特開 2015-181138 半導体発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-181138(P2015-181138A)

(43)【公開日】2015年10月15日

(54)【発明の名称】半導体発光装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/34 20100101AFI20150918BHJP

   G09F 9/33 20060101ALI20150918BHJP

   F21S 2/00 20060101ALI20150918BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/00 188

   G09F9/33 Z

   F21S2/00 482

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-167604(P2012-167604)

(22)【出願日】2012年7月27日

(71)【出願人】

【識別番号】500171707

【氏名又は名称】株式会社ブイ・テクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】110000626

【氏名又は名称】特許業務法人 英知国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100118898

【弁理士】

【氏名又は名称】小橋 立昌

(72)【発明者】

【氏名】梶山 康一

(72)【発明者】

【氏名】名須川 利通

(72)【発明者】

【氏名】金尾 正康

(72)【発明者】

【氏名】石川 晋

【テーマコード（参考）】

3K244

5C094

5F141

5F241

【Ｆターム（参考）】

3K244AA05

3K244BA26

3K244BA50

3K244CA02

3K244DA10

3K244DA16

3K244HA01

3K244LA10

5C094AA10

5C094AA15

5C094AA22

5C094BA23

5C094CA19

5C094EB05

5F141AA11

5F141AA47

5F141CA02

5F141CA33

5F141CA88

5F141CB33

5F141FF06

5F141FF11

5F241AA11

5F241AA47

5F241CA02

5F241CA33

5F241CA88

5F241CB33

5F241FF06

5F241FF11

(57)【要約】

【課題】単位発光領域周囲の額縁領域を可能な限り小さくして有効発光面積の拡大を図る。
【解決手段】半導体発光装置１は、半導体基板１０に複数の単位発光領域１Ｕを配置した発光機能部１０Ａを設け、単位発光領域１Ｕは、半導体基板１０を共通の半導体層とするｐｎ接合部を光放出部として備え、複数の単位発光領域１Ｕのうち互いに隣接配置される単位発光領域１Ｕは、異なる色の光を放出する光放出部を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板に複数の単位発光領域を配置した発光機能部が形成され、
前記単位発光領域は、前記半導体基板を共通の半導体層とするｐｎ接合部を光放出部として備え、
前記複数の単位発光領域のうち互いに隣接配置される前記単位発光領域は、異なる色の光を放出する前記光放出部を備えることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項2】

前記単位発光領域は、前記半導体基板の一面側に透明電極からなる第１電極を備え、前記半導体基板の他面側に前記単位発光領域毎に独立した第２電極を備え、
前記半導体基板の裏面側に前記第２電極に個別に電気供給する駆動部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。

【請求項3】

前記半導体基板は第１物質をドープしたｎ型Ｓｉ結晶基板であり、当該半導体基板に第２物質を高濃度ドープすることでｐ型半導体層が形成され、
前記単位発光領域のそれぞれは、アニール処理で前記第２物質を拡散させる過程で照射される光の波長帯域によって、前記光放出部の発光色が特定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体発光装置。

【請求項4】

前記第１物質がヒ素（Ａｓ）であり、前記第２物質がボロン（Ｂ）であることを特徴とする請求項３記載の半導体発光装置。

【請求項5】

前記半導体基板は、当該半導体基板を半導体層とするｐｎ接合部を受光部とする受光機能部を備えることを特徴とする請求項１〜４のずれかに記載の半導体発光装置。

【請求項6】

前記半導体基板は、当該半導体基板を半導体層とするｐｎ接合を有する集積回路機能部を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光装置。

【請求項7】

前記発光機能部は画像表示部であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体発光装置。

【請求項8】

前記発光機能部は照明光出射部であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体発光装置。

【請求項9】

請求項１〜８のいずれかに記載された半導体発光装置を備えた携帯情報処理端末。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表示，照明などに用いられる半導体発光装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

表示用や照明用の発光装置は、設置或いは実装スペースを削減するために薄型化が求められ、更には高品質の表示や照明を実現するために高精細化が求められている。薄型化の要求に対しては、基板上に画素又は絵素と呼ばれる単位発光領域を形成するフラットパネル化が進んでいる。高精細化の要求に対しては単位発光領域の面積をできるだけ高密度に配置することが必要になり、しかも多色表示や高品質な白色照明を得るためには、異なる色（例えばＲＧＢ）で発光する単位発光領域の色バランス調整が必要になる。

【0003】

薄型化と高精細化の要求に応える発光装置には、主にアクティブマトリクス駆動方式が採用されている。アクティブマトリクス駆動方式は、単位発光領域に対応した電極（画素電極）が基板平面にドットマトリクス状に配置されており、各電極周囲のスペースには、各電極への電気供給を制御する薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）が電極毎に配備され、電極間にはドライバ配線（ソース線，ゲート線）が配備されている。

【0004】

アクティブマトリクス駆動方式を採用した発光装置としては、有機ＥＬ表示装置などが知られている。下記特許文献１に記載された従来技術は、有機ＥＬ表示装置などをアクティブマトリクス駆動するための、ＴＦＴを備えた半導体装置であって、３層以上の配線を接続する際に、効率的に且つ小面積で接続を行うことができるコンタクト構造を備えることが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９−３７１１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

一般に、前述したアクティブ駆動方式を採用した発光装置は、単位発光領域の周囲にドライバ配線やＴＦＴなどによる額縁領域（発光しない領域）が形成され、これによって基板上の有効発光面積が削減される構造になっている。携帯端末に搭載される発光装置の高精細化を図るためには、単位発光領域の微細化が必要になるが、単位発光領域が微細化されればされるほど額縁領域の占める割合が大きくなって有効発光面積の割合が小さくなり、放出された光を高効率に利用できない問題が生じる。

【0007】

これに対して、前述した従来技術のように、積層したドライバ配線のコンタクト構造を改善することでドライバ配線の面積を減らすことはできるが、これによっても単位発光領域周りの額縁領域を排除することはできず、逆に配線構造が複雑になって歩留まりの悪化や生産性の悪化といった別の問題が生じることになる。

【0008】

更に、近年普及しているスマートフォンなどの携帯情報処理端末では、表示以外にも多くの機能を実現するために多種の機能部品が搭載されている。このような携帯情報処理端末に実装する発光装置としては、他の機能部品の実装を含めて表示や照明を行う発光装置の更なるコンパクト化が求められている。

【0009】

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、薄型化，高精細化の要求に応える発光装置において、単位発光領域周囲の額縁領域を可能な限り小さくして有効発光面積の拡大を図ること、携帯情報処理端末に実装する発光装置としては、他の機能部品の実装を含めて表示や照明を行う発光装置のコンパクト化を図ること、等が本発明の目的である。

【課題を解決するための手段】

【0010】

このような目的を達成するために、本発明による半導体発光装置は、以下の構成を少なくとも具備するものである。
半導体基板に複数の単位発光領域を配置した発光機能部が形成され、前記単位発光領域は、前記半導体基板を共通の半導体層とするｐｎ接合部を光放出部として備え、前記複数の単位発光領域のうち互いに隣接配置される前記単位発光領域は、異なる色の光を放出する前記光放出部を備えることを特徴とする半導体発光装置。

【発明の効果】

【0011】

このような特徴を有する半導体発光装置は、半導体基板を共通の半導体層として、光放出部となるｐｎ接合部を単位発光領域毎に駆動することができる。その際に共通の半導体層に駆動部を作り込めば、半導体基板に駆動部が存在しない光放出面を形成することができる。これによると、光放出面側には隣接する単位発光領域を近接配置させるための阻害要因がないので、単位発光領域の額縁領域を極小化することが可能になる。

【0012】

また、ｐｎ接合部間に個別に電気供給できれば複数配列された単位発光領域のアクディブ駆動が可能になるので、半導体基板の一面側を光出射側として透明電極からなる共通電極を形成し、半導体基板の他面側（光出射側とは逆側）に単位発光領域毎の個別電極と駆動部を形成することができる。これによると、複数の単位発光領域を配列した発光機能部の有効発光面積率（１００×有効発光面積／発光機能部全面積）を１００％に近づけることができ、出射光の効率的な利用が可能になる。

【0013】

更には、本発明の半導体発光装置は、互いに隣接配置される単位発光領域が異なる色の光を放出する光放出部を備えるので、高精細な多色表示又は高品質の白色照明やカラー照明を実現することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係る半導体発光装置を示した説明図（図１（ａ）が平面図、図１（ｂ）が図１（ａ）におけるＡ部拡大図）である。

【図2】本発明の実施形態における単位発光領域の構造を示した説明図である。

【図3】半導体発光装置の他の形態例を示した説明図である（図３（ａ）が半導体基板の表面側を示しており、図３（ｂ）が半導体基板の裏面側を示している）。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る半導体発光装置を示した説明図（図１（ａ）が平面図、図１（ｂ）が図１（ａ）におけるＡ部拡大図）である。半導体発光装置１は、半導体基板１０に発光機能部１０Ａを形成している。発光機能部１０Ａは、複数の単位発光領域１Ｕが配置されることで構成されている。ここでは矩形状の単位発光領域１Ｕをドットマトリクス状に縦横整列配置した例を示しているが、単位発光領域１Ｕの形状及び配置形態は特にこれに限定されない。ここでいう単位発光領域１Ｕは、発光出力を個別に駆動することができる一つの領域であり、画像表示を行う際の画素、カラー画像表示を行う場合の色画素などはこの単位発光領域１Ｕに含まれる。

【0016】

図２は、本発明の実施形態における単位発光領域の構造を示した説明図である。図２（ａ）は単位発光領域の構造を示した一例であり、図２（ｂ）は単位発光領域の構造を示した他の例である。図２（ｃ）は駆動部の構造例を示している。

【0017】

単位発光領域１Ｕは、半導体基板１０を共通の半導体層とするｐｎ接合部１１を備えており、このｐｎ接合部１１を光放出部としている。具体的には、半導体基板１０がｎ型半導体層１０ｎであって、複数の単位発光領域１Ｕに共通な半導体層になっており、半導体基板１０に形成されるｐ型半導体層１０ｐが形成されている。ｐ型半導体層１０ｐは、図２（ａ）に示すように複数の単位発光領域１Ｕに共通の層としてもよいし、図２（ｂ）に示すように複数の単位発光領域１Ｕ毎に分離した層としてもよい。

【0018】

ｎ型半導体層１０ｎとｐ型半導体層１０ｐの境界付近にｐｎ接合部１１が形成される。そして、一つの単位発光領域１Ｕ（Ａ）のｐｎ接合部１１からは第１色Ｃ₁の光が放出され、単位発光領域１Ｕ（Ａ）に隣接する他の単位発光領域１Ｕ（Ｂ）のｐｎ接合部１１からは、第１色Ｃ₁とは異なる第２色Ｃ₂が放出される。発光機能部１０Ａ全体で、フルカラーの表示を行う場合や白色光を放出する場合には、隣接する３つの単位発光領域１Ｕがそれぞれ異なる発光色を示し、それぞれの色がＲＧＢから選択されることになるが、これに限らず、少なくとも隣接する２つの単位発光領域１Ｕで異なる発光色を示すものであれば、マルチカラー表示や多色照明が可能になる。

【0019】

単位発光領域１Ｕは、半導体基板１０の一面側に透明電極からなる第１電極１２を備え、半導体基板１０の他面側に単位発光領域１Ｕ毎に独立した第２電極１３を備えている。また、半導体基板１０の他面側には、第２電極１３に個別に電気供給する駆動部１４を設けている。ここでの駆動部１４は、スイッチング素子やドライバ配線を含んでいる。第１電極１２は、ＩＴＯ，ＩＺＯなどの透明導電材料を用いることができ、第２電極１３は、Ａｌなどの金属電極を用いることができる。

【0020】

第１電極１２，第２電極１３，駆動部１４は、単位発光領域１Ｕをアクティブマトリクス駆動するための構成であり、これを備えることで、高精細なカラー画像表示や高品質な白色又はカラー照明が可能になる。ここでの特徴は、半導体基板１０の一面側が光出射側になり、その一面側には光を遮る構成部材が存在しないことである。このような構造によると、複数の単位発光領域を配列した発光機能部１０Ａの有効発光面積率を１００％に近づけることができ、出射光の効率的な利用が可能になる。

【0021】

駆動部１４は、図２（ｃ）に示すように、例えばＭＯＳ型トランジスタなどの半導体駆動素子部によって構成することができる。図示の例では、半導体基板１０のｎ型半導体層１０ｎにｐ型半導体層１４ｐ１，１４ｐ２を形成し、それらの上にソース電極１４ｓとドレイン電極１４ｄをそれぞれ形成しており、ｐ型半導体層１４ｐ１，１４ｐ２の間のチャネル領域１４ｎ上に絶縁膜１４ｂを介してゲート電極１４ｇを形成している。ドレイン電極１４ｄ，ゲート電極１４ｇ，ソース電極１４ｓはそれぞれ単位発光領域１Ｕを駆動するための電極配線に接続される。例えば、ドレイン電極１４ｄは第２電極１３に接続され、ゲート電極１４ｇゲート線に接続され、ソース電極１４ｓはデータ線に接続される。このような駆動部１４は、単位発光領域１Ｕにおける共通の半導体層を形成する半導体基板１０に既知の半導体リソグラフィ工程によって作り込むことができる。

【0022】

このような単位発光領域１Ｕの構造によると、半導体基板１０を共通の半導体層として、光放出部となるｐｎ接合部１１を単位発光領域１Ｕ毎に駆動することができる。ここで、共通の半導体層に駆動部１４を作り込めば、半導体基板１０の片側の面に駆動部１４が存在しない光放出面を形成することができる。これによると、光放出面側には隣接する単位発光領域１Ｕを近接配置させるための阻害要因がないので、単位発光領域１Ｕの額縁領域を極小化することが可能になる。

【0023】

図２（ｂ）に示すように、複数の単位発光領域１Ｕに共通なｎ型半導体層１０ｎに単位発光領域１Ｕ毎のｐ型半導体層１０ｐを形成した場合には、単位発光領域１Ｕ毎に光放出部となるｐｎ接合部を分離して形成することができる。これによると、共通の半導体層をｎ型半導体層１０ｎとした場合には、ｐ型半導体層１０ｐを得る不純物添加パターンによって一つの半導体基板１０上に複数の単位発光領域１Ｕを区画することができる。これによると隣接する画素を明確に区画することができ、コントラストの高い画像表示が可能になる。

【0024】

単位発光領域１Ｕの発光原理の一例を説明する。ここでは、半導体基板１０として、第１物質をドープしたｎ型Ｓｉ結晶基板を用いる。シリコン（Ｓｉ）は、間接遷移型の半導体であって発光効率が低く、単にｐｎ接合部を形成しただけでは有用な発光は得られない。これに対して、Ｓｉ結晶にフォノンを援用したアニールを施して、ｐｎ接合部近傍にドレスト光子を発生させ、間接遷移型半導体であるＳｉをあたかも直接遷移型半導体であるかのように変化させることで、高効率・高出力なｐｎ接合型発光が可能になる。

【0025】

より具体的には、半導体基板１０（ｎ型半導体層１０ｎ）が第１物質としてヒ素（Ａｓ）をドープしたｎ型Ｓｉ結晶基板であり、これに第２物質であるボロン（Ｂ）を高濃度ドープすることでｐ型半導体層１０ｐを形成する。そして、アニール処理で第２物質であるボロン（Ｂ）を拡散させる過程でｐｎ接合部１１に光を照射することで、ｐｎ接合部１１近傍にドレスト光子を発生させる。このようにドレスト光子が発生したｐｎ接合部１１は、ｐｎ接合部１１に電気供給すると、アニール過程で照射した光の波長と同等の波長の光を放出する。ボロン（Ｂ）ドープ条件の一例は、ドーズ密度：５×１０¹³／ｃｍ²、打ち込み時の加速エネルギー：７００ｋｅＶとし、アニール過程で照射する光の波長は可視光域で所望の色帯域とする。

【0026】

このような発光原理を利用し、単位発光領域１Ｕの形成時に、隣接する単位発光領域１Ｕにおいてアニール過程で異なる色波長の光を照射する。これによって、互いに隣接配置される単位発光領域１Ｕ（１Ｕ（Ａ），１Ｕ（Ｂ））に、異なる色の光を放出する光放出部を形成することができる。

【0027】

このような構成を備えた半導体発光装置１は、発光機能部１０Ａを画像表示部とすることで、薄型化が可能で且つ高精細な表示装置を実現することができる。また、半導体発光装置１は、発光機能部１０Ａを照明光出射部とすることで、高品質の白色照明やカラー照明が得られる照明装置を実現することができる。更には、この半導体発光装置１は、単位発光領域１Ｕ周囲の額縁領域を極小化することができるので、出射光の利用効率を最大限に高めることができ、低エネルギー消費で且つ高出力の発光装置を実現することができる。

【0028】

また、半導体発光装置１は、前述したようにシリコン半導体基板に発光機能部１０Ａを形成することができるので、この発光機能部１０Ａが形成されたシリコン半導体基板に受光機能部や他の集積回路機能部を集約して形成することができる。これによると、半導体発光装置１を構成する一枚の半導体基板１０に他の電子部品機能を集積することで、電子機器内の部品配置構成を飛躍的に省スペース化することができる。よって、この半導体発光装置１を備えた携帯電話やスマートフォンなどの携帯情報処理端末は、飛躍的な小型化，薄型化，軽量化を実現することができ、その上で表示部等の発光受光機能の高機能化を達成することができる。

【0029】

図３は、半導体発光装置の形態例を示した説明図である（図３（ａ）が半導体基板の表面側を示しており、図３（ｂ）が半導体基板の裏面側を示している）。この例では、前述した例と同様に、半導体発光装置１は、半導体基板１０の表面側に発光機能部１０Ａを備え、半導体基板１０の裏面側に発光機能部１０Ａを駆動するためのドライブ配線部１０Ｄを備えている。また、半導体基板１０の表面側にはセンサ機能部１０Ｓ１，１０Ｓ２などが形成されている。センサ機能部１０Ｓ１，１０Ｓ２は、例えば、照度センサやジャイロセンサなどとして機能するものである。更に、半導体基板１０の裏面側には、第２の発光機能部１０Ａ１とセンサ機能部１０Ｓ３が並列して形成されている。第２の発光機能部１０Ａ１は照明光出射部として機能するものであり、センサ機能部１０Ｓ３は、イメージセンサ部として機能するものである。また、半導体基板１０の裏面側には、インターフェイス接続部１０Ｊなどを形成することができる。

【0030】

図３に示した例は、半導体基板１０に発光機能部１０Ａと他の機能部品部を集積させた例の一つであり、半導体基板１０における機能部の配置や構成は様々な形態に設計することが可能である。

【0031】

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。上述の各図で示した実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。また、各図の記載内容はそれぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0032】

１：半導体発光装置，１Ｕ：単位発光領域，
１０：半導体基板，１０Ａ：発光機能部，１０Ａ１：第２発光機能部，
１０Ｓ１，１０Ｓ２，１０Ｓ３：センサ機能部，
１０Ｊ：インターフェイス接続部，
１０ｎ：ｎ型半導体層，１０ｐ：ｐ型半導体層，
１１：ｐｎ接合部，１２：第１電極，１３：第２電極，１４：駆動部

【図1】

【図2】

【図3】