１０１】また、製造方法においては、レーザーアブ
レーションを利用して第１の半導体発光層側のサファイ
ア基板や第２の半導体発光層側のＧａＡｓ基板を製造工
程の途中で剥がすことができ、工程の簡略化から歩留ま
り向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体発光素子の一実施形態の素子構
造を一部破断して示す側断面図である。

【図２】本発明の半導体発光素子の一実施形態の製造方
法を工程順に説明するための工程断面図であって、選択
マスクの形成までの工程断面図である。

【図３】本発明の半導体発光素子の一実施形態の製造方
法を工程順に説明するための工程断面図であって、選択
成長による半導体層の形成までの工程断面図である。

【図４】本発明の半導体発光素子の一実施形態の製造方
法を工程順に説明するための工程断面図であって、傾斜
面上への第１導電型クラッド層、第１の活性層、および
第２導電型クラッド層の形成までの工程断面図である。

【図５】本発明の半導体発光素子の一実施形態の製造方
法を工程順に説明するための工程断面図であって、基板
の剥離までの工程断面図である。

【図６】本発明の半導体発光素子の一実施形態の製造方
法を工程順に説明するための工程断面図であって、第２
の半導体発光層側の接着層の形成までの工程断面図であ
る。

【図７】本発明の半導体発光素子の一実施形態の製造方
法を工程順に説明するための工程断面図であって、第２
の半導体発光層側の基板の除去までの工程断面図であ
る。

【図８】本発明の半導体発光素子の一実施形態の製造方
法を工程順に説明するための工程断面図であって、素子
完成までの工程断面図である。

【図９】本発明の半導体発光素子の一実施形態の素子構
造を示す断面図である。

【図１０】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造方
法の一例を示す模式図である。

【図１１】本発明の実施形態の他の半導体発光素子の製
造方法の一例を示す模式図である。

【図１２】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造方
法における間引き転写を示す模式図である。

【図１３】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造方
法における樹脂形成チップを示す概略斜視図である。

【図１４】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造方
法における樹脂形成チップを示す概略平面図である。

【図１５】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造方
法に用いられる発光素子の例を示す図であって、（ａ）
断面図と（ｂ）平面図である。

【図１６】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造方
法における第一転写工程の工程断面図である。

【図１７】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造方
法における電極パッド形成工程の工程断面図である。

【図１８】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造方
法における他の電極パッド形成工程の工程断面図であ
る。

【図１９】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造方
法における吸着工程の工程断面図である。

【図２０】本発明の実施形態の半導体発光素子の製造方
法における貼り合わせ工程の工程断面図である。

【図２１】本発明の実施形態の半導体発光装置の一例の
模式断面図である。

【図２２】本発明の実施形態の半導体発光装置の製造方
法におけるレーザーアブレーション工程の工程断面図で
ある。

【符号の説明】

１０クラッド層１１第２の活性層１２クラッド層１５成長阻害膜１６シリコンドープのＧａＮ層１７第１の活性層１８マグネシウムドープのＧａＮ層１９結晶成長部２０基板２１下部成長層２２選択マスク２４半導体層２５第１導電型クラッド層２６第１の活性層２７第２導電型クラッド層３０ＧａＡｓ基板３１〜３３ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体層３４接着層５０発光ダイオード５１樹脂パッケージ５２下部成長層５３尖頭構造部５４上部電極パッド５５下部電極パッド５８第２の活性層２０１化合物半導体構造部２０４，２０５第２の活性層２０６、２０７、２０８発光ダイオード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の光を放出させる第１の半導体発光
層と、前記第１の半導体発光層とは異なる結晶系からな
る半導体層から構成され前記第１の半導体発光層からの
光によって励起されて光を放出する第２の半導体発光層
を有し、前記第１の半導体発光層を有する半導体構造部
に前記第２の半導体発光層が貼り合わされることを特徴
とする半導体発光素子。
【請求項２】前記第１の半導体発光層はウルツ鉱型結
晶構造を有し、第２の半導体発光層は閃亜鉛鉱型結晶構
造を有することを特徴とする請求項１記載の半導体発光
素子。
【請求項３】前記第１の半導体発光層は窒化ガリウム
系半導体層からなることを特徴とする請求項１記載の半
導体発光素子。
【請求項４】前記第２の半導体発光層はＡｌＧａＩｎ
Ｐ系半導体層、ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体層、ＧａＩｎ
ＮＡｓ系半導体層、ＧａＩｎＡｓＰ系半導体層から選ば
れた半導体層からなることを特徴とする請求項１記載の
半導体発光素子。
【請求項５】前記第１の半導体発光層は選択成長によ
り形成された尖頭状の成長層からなる前記半導体構造部
に形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体発
光素子。
【請求項６】前記第１の半導体発光層と前記第２の半
導体発光層は異なる発光波長を有することを特徴とする
請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項７】前記第２の半導体発光層は成長基板上で
形成され、アブレーション若しくはエッチングによって
該成長基板を剥離してなることを特徴とする請求項１記
載の半導体発光素子。
【請求項８】前記第２の半導体発光層は、接着層を介
して前記第１の半導体発光層に貼り付けられることと特
徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項９】樹脂パッケージ内に形成され所定の光を
放出させる第１の半導体発光層と、前記第１の半導体発
光層からの光によって励起されて光を放出する第２の半
導体発光層を有し、前記第２の半導体発光層は前記樹脂
パッケージに貼り合わされて構成されることを特徴とす
る半導体発光素子。
【請求項１０】前記第１の半導体発光層と前記第２の
半導体発光層は、互いに異なる結晶系からなる半導体層
から構成されることを特徴とする請求項９記載の半導体
発光素子。
【請求項１１】前記第１の半導体発光層はウルツ鉱型
結晶構造を有し、第２の半導体発光層は閃亜鉛鉱型結晶
構造を有することを特徴とする請求項９記載の半導体発
光素子。
【請求項１２】前記第１の半導体発光層は窒化ガリウ
ム系半導体層からなることを特徴とする請求項９記載の
半導体発光素子。
【請求項１３】前記第２の半導体発光層はＡｌＧａＩ
ｎＰ系半導体層、ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体層、ＧａＩ
ｎＮＡｓ系半導体層、ＧａＩｎＡｓＰ系半導体層から選
ばれた半導体層からなることを特徴とする請求項９記載
の半導体発光素子。
【請求項１４】前記第１の半導体発光層は選択成長に
より形成された尖頭状の成長層に形成されることを特徴
とする請求項９記載の半導体発光素子。
【請求項１５】前記第１の半導体発光層と前記第２の
半導体発光層は異なる発光波長を有することを特徴とす
る請求項９記載の半導体発光素子。
【請求項１６】前記第２の半導体発光層は成長基板上
で形成され、アブレーション若しくはエッチングによっ
て該成長基板を剥離してなることを特徴とする請求項９
記載の半導体発光素子。
【請求項１７】前記第２の半導体発光層は、接着層を
介して前記第１の半導体発光層に貼り付けられることを
特徴とする請求項９記載の半導体発光素子。
【請求項１８】所定の光を放出させる第１の半導体発
光層を形成し、前記第１の半導体発光層とは異なる結晶
系からなる半導体層から構成され前記第１の半導体発光
層からの光によって励起されて光を放出するための第２
の半導体発光層を形成し、前記第２の半導体発光層を前
記第１の半導体発光層を有する半導体構造部に貼り合わ
せることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】前記第２の半導体発光層は基板上に積
層されて形成され、前記半導体構造部に貼り合わせる際
に前記第２の半導体発光層は前記基板から剥離されるこ
とを特徴とする請求項１８記載の半導体発光素子の製造
方法。
【請求項２０】前記第２の半導体発光層の前記基板か
らの剥離は、レーザーアブレーションによって行われる
ことを特徴とする請求項１８記載の半導体発光素子の製
造方法。
【請求項２１】前記第２の半導体発光層の前記基板か
らの剥離は、エッチングによって前記基板を除去するこ
とで行われることを特徴とする請求項１８記載の半導体
発光素子の製造方法。
【請求項２２】樹脂パッケージ内に形成され所定の光
を放出させる第１の半導体発光層を形成し、前記第１の
半導体発光層からの光によって励起されて光を放出する
ための第２の半導体発光層を形成し、前記第２の半導体
発光層を前記樹脂パッケージに貼り合わせることを特徴
とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２３】前記第２の半導体発光層は基板上に積
層されて形成され、前記半導体構造部に貼り合わせる際
に前記第２の半導体発光層は前記基板から剥離されるこ
とを特徴とする請求項２２記載の半導体発光素子の製造
方法。
【請求項２４】前記第２の半導体発光層の前記基板か
らの剥離は、レーザーアブレーションによって行われる
ことを特徴とする請求項２２記載の半導体発光素子の製
造方法。
【請求項２５】前記第２の半導体発光層の前記基板か
らの剥離は、エッチングによって前記基板を除去するこ
とで行われることを特徴とする請求項２２記載の半導体
発光素子の製造方法。
【請求項２６】所定の光を放出させる第１の半導体発
光層を有する半導体構造部を複数形成し、その複数個の
半導体構造部のうちの一部に前記第１の半導体発光層か
らの光によって励起されて光を放出する第２の半導体発
光層を貼り合わせてなることを特徴とする半導体発光装
置。