特開 2022-163951 三原色スペクトルで発光できるフリップチップ型発光ダイオード構造及び製造方法

(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】P2022163951

(43)【公開日】2022-10-27

(54)【発明の名称】三原色スペクトルで発光できるフリップチップ型発光ダイオード構造及び製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/32 20100101AFI20221020BHJP

【ＦＩ】

H01L33/32

【審査請求】有

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021069109

(22)【出願日】2021-04-15

(71)【出願人】

【識別番号】511207730

【氏名又は名称】聯嘉光電股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】陳 復邦

(72)【発明者】

【氏名】▲らい▼ 俊銘

(72)【発明者】

【氏名】蔡 増光

(72)【発明者】

【氏名】黄 國欣

【テーマコード（参考）】

5F241

【Ｆターム（参考）】

5F241AA43

5F241CA05

5F241CA13

5F241CA34

5F241CA40

5F241CA67

5F241CB11

5F241CB15

5F241CB27

5F241FF01

(57)【要約】      （修正有）

【課題】三原色スペクトルで発光できるフリップチップ型発光ダイオードを提供する。
【解決手段】三原色スペクトルで発光できるフリップチップ型発光ダイオード構造は、電気励起青色発光構造１０を有する青色光層１６と光励起緑色発光構造２０を有する緑色光層２３と、接合層４０と、光励起赤色発光構造３０を有する赤色光層３３とを含み、印加電圧で電気励起青色発光構造を励起させて青色光を生成させ、青色光が光励起緑色発光構造を励起させて緑色光を生成させ、青色光と緑色光が光励起赤色発光構造を励起させて赤色光を生成させることにより、三原色スペクトルでの表示を実現する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

窒化物のエピタキシャル成長による電気励起青色発光構造と窒化物のエピタキシャル成長による光励起緑色発光構造とを有し、前記光励起緑色発光構造は前記電気励起青色発光構造に設けられ、且つ前記電気励起青色発光構造は印加電圧の励起で青色光を生成し、前記青色光が前記光励起緑色発光構造を励起させて緑色光を生成させる青色－緑色光層と、
窒化物のエピタキシャル成長による光励起赤色発光構造を有し、前記青色光と前記緑色光が前記光励起赤色発光構造を励起させて赤色光を生成させる赤色光層と、
前記光励起赤色発光構造と前記光励起緑色発光構造との間に位置し、且つ前記光励起赤色発光構造と前記光励起緑色発光構造を接合及び固定させる接合層とを含むことを特徴とする三原色スペクトルで発光できるフリップチップ型発光ダイオード構造。

【請求項2】

前記接合層はサファイア接合層で、且つ前記光励起緑色発光構造及び前記光励起赤色発光構造はエピタキシャル成長により前記サファイア接合層の両側にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード構造。

【請求項3】

前記接合層は接続接合層で、前記接続接合層は前記光励起赤色発光構造と前記光励起緑色発光構造を接続及び固定させ、且つ前記光励起緑色発光構造はサファイア基板に形成され、前記接続接合層は前記光励起赤色発光構造と前記サファイア基板を接着及び固定させることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード構造。

【請求項4】

前記電気励起青色発光構造は窒化アルミニウムインジウムガリウムで作製され、且つ前記電気励起青色発光構造は順に積層されたＮ型半導体層、青色活性層及びＰ型半導体層を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード構造。

【請求項5】

前記光励起緑色発光構造は窒化アルミニウムインジウムガリウムで作製され、前記光励起緑色発光構造は順に積層された第１閉じ込め層、緑色活性層及び第２閉じ込め層を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード構造。

【請求項6】

前記光励起赤色発光構造は窒化アルミニウムインジウムガリウムで作製され、前記光励起赤色発光構造は順に積層された第１閉じ込め層、赤色活性層及び第２閉じ込め層を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード構造。

【請求項7】

両面にエピタキシャル成長できるサファイア接合層を製造するステップと、
前記サファイア接合層の片側に、光励起緑色発光構造の第１閉じ込め層、緑色活性層及び第２閉じ込め層と、電気励起青色発光構造のＮ型半導体層、青色活性層及びＰ型半導体層とをこの順に形成させるステップと、
前記サファイア接合層の他側に、光励起赤色発光構造の第１閉じ込め層、赤色活性層及び第２閉じ込め層をこの順に形成させるステップとを含むことを特徴とする三原色スペクトルで発光できるフリップチップ型発光ダイオード構造の製造方法。

【請求項8】

印加電圧で前記電気励起青色発光構造を励起させて生成させた青色光を主光源とし、前記緑色活性層及び前記赤色活性層の厚さを調整して三原色の相対強度のコントロールを実現することを特徴とする請求項７に記載の製造方法。

【請求項9】

サファイア基板の片側に、光励起緑色発光構造の第１閉じ込め層、緑色活性層及び第２閉じ込め層と、電気励起青色発光構造のＮ型半導体層、青色活性層及びＰ型半導体層とをこの順に形成させるステップと、
窒化物が成長できる基板に、光励起赤色発光構造の第２閉じ込め層、赤色活性層及び第１閉じ込め層をこの順に形成させるステップと、
接合層を利用して前記光励起赤色発光構造の前記第１閉じ込め層と前記サファイア基板を接続及び固定させるステップと、
前記基板を除去又は薄化するステップとを含むことを特徴とする三原色スペクトルで発光できるフリップチップ型発光ダイオード構造の製造方法。

【請求項10】

印加電圧で前記電気励起青色発光構造を励起させて生成させた青色光を主光源とし、前記緑色活性層及び前記赤色活性層の厚さを調整して三原色の相対強度のコントロールを実現することを特徴とする請求項９に記載の製造方法。

【請求項11】

前記接合層の接続形態は透明の耐高温ポリマーによる接続、透明酸化物による高温高圧下の圧着接続及びスピンオンガラス（ＳＯＧ）接続のうちのいずれかで、前記光励起赤色発光構造と前記サファイア基板を接続及び固定させることであることを特徴とする請求項９に記載の製造方法。

【請求項12】

前記基板の材質には単結晶サファイア、単結晶炭化ケイ素及び単結晶窒化ガリウムのうちのいずれかが使用されることを特徴とする請求項９に記載の製造方法。

【請求項13】

研削薄化又はレーザー分離のいずれかの加工プロセスで前記基板を除去することを特徴とする請求項９に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液晶ディスプレイのバックライトに関し、特に、液晶ディスプレイのバックライトに用いられ三原色スペクトルを備える発光ダイオード構造及び製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ ＬＣＤ）の発光原理は、三原色カラーフィルタ（Ｃｏｌｏｒ－Ｆｉｌｔｅｒ）を通過させるバックライトに対し、ＴＦＴ ＬＣＤが三原色のそれぞれの光透過率をコントロールして、様々な色を示す混光画素（Ｐｉｘｅｌ）を得ることである。従来、カラーフィルタのバックライトとして一般的に用いられるのは白色発光ＬＥＤで、青色発光ＬＥＤチップで青色光を生成し、ＬＥＤの外面又は外部にコーティングされ蛍光フィルムとして存在する緑色蛍光体と赤色蛍光体に対し、青色光で２種の蛍光体を励起させ、混色させて白色光を生成する。

【0003】

特許文献１は次の構造を開示していた。電気励起発光で波長４００ｎｍの紫色光を生成し、光励起発光で青色光と緑色光を生成し、そして赤色発光物質、光励起赤色燐光性発光物質で赤色光を発光することで、演色性に優れた白色光を生成するものである。

【0004】

前記バックライトはいずれも蛍光体を用いるもので、蛍光体には一般に、スペクトルが広い（色純度が低い、階調が少ない、演色性が悪い）、信頼性が悪い（経年劣化）という問題がある。

【0005】

蛍光体におけるスペクトルの広さと信頼性の問題を緩和するために、赤色（Ｒ）ＬＥＤ、緑色（Ｇ）ＬＥＤ、青色（Ｂ）ＬＥＤの３つのＬＥＤをバックライト光源とする案もあり、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤは窒化物材料（ＡｌＧａＩｎＮ）で、赤色ＬＥＤはリン化物とヒ化物からなる４元素材料（ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ）である。３つのＬＥＤ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を使用するとスペクトル幅が狭くなり、ディスプレイに彩度が確保されるが、高コスト（３つのＬＥＤチップが必要）、２段階の駆動電圧を必要とする（赤色光に対応する４元素材料の駆動電圧は２Ｖ以下と低く、青色光と緑色光に対応する窒化物材料の駆動電圧は３Ｖ以下と割りと高い）ことが欠点である。また、３つのＬＥＤチップは空間的に並列して配置される必要があり、一つの小さな平面で混合させて発光できない。回路が複雑で、体積が大きく、高コストで、しかも３つのＬＥＤチップは１つを用いるものより故障発生率が高い。

【0006】

特許文献２は化合物半導体である窒化物ＡｌＧａＩｎＮを主構造とする青色発光ＬＥＤを開示していた。電流が通過すると青色活性層（Ａｃｔｉｖｅ Ｒｅｇｉｏｎ－１）を電気的に励起させて青色光を発光させ、二次構造は４元素化合物半導体構造（リン化物ＡｌＧａＩｎＰ）で、黄色活性層（Ａｃｔｉｖｅ Ｒｅｇｉｏｎ－２）であり、主構造を利用して励起光源（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｓｏｕｒｃｅ）である高エネルギーの青色光を発生させ、二次構造である黄色活性層を励起させて黄色光（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｓｏｕｒｃｅ）を生成させ、黄色光と透過した青色光が混合して白色光を得る。

【0007】

図１は４元素エピタキシャル光励起赤色発光構造のエネルギーバンドを示す。当該構造は多重量子井戸で、両側の閉じ込め層（Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｌａｙｅｒ）１と、複数のウェル（ＷＥＬＬ）２と、複数のバリア（Ｂａｒｒｉｅｒ）３とを含み、４元素材料ＡｌＧａＩｎＰは格子がマッチするＧａＡｓ基板に成長するため、閉じ込め層１、バリア３の最大エネルギーギャップに対応する材料構成はＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐであり、エネルギーギャップ（Ｅｇ）は約２．５ｅＶで、当該材料は４９２ｎｍ以下の波長を吸収し、青色光の４６０ｎｍのエネルギーが２．７ｅＶであるため、４元素化合物半導体構造（リン化物ＡｌＧａＩｎＰ）のバリア３と閉じ込め層１が多くの青色光を吸収して発光せず、４元素エピタキシャル光励起赤色発光構造の発光効率が低く商業的に価値がないものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】米国登録特許第ＵＳ９２１４６０１Ｂ１号

【特許文献2】ＰＣＴ国際出願第ＷＯ００７６００５Ａ１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は上記の実情に鑑みてなされたものであって、車内で高温又は低温下で振動が続く環境に使用するというニーズを満たすために、三原色スペクトルで発光できるフリップチップ型発光ダイオード構造及び製造方法を開示することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、窒化物のエピタキシャル成長による電気励起青色発光構造と窒化物のエピタキシャル成長による光励起緑色発光構造とを有し、当該光励起緑色発光構造は当該電気励起青色発光構造に設けられ、当該電気励起青色発光構造は印加電圧の励起で青色光を生成し、当該青色光が当該光励起緑色発光構造を励起させて緑色光を生成させる青色－緑色光層と、窒化物のエピタキシャル成長による光励起赤色発光構造を有し、当該青色光と当該緑色光が当該光励起赤色発光構造を励起させて赤色光を生成させる赤色光層と、当該光励起赤色発光構造と当該光励起緑色発光構造との間に位置し、且つ当該光励起赤色発光構造と当該光励起緑色発光構造を接合及び固定させる接合層とを含む、三原色スペクトルで発光できるフリップチップ型発光ダイオード構造を開示する。

【0011】

本発明に係る製造方法の一実施例では、両面にエピタキシャル成長できるサファイア接合層を製造するステップと、当該サファイア接合層を当該接合層として使用し、当該サファイア接合層の片側に、当該光励起緑色発光構造の第１閉じ込め層、緑色活性層及び第２閉じ込め層と、当該電気励起青色発光構造のＮ型半導体層、青色活性層及びＰ型半導体層とをこの順に形成させるステップと、当該サファイア接合層の他側に、当該光励起赤色発光構造の第１閉じ込め層、赤色活性層及び第２閉じ込め層をこの順に形成させるステップとを含む。

【0012】

本発明に係る製造方法の別の実施例では、サファイア基板の片側に、当該光励起緑色発光構造の当該第１閉じ込め層、当該緑色活性層及び当該第２閉じ込め層と、当該電気励起青色発光構造の当該Ｎ型半導体層、当該青色活性層及び当該Ｐ型半導体層とをこの順に形成させるステップと、次に、窒化物が成長できる基板に、当該光励起赤色発光構造の当該第２閉じ込め層、当該赤色活性層及び当該第１閉じ込め層をこの順に形成させるステップと、当該接合層を利用して当該光励起赤色発光構造の当該第１閉じ込め層と当該サファイア基板を接続（結合又は接着）及び固定させるステップと、当該基板の光吸収を低減するために、当該基板を薄化又は除去するステップとを含む。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る三原色スペクトル（緑色光、青色光又は赤色光）で発光できるフリップチップ型発光ダイオード構造では、印加電圧で電気励起青色発光構造を励起させて青色光を生成させ、当該青色光が光励起緑色発光構造を励起させて緑色光を生成させ、そして当該青色光と当該緑色光が光励起赤色発光構造を励起させて赤色光を生成させ、吸収されず透過した青色光、緑色光が赤色光と混光して三原色スペクトルを生成するものであり、全固体半導体材料から構成され、蛍光体は用いられない。信頼性が高く、半値幅が比較的狭い三原色スペクトルを備え、青色光回路が１つだけであり、同じ平面から均一に発光するという特性があり、車内で高温又は低温下で振動が続く環境に使用するというニーズを満たすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は従来の４元素エピタキシャル光励起赤色発光構造のエネルギーバンドを示す。

【図2】図２は本発明の第１実施例の構造の断面概略図である。

【図3】図３は本発明の緑色活性層の異なる厚さにおける発光強度の概略図である。

【図4】図４は本発明の三原色の発光強度の概略図である。

【図5】図５は本発明の第２実施例の構造の断面概略図である。

【図6】図６は本発明の第２実施例の半製品構造の断面概略図その１である。

【図7】図７は本発明の第２実施例の半製品構造の断面概略図その２である。

【図8】図８は本発明の第２実施例の半製品構造の断面概略図その３である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の特徴、目的及び効果の理解を促すために、以下では、好ましい実施例を挙げ図面を添えて説明する。
図２は本発明の第１実施例を示す。本発明は、窒化物のエピタキシャル成長による電気励起青色発光構造１０と、窒化物のエピタキシャル成長による光励起緑色発光構造２０と、窒化物のエピタキシャル成長による光励起赤色発光構造３０と、サファイア接合層４０（結合層）とを含む三原色スペクトルで発光できるフリップチップ型発光ダイオード構造を開示する。電気励起青色発光構造１０及び光励起緑色発光構造２０は青色－緑色光層の青緑エピタキシャル構造であり、当該青色－緑色光層は波長範囲が４５０～４６５ｎｍである青色光及び波長範囲が５２０～５４５ｎｍである緑色光を生成でき、光励起赤色発光構造３０は赤色光層の赤色エピタキシャル構造であり、当該赤色光層は波長範囲が６２０～６４５ｎｍである赤色光を生成できる。

【0016】

電気励起青色発光構造１０は窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＧａＩｎＮ）で作製され、且つ電気励起青色発光構造１０は同じ平面に位置するＮ型電極１１及びＰ型電極１２を含んでもよく、Ｐ型電極１２には金属層１３、反射層１４、Ｐ型半導体層１５、青色活性層１６及びＮ型半導体層１７がこの順に設けられ、且つＮ型半導体層１７はＮ型電極１１に接続され、Ｐ型半導体層１５、青色活性層１６及びＮ型半導体層１７は電気励起青色発光構造１０の主な発光構造で、印加電圧の励起で当該青色光を生成でき、Ｎ型電極１１、Ｐ型電極１２、金属層１３及び反射層１４は当該印加電圧を供給するフリップチップ電極と当該青色光を取り出す光反射構造である。

【0017】

光励起緑色発光構造２０は窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＧａＩｎＮ）で作製され、光励起緑色発光構造２０は電気励起青色発光構造１０に設けられる。光励起緑色発光構造２０は順に積層された緩衝層２１、第１閉じ込め層２２、緑色活性層２３及び第２閉じ込め層２４を含み、Ｎ型半導体層１７は第２閉じ込め層２４に形成され、第１閉じ込め層２２、緑色活性層２３及び第２閉じ込め層２４は光励起緑色発光構造２０の主な発光構造で、当該青色光の励起で当該緑色光を生成する。

【0018】

光励起赤色発光構造３０は窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＧａＩｎＮ）で作製され、光励起赤色発光構造３０は順に積層された緩衝層３１、第１閉じ込め層３２、赤色活性層３３及び第２閉じ込め層３４を含み、第１閉じ込め層３２、赤色活性層３３及び第２閉じ込め層３４は光励起赤色発光構造３０の主な発光構造で、当該青色光と当該緑色光の励起で当該赤色光を生成する。本発明の光励起赤色発光構造３０（赤色活性層３３）は窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＧａＩｎＮ）で作製され、光励起赤色発光構造３０は、第１閉じ込め層３２、赤色活性層３３及び第２閉じ込め層３４で構成された多重量子井戸で、赤色活性層３３は、ウェル（ＷＥＬＬ）及びバリア（Ｂａｒｒｉｅｒ）で構成された複数の対（Ｐａｉｒ）の多重量子井戸を有し、赤色活性層３３のウェル（ＷＥＬＬ）のエネルギーギャップ（Ｅｇ）は約１．９５ｅＶで、第１閉じ込め層３２、第２閉じ込め層３４及び赤色活性層３３のバリア（Ｂａｒｒｉｅｒ）のエネルギーギャップ（Ｅｇ）は約３．４２ｅＶで、青色光の４６０ｎｍのエネルギーギャップは約２．７ｅＶであるため、第１閉じ込め層３２、第２閉じ込め層３４及び赤色活性層３３のバリア（Ｂａｒｒｉｅｒ）は青色光を吸収せず、赤色活性層３３のウェル（ＷＥＬＬ）だけが青色光を吸収して当該赤色光を励起させることで、発光しないことが生み出す損失が減らされ、発光効率が効率的に向上される。

【0019】

サファイア接合層４０は光励起赤色発光構造３０と光励起緑色発光構造２０との間に位置し、サファイア接合層４０は光励起赤色発光構造３０と光励起緑色発光構造２０を接合及び固定させる。本実施例では、サファイア接合層４０は接合層として使用され、サファイア接合層４０はサファイア基板（Ｓａｐｐｈｉｒｅ Ｗａｆｅｒ）で、且つ光励起緑色発光構造２０及び光励起赤色発光構造３０はサファイア接合層４０（接合層）の両側にそれぞれ形成される。実際には、サファイア接合層４０（接合層）の両側に光励起緑色発光構造２０の緩衝層２１、光励起赤色発光構造３０の緩衝層３１がそれぞれ形成され、即ちサファイア接合層４０は青緑エピタキシャル構造の緩衝層２１と赤色エピタキシャル構造の緩衝層３１を接合及び固定させる構造となっている。

【0020】

当該電気励起青色発光構造が当該印加電圧の励起で当該青色光を生成し、当該青色光が当該光励起緑色発光構造を励起させて当該緑色光を生成させ、そして当該青色光と緑色光が当該光励起赤色発光構造を励起させて当該赤色光を生成させ、吸収されず透過した当該青色光、当該緑色光が当該赤色光と混光して三原色スペクトルを生成する。

【0021】

本実施例の製造方法のステップは以下のとおりである。まず、両面にエピタキシャル成長できるサファイア接合層４０を製造し、サファイア接合層４０を当該接合層として使用する。サファイア接合層４０（接合層）の片側に、光励起緑色発光構造２０及び電気励起青色発光構造１０をこの順に形成させる。より詳しく言えば、サファイア接合層４０（接合層）の片側に、緩衝層２１、第１閉じ込め層２２、緑色活性層２３及び第２閉じ込め層２４をこの順に形成させ、続いてＮ型半導体層１７、青色活性層１６及びＰ型半導体層１５を形成させる。後続のプロセスで電気励起青色発光構造１０の反射層１４、金属層１３、Ｐ型電極１２、Ｎ型電極１１などの構造を完成させる。

【0022】

本実施例の製造方法ではさらに、サファイア接合層４０（接合層）の他側に、光励起赤色発光構造３０を形成させ、即ち緩衝層３１、第１閉じ込め層３２、赤色活性層３３及び第２閉じ込め層３４をこの順に形成させる。

【0023】

第１実施例で、第１閉じ込め層２２はドープせず厚さが約１～３μｍであるＵ－ＧａＮであり、緑色活性層２３は多重量子井戸構造（対数は２０～５０対の量子井戸で、ウェルの構成はＩｎ_０．２６Ｇａ_０．７４Ｎで、厚さは約２０～４０Åで、バリアはＧａＮで、厚さは約５０～１５０Åである）。第２閉じ込め層２４はドープせず厚さが約１～３μｍであるＵ－ＧａＮである。Ｎ型半導体層１７は２～４μｍのＮ型半導体で、材料はＮ－ＧａＮ（Ｓｉをドープした）であってもよい。青色活性層１６は多重量子井戸構造である（対数は１２～２５対の多重量子井戸で、ウェルの構成はＩｎ_０．１７Ｇａ_０．８３Ｎで、厚さは約２０～４０Åで、バリアの構成はＧａＮで、厚さは約５０～１５０Åである）。Ｐ型半導体層１５は０．２～０．６μｍのＰ型半導体で、材料はＰ－ＧａＮ（Ｍｇをドープした）であってもよい。

【0024】

図２、図３及び図４に示すように、プロセスとしては、当該印加電圧で電気励起青色発光構造１０を励起させて生成させた青色光を主光源とし、緑色活性層２３の厚さを調整（一般にはＭＱＷ（量子井戸）の対数を調整）して、緑色光に変換される当該青色光の割合をコントロールすることで、青色光強度と緑色光強度の様々な組み合わせを得る。図３は、量子井戸の対数（ｐａｉｒｓ）別の青色光強度６０及び緑色光強度７０の相対強度比較の概略図である。量子井戸の対数（ｐａｉｒｓ）がそれぞれ１０ｐａｉｒｓ、２５ｐａｉｒｓ、４０ｐａｉｒｓであるものを例として説明し、緑色活性層２３の量子井戸の対数が１０である時、青色光強度６０は緑色光強度７０より大きく、緑色活性層２３の量子井戸の対数が４０である時、青色光強度６０は緑色光強度７０より小さい。図から分かるように、緑色活性層２３における量子井戸の対数をコントロールすれば、対数が厚さに比例するため緑色光に変換される当該青色光の割合をコントロールすることを実現できる。同様に、さらに赤色活性層３３の厚さをコントロールし、つまり量子井戸の対数をコントロールすれば、赤色光に変換される当該青色光と当該緑色光の割合をコントロールできる。したがって、本発明は緑色活性層２３及び赤色活性層３３の厚さを調整して三原色（緑色光、青色光、赤色光）の相対強度をコントロールできる。コントロール後の三原色（緑色光、青色光、赤色光）の相対強度は、図４に示すように、青色光強度６０、緑色光強度７０及び赤色光強度８０がほぼ同じとなり、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ ＬＣＤ）のバックライトとして使用するのに適する。

【0025】

図５は本発明の第２実施例を示す。本実施例では、電気励起青色発光構造１０と、光励起緑色発光構造２０と、光励起赤色発光構造３０とを含む点で変わりはないが、サファイア材料と窒化物半導体閉じ込め層材料を接続させる物質は接続接合層４１として使用され、接続接合層４１は光励起赤色発光構造３０及び光励起緑色発光構造２０（電気励起青色発光構造１０）を固定させる点で本実施例は第１実施例と違う。且つ光励起緑色発光構造２０はサファイア基板４２に形成され、接続接合層４１は光励起赤色発光構造３０とサファイア基板４２を接続及び固定させる。

【0026】

本発明の第２実施例の製造方法のステップは以下のとおりである。まず、図６に示すように、サファイア基板４２の片側に、光励起緑色発光構造２０の緩衝層２１、第１閉じ込め層２２、緑色活性層２３及び第２閉じ込め層２４と、電気励起青色発光構造１０のＮ型半導体層１７、青色活性層１６及びＰ型半導体層１５とをこの順に形成させる。

【0027】

次に図７に示すように、窒化物が成長できる基板５０に、光励起赤色発光構造３０を形成させ、基板５０の材質には単結晶（Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｒｙｓｔａｌ）サファイア（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）、単結晶（Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｒｙｓｔａｌ）炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び単結晶（Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｒｙｓｔａｌ）窒化ガリウム（ＧａＮ）のうちのいずれかが使用される。実際のプロセスとしては、まず基板５０に緩衝層５１を形成させ、次に緩衝層５１に光励起赤色発光構造３０の第２閉じ込め層３４、赤色活性層３３及び第１閉じ込め層３２をこの順に形成させてもよい。

【0028】

続いて図８に示すように、接続接合層４１（結合層）を利用して光励起赤色発光構造３０の第１閉じ込め層３２とサファイア基板４２を接続及び固定させ、言い換えれば図６及び図７の構造を接続接合層４１（結合層）によって接続及び固定させる。接続接合層４１（結合層）はサファイア基板４２と光励起赤色発光構造３０の第１閉じ込め層３２を接続させるもので、後続のプロセスに備え、安定的な構造と耐高温性（摂氏３００度以下）が求められる。接続接合層４１（結合層）の接続形態として利用できるのは、（ａ）透明の耐高温ポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）（例えば、シリコーン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）、エポキシ樹脂（Ｅｐｏｘｙ）など）による接続、（ｂ）スピンオンガラス（Ｓｐｉｎ－ｏｎ ｇｌａｓｓ、略称ＳＯＧ、あるいは液体ＳｉＯ_２）による接続、（ｃ）透明酸化物（例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＮなど）による高温高圧下の圧着接続である。このうちポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）接続は最も簡単で、酸化物による高温下の圧着は構造が最良で透明度が最も優れる。

【0029】

次に基板５０を除去し、研削薄化又はレーザー分離のいずれかのプロセスで基板５０を除去できる。後続のプロセスにおいて電気励起青色発光構造１０の反射層１４、金属層１３、Ｐ型電極１２、Ｎ型電極１１などの構造を完成させれば、図５に示す構造を得る。研削薄化を選択する場合には基板５０の大半が除去され、レーザー分離を選択する場合には基板５０の全体が除去される。

【0030】

上述したように、本発明は少なくとも以下の利点を有する。
１．本発明では電気励起で青色光を生成させ、光励起で緑色光及び赤色光を生成させることで、三原色スペクトルでの表示を実現できる。

【0031】

２．各層の材料は全固体半導体材料で構成されるため、蛍光体の場合の光減衰や信頼性の問題がなく、極高温又は低温下で振動が続く環境で使用するニーズが満たされ、自動車業界の発光部品としての要件に合っている。

【0032】

３．電気励起青色発光構造の青色活性層、光励起緑色発光構造及び光励起赤色発光構造の赤色活性層の厚さを調整して三原色スペクトルの強度調整を実現でき、ＴＦＴ ＬＣＤバックライトの光源として使用できる。三原色スペクトルの半値幅が狭いため、適切なカラーフィルタ（Ｃｏｌｏｒ－Ｆｉｌｔｅｒ）を用いれば効果的に発光効率を高めることができ、高輝度下の操作に適し、しかも発熱が少ないため日光下で車用ディスプレイの性能向上に役立つ。

【0033】

４．本発明と窒化ガリウム成長による赤色光ＬＥＤを比べると、窒化ガリウム成長による赤色光ＬＥＤは電気励起発光構造で、本発明は光励起赤色発光構造である。光励起赤色光窒化物半導体構造を成長させるには、光励起発光の特性だけを考慮してよく、比較的複雑なＰＮ接合の成長又は導電性のための半導体ドープが不要であるため、エピタキシャル成長により赤色活性層として単結晶の品質が優れた窒化物を得るのに適し、光励起構造ではより高い発光効率を得る。

【0034】

５．プロセスはウェハーレベルで行われる。ウェハー半導体製造プロセスで三原色構造を得るのは、大量生産に適するだけでなく、任意のチップサイズでの製造が可能で、非常に小さいサイズの三原色チップでも得やすく、しかも非常に小さいチップサイズ（１００μｍ未満）においては、蛍光体の粒径サイズが近い（粒径は約１０μｍ）とはいえ蛍光体のコーティングで問題がなくて済む。

【符号の説明】

【0035】

１０ 電気励起青色発光構造
１１ Ｎ型電極
１２ Ｐ型電極
１３ 金属層
１４ 反射層
１５ Ｐ型半導体層
１６ 青色活性層
１７ Ｎ型半導体層
２０ 光励起緑色発光構造
２１ 緩衝層
２２ 第１閉じ込め層
２３ 緑色活性層
２４ 第２閉じ込め層
３０ 光励起赤色発光構造
３１ 緩衝層
３２ 第１閉じ込め層
３３ 赤色活性層
３４ 第２閉じ込め層
４０ サファイア接合層
４１ 接続接合層
４２ サファイア基板
５０ 基板
５１ 緩衝層
６０ 青色光強度
７０ 緑色光強度
８０ 赤色光強度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】