半導体発光装置および画像表示装置
【課題】高輝度な半導体発光装置および画像表示装置を提供する。
【解決手段】複数の半導体薄膜発光素子が、実装基板101上に反射メタル層103を介して集積された第１半導体薄膜発光素子102と、第１半導体薄膜発光素子から放射される第１発光波長の光に対し透明な材料から構成され、かつ、第１半導体薄膜発光素子の素子構造を平坦とし、さらに電気的に絶縁性を有する第１透明絶縁平坦化膜113を介して第１半導体薄膜発光素子上に集積された第２半導体薄膜発光素子114とを備え、第２半導体薄膜発光素子は、内部の第１半導体薄膜発光素子側に、第１発光波長の光を透過し、かつ第２半導体薄膜発光素子から発光される第２発光波長の光のみを反射する半導体多層膜からなる第１半導体多層膜反射層116が形成され、第１半導体多層膜反射層を含む第２半導体薄膜発光素子は、第１発光波長の光に対し透明な材料から構成されている.
【解決手段】複数の半導体薄膜発光素子が、実装基板101上に反射メタル層103を介して集積された第１半導体薄膜発光素子102と、第１半導体薄膜発光素子から放射される第１発光波長の光に対し透明な材料から構成され、かつ、第１半導体薄膜発光素子の素子構造を平坦とし、さらに電気的に絶縁性を有する第１透明絶縁平坦化膜113を介して第１半導体薄膜発光素子上に集積された第２半導体薄膜発光素子114とを備え、第２半導体薄膜発光素子は、内部の第１半導体薄膜発光素子側に、第１発光波長の光を透過し、かつ第２半導体薄膜発光素子から発光される第２発光波長の光のみを反射する半導体多層膜からなる第１半導体多層膜反射層116が形成され、第１半導体多層膜反射層を含む第２半導体薄膜発光素子は、第１発光波長の光に対し透明な材料から構成されている.
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光装置および画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤色（Ｒｅｄ）、緑色（Ｇｒｅｅｎ）および青色（Ｂｌｕｅ）など異なる波長で発光する半導体発光素子を集積することにより１つの画素を形成し、この画素を二次元アレイ状に配列することにより画像表示装置を作製する場合、特許文献１に開示されているように、表示面に対して垂直方向に半導体発光素子を複数積層実装する構造が提案されている。この特許文献１に開示されている構造により、二次元平面における１画素サイズをシュリンクすることができ、高精細な表示装置を作製することが可能となった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７３８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されている実装方法は、各々の半導体発光素子を積層実装する際、既に表示基板上に実装されている第１の半導体発光素子上に、透光性を有する絶縁膜を介して貼り付け用電極を設け、この貼り付け用電極と第１半導体発光素子上に集積する第２の半導体発光素子の裏面に設けた被固着電極とを接着することにより実装されている。
【０００５】
したがって、各々の積層実装する半導体発光素子間には、第１の半導体発光素子上に設けられた透光性を有する絶縁膜および貼り付け用電極と、第２の半導体発光素子の裏面に設けた被固着電極とを合わせた膜厚分の空気層が形成されている。
【０００６】
このため、第２半導体発光素子において、裏面方向に放射される光は空気層へと放射され、空気層へ放射された光は、第１半導体発光素子表面により乱反射されるか、あるいは第１半導体素子および実装基板に吸収されてしまい、表示素子表面へ効果的に反射することができなかった。その結果、発光面に対して垂直方向に集積された複数の発光素子を画素として有する表示装置においては、高輝度表示が非常に困難であった。
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、積層された複数の半導体薄膜発光素子から放射される光を効果的に最上層の半導体薄膜発光素子表面から取り出すことができ、高輝度な半導体発光装置および画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の半導体発光装置は、複数の半導体薄膜発光素子が、前記半導体薄膜発光素子の発光面に対して垂直な方向に集積される半導体発光装置において、前記複数の半導体薄膜発光素子は、実装基板上に反射メタル層を介して集積された第１半導体薄膜発光素子と、前記第１半導体薄膜発光素子から放射される第１発光波長の光に対し透明な材料から構成され、かつ、前記第１半導体薄膜発光素子の素子構造を平坦とし、さらに電気的に絶縁性を有する第１透明絶縁平坦化膜を介して前記第１半導体薄膜発光素子上に集積された第２半導体薄膜発光素子とを備え、前記第２半導体薄膜発光素子は、内部の前記第１半導体薄膜発光素子側に、前記第１発光波長の光を透過し、かつ前記第２半導体薄膜発光素子から発光される第２発光波長の光のみを反射する半導体多層膜からなる第１半導体多層膜反射層が形成され、前記第１半導体多層膜反射層を含む前記第２半導体薄膜発光素子は、前記第１発光波長の光に対し透明な材料から構成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、前記目的を達成するために、本発明の画像表示装置は、前記半導体発光装置がマトリクス状に前記実装基板上に配設されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、積層された複数の半導体薄膜発光素子から放射される光を効果的に最上層の半導体薄膜発光素子表面から取り出すことができ、高輝度な半導体発光装置および画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態の半導体発光装置の構成を説明するための断面図である。
【図２】第１の実施形態の半導体発光装置の構成を説明するための平面図である。
【図３】第１の実施形態の画像表示装置を説明するための平面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の半導体発光装置の構成を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施形態）
本発明の実施形態について、図１乃至図４を参照して説明する。なお、各図で同じ構成要素には同一の符号を付している。以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。
まず、図１および図２を参照して、第１の実施形態の半導体発光装置１５０の構成及び動作を説明する。図１は半導体発光素子１５０の断面図であり、図２におけるＸ−Ｘ線による断面を示す断面図である。また、図２は半導体発光装置１５０の平面図である。そして、図３は、第１の実施形態の画像表示装置１０００の平面図である。なお、これらの図は本実施形態の特徴を模式的に示しており、各図における各部位の寸法関係等を限定するものではない。
【００１４】
（構成）
図１乃至図３を参照して、本実施形態の半導体発光装置１５０および画像表示装置１０００の構成を説明する。
半導体発光装置１５０は、図１に示すように、複数の半導体薄膜発光素子をそれぞれの半導体薄膜発光素子の発光面に対し、垂直方向に三次元集積した半導体発光装置である。そして、画像表示装置１０００は、図３に示すように、半導体発光装置１５０を二次元マトリクス状に配置した画像表示装置である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の半導体発光装置１５０は、３種類の異なる発光波長の光を放射する半導体薄膜発光素子を、各半導体発光素子の発光面に対して垂直方向に三次元集積した構成であって、各半導体薄膜発光素子は、実装基板１０１に最も近い半導体薄膜発光素子を第１半導体薄膜発光素子１０２とし、その上に集積する半導体薄膜発光素子を第２半導体薄膜発光素子１１４とし、更にその上に集積する半導体薄膜発光素子を第３半導体薄膜発光素子１１５とする。
【００１６】
各半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５の層構造はそれぞれ以下の通りである。まず、半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５は少なくとも、下層からＮ型コンタクト層１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、Ｎ型クラッド層１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、発光層としての活性層１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、Ｐ型クラッド層１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、および、Ｐ型コンタクト層１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃを備えて構成される。
これらの半導体層は、例えば、ＡｌaＧａbＩｎ1-a-bＡｓxＰyＮzＳｂ1-x-y-z、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１からなる構成とすることができる。
【００１７】
そして、各半導体層は、公知の有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、または、分子線エピタキシ（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法などを用いて、ＧａＡｓ基板、サファイア基板、ＩｎＰ基板、石英基板、あるいはＳｉ基板上にエピタキシャル成長することができる。
【００１８】
また、第２半導体薄膜発光素子１１４においては、第２半導体発光素子１１４の発光層としての活性層１０６ｂから発光される光のみを反射し、あるいは、第２半導体薄膜発光素子１１４および第３半導体薄膜発光素子１１５から発光される光のみを反射することが可能で、かつ、第１半導体薄膜発光素子１０２から発光される光を透過することが可能な第１半導体多層膜反射層１１６を、第２半導体薄膜発光素子１１４のＮクラッド層１０５ｂの直下に備える構造を有している。
【００１９】
そして、第３半導体薄膜発光素子１１５においては、第３半導体薄膜発光素子１１５の発光層としての活性層１０６ｃから発光される光のみを反射することが可能で、かつ、第１半導体薄膜発光素子１０２および第２半導体薄膜発光素子１１４から発光される光を透過することが可能な第２半導体多層膜反射層１１７を、第３半導体薄膜発光素子１１５のＮクラッド層１０５ｃの直下に備える構造を有している。
【００２０】
そして、これら第１半導体多層膜反射層１１６および第２半導体多層膜反射層１１７は、例えば、ＡｌaＧａbＩｎ1-a-bＡｓxＰyＮzＳｂ1-x-y-z、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１からなる構成とすることができ、これらの半導体多層膜反射層も、前記した第１半導体薄膜発光素子１１４および第２半導体薄膜発光素子１１５の構成の一部として、公知の有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、または、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法などを用いて形成することができる。
【００２１】
そして、特定の波長のみを反射する第１半導体多層膜反射層１１６および第２半導体多層膜反射層１１７は、例えば、ＡｌaＧａbＩｎ1-a-bＡｓxＰyＮzＳｂ1-x-y-z、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１からなる屈折率の異なる２種類の材料を用い、反射させる特定の波長λをそれぞれの材料中に伝搬させた際の波長λT（反射させたい特定の波長を材料の屈折率で除した値）に対して、１／４λT（２ｍ＋１）（ｍ：整数）の膜厚となるように構成されている。そして、第１半導体多層膜反射層１１６および第２半導体多層膜反射層１１７は、これら屈折率の異なる半導体薄膜の対が少なくとも５以上の周期に備えて構成されている。
【００２２】
そして、第２半導体薄膜発光素子１１４および第３半導体薄膜発光素子１１５におけるＮ型コンタクト層１０４ｂ、１０４ｃ、Ｎ型クラッド１０５ｂ、１０５ｃ、活性層１０６ｂ、１０６ｃ、Ｐ型クラッド層１０７ｂ、１０７ｃ、Ｐ型コンタクト層１０８ｂ、１０８ｃ、第１半導体多層膜反射層１１６および第２半導体多層膜反射層１１７の各層構造は、各々半導体薄膜発光素子の下層に集積される半導体薄膜発光素子から発光される光に対して透明な材料により構成されている。
【００２３】
ここで、本実施形態の各々の半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５の半導体組成および発光波長、そして、第１半導体多層膜反射膜１１６および第２半導体多層膜反射膜１１７についての具体例を説明する。
【００２４】
第１半導体薄膜発光素子１０２では、Ｐ型コンタクト層１０８ａをＧａＡｓあるいはＧａＰから成る層とし、Ｐ型クラッド層１０７ａあるいはＮ型クラッド層１０５ａをＡｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐから成る層とし、 活性層１０６ａを（Ａｌy1Ｇａ1-y1）0.5Ｉｎ0.5Ｐ、０≦ｙ１≦０．５から成る井戸層と井戸層におけるＡｌ組成比よりもＡｌ組成比が大きな（Ａｌz1Ｇａ1-z1）0.5Ｉｎ0.5Ｐ、０＜ｚ１≦１、ｙ１＜ｚ１から成る障壁層との組み合わせからなる量子井戸層を単層あるいは複数層構成することから成る層とし、Ｎ型コンタクト層１０４ａをＧａＡｓから成る層とすることができる。
【００２５】
そして、半導体薄膜発光素子１０２における発光波長は、活性層１０６ａを構成する井戸層のＡｌ組成を制御することにより任意の波長λ１を得ることができ、例えば６５０ｎｍ≧λ１＞５５０ｎｍの波長帯（赤色帯）をカバーすることができる。
【００２６】
また、第２半導体薄膜発光素子１１４および第３半導体薄膜発光素子１１５においては、Ｐ型コンタクト層１０８ｂ、１０８ｃあるいはＮ型コンタクト層１０４ｂ、１０４ｃをＧａＮから成る層とし、Ｐ型クラッド層１０７ｂ、１０７ｃあるいはＮ型クラッド層を１０５ｂ、１０５ｃをＡｌx2Ｇａ1-x2Ｎ、０≦ｘ２≦１から成る層とし、活性層１０６ｂ、１０６ｃをＩｎy2Ｇａ1-y2Ｎ、 ０＜ｙ２≦１からなる井戸層と井戸層におけるＩｎ組成比よりもＩｎ組成比の小さなＩｎz2Ｇａ1-z2Ｎ、０≦ｚ２＜１、ｚ２＜ｙ２から成る障壁層との組み合わせからなる量子井戸層を単層あるいは複数層構成することから成る層とすることができる。
【００２７】
そして、第２半導体薄膜発光素子１１４および第３半導体薄膜発光素子１１５における発光波長は、活性層１０６ｂ、１０６ｃを構成する井戸層のＩｎ組成を制御することにより任意の波長λ２および波長λ３を得ることができ、例えば５５０ｎｍ≧λ２＞４８０ｎｍ（緑色帯）、４８０ｎｍ≧λ３≧４５０ｎｍ（青色帯）とすることができる。
【００２８】
そして、半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５の半導体組成を具体化したことにより、半導体多層膜反射層の具体的な組成を示す。前記第１半導体多層膜反射膜１１６および第２半導体多層膜反射膜１１７は、例えば（Ａｌr1Ｇａ1-r1）r2Ｉｎ1-r2Ｎ、０≦ｒ１≦１、０≦ｒ２≦１からなる多層膜により構成することができる。
【００２９】
そして、半導体薄膜発光素子１０２、１１４、および１１５の半導体薄膜形成方法は、エピタキシャル成長層と成長基板との間に選択的にケミカルエッチング可能な層（ここでは犠牲層と称する）を予め設けておき、この犠牲層を選択的にケミカルエッチングすることにより剥離可能なケミカルリフトオフ法や、エピタキシャル成長層と成長基板との光吸収係数の差を利用することによりエピタキシャル成長層と成長基板との界面をレーザ光により焼き切ることによりエピタキシャル成長層のみを剥離するレーザリフトオフ法を用いることができる。あるいは、成長基板のみをバックグラインドすることにより、エピタキシャル成長層のみを薄膜化することもできる。
なお、本実施形態では、各半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５は、三次元集積する観点から、それぞれの総厚を５μｍ以下の厚みに薄膜化することが望ましい。
【００３０】
各々の半導体薄膜発光素子を積層して構成される本実装形態の半導体発光装置１５０の構成は以下の通りである。まず、第１半導体薄膜発光素子１０２は、実装基板１０１上に薄膜形成された反射メタル層１０３を介してその上層に分子間力、共晶接合、あるいは、第１半導体薄膜発光素子１０２から発光される光に対して透明な材料からなる接着剤を介して集積されている。なお、この接着剤は、ポリイミド樹脂、ノボラック系樹脂、ＳＯＧ、フッ素樹脂、エポキシ樹脂等とすることができる。
【００３１】
この反射メタル層１０３は、例えば、Ａｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｇなどの金属材料により構成することができ、公知のスパッタ法、蒸着法などにより形成することができる。
そして、第１半導体薄膜発光素子１０２の発光領域は、Ｐ型コンタクト層１０８ａからＮ型コンタクト層１０４ａが露出するまでウェットエッチング、あるいは、ドライエッチングして形成されるメサ部により構成される。
【００３２】
そして、露出されたＮ型コンタクト層１０４ａ表面に、公知のスパッタ法、蒸着法等を用いることにより、例えば、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ、あるいは、Ｔｉ／Ａｌなどから成るＮ電極１１１ａを形成する。
【００３３】
そして、層間絶縁膜１０９ａを形成することで、メサ部のエッチング端面、Ｎ型コンタクト層１０４ａの露出された表面およびこれらのエッチング端面を被覆する。そして、層間絶縁膜１０９ａに、Ｎ電極接続配線１１２ａおよびＰ電極接続配線１１０ａがＮ電極１１１ａあるいはＰコンタクト層１０８ａに接続可能なように、開口部を形成する。この層間絶縁膜１０９ａは、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ2等により構成することができ、公知のＣＶＤあるいはスパッタ法により形成することができる。
【００３４】
第１半導体薄膜発光素子１０２と第２半導体薄膜発光素子１１４との間、および、第２半導体薄膜発光素子１１４と第３半導体薄膜発光素子１１５との間には、第１半導体薄膜発光素子１０２および第２半導体薄膜発光素子１１４の発光波長に対して透明であり、第１半導体薄膜発光素子１０２および第２半導体薄膜発光素子１１４の構造を平坦にする働きを担い、さらに、電気的に絶縁性を有する第１透明絶縁平坦化膜１１３と、第２透明絶縁平坦化膜１１８とが形成されている。
【００３５】
この第１透明絶縁平坦化膜１１３および第２透明絶縁平坦化膜１１８は、例えば、ポリイミド樹脂、ノボラック系樹脂、ＳＯＧ、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などを用いることができ、スピンコーティングやスプレーコーティング等の方法により形成することができる。
【００３６】
そして、第１透明絶縁平坦化膜１１３および第２透明絶縁平坦化膜１１８を形成する際には、各々の透明絶縁平坦化膜上に半導体薄膜発光素子を集積する際に十分な接合力を得るために、第１透明絶縁平坦化膜１１３および第２透明絶縁平坦化膜１１８の表面ラフネスを５ｎｍ以下にすることが望ましい。
【００３７】
そして、第１透明絶縁平坦化膜１１３上に集積される第２半導体薄膜発光素子１１４および第２透明絶縁平坦化膜１１８上に積層される第３半導体薄膜発光素子１１５は、分子間力、あるいは各々の半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５から発光される光に対して透明な材料からなる接着剤を介して集積化することができる。なお、この接着剤は、ポリイミド樹脂、ノボラック系樹脂、ＳＯＧ、フッ素樹脂、または、エポキシ樹脂とすることができる。
【００３８】
さらに、電気的な接続配線について説明する。各々の半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５におけるＰ型コンタクト層１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃおよびＮ電極１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃと、各々の半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１５用に形成されるアノード共通配線１１９およびカソード共通配線１２０とは、図２に示すように、Ｐ電極接続配線１１０（１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ）およびＮ電極接続配線１１２（１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ）を介してそれぞれ接続されている。そして、各々の半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５からの光は、Ｐ電極接続配線１１０の周囲の矩形状領域の最上層の第３半導体薄膜発光素子１１５の表面から放射される。
【００３９】
そして、各々の半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５用に形成されているアノード共通配線１１９およびカソード共通配線１２０は、共通配線層間絶縁膜１２１を介してマトリクス状に形成されており、各々の半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５用に形成されたマトリクス状の配線は、それぞれ電気的に独立に形成されている。そして、アノード共通配線１１９およびカソード共通配線１２０は、実装基板１０１の外周部まで延伸形成されている。
【００４０】
そして、本実施形態の画像表示装置１０００は、図３に示すように、複数の半導体発光装置１５０がマトリクス状に配設された画像表示装置である。画像表示装置１０００では、図２を参照して説明した半導体発光装置１５０のアノード共通配線１１９が、実装基板１０１の外周領域において、第１半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド１３１、第２半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド１３２、第３半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド１３３に分岐形成されている。したがって、画像表示装置１０００は、外部駆動素子あるいは外部装置と接続することが可能となっている。
【００４１】
また、図２を参照して説明した半導体発光装置１５０の各々のカソード共通配線１２０は、実装基板１０１の外周領域で結線され、カソード共通配線接続パッド１３４を備えることにより、外部駆動素子あるいは装置と接続することが可能となっている。
【００４２】
このように、複数の半導体発光装置１５０をマトリクス状に配設した構成とした本実施形態の画像表示装置１０００が構成される。
【００４３】
（動作）
つぎに、本実施形態の半導体発光装置１５０および画像形成装置１０００の動作について説明する。
【００４４】
図１に示すように、半導体発光装置１５０の動作において、第１半導体薄膜発光素子１０２の活性層１０６ａから実装基板１０１方向に放射される光は、第１半導体薄膜発光素子１０２の下層に設けた反射メタル層１０３により反射され、第１半導体薄膜発光素子１０２表面に向けて放射される。一方、第１半導体薄膜発光素子１０２の活性層１０６ａから実装基板１０１方向と反対側に照射される光は、反射することなく第１半導体薄膜発光素子１０２の表面に向けて放射される。
【００４５】
このとき、第１半導体薄膜発光素子１０２上に積層されている第１半導体多層膜反射層１１６および第２半導体多層膜反射層１１７を含む第２半導体薄膜発光素子１１４および第３半導体薄膜発光素子１１５を構成する各層、さらには、第１透明絶縁平坦化膜１１３および第２透明絶縁平坦化膜１１８を構成する材料は、第１半導体薄膜発光素子１０２から放射される光に対して透明な材料で構成されているため、第１半導体薄膜発光素子１０２の上層で吸収されることなく、最上層の第３半導体薄膜発光素子１５５の表面から効果的に取り出すことができる。
【００４６】
また、第２半導体薄膜発光素子１１４の活性層１０６ｂから実装基板１０１方向に放射される光は、第１半導体多層膜反射層１１６によって反射され、第２半導体薄膜発光素子１１４の表面に向けて放射される。一方、第２半導体薄膜発光素子１１４の活性層１０６ｂから実装基板１０１方向と反対側に照射される光は、反射することなく第２半導体薄膜発光素子１４４の表面に向けて放射される。
【００４７】
そして、第２半導体薄膜発光素子１１４上に積層されている第２透明絶縁平坦化膜１１８および第２半導体多層膜反射層１１７を含む第３半導体薄膜発光素子１１５を構成する各層は、第２半導体薄膜発光素子１１４から放射される光に対して透明な材料で構成されている。したがって、第２半導体薄膜発光素子１１４から放射される光は、吸収されることなく、最上層の第３半導体薄膜発光素子１１５の表面から効果的に取り出すことができる。
【００４８】
また、第１半導体多層膜反射層１１６は、第２半導体薄膜発光素子１１４の発光波長の光の他に、第３半導体薄膜発光素子１１５の発光波長の光も反射するような構造にすることにより、第２半導体多層膜反射層１１７で反射されなかった光も効果的に反射させることができる。
【００４９】
さらに、第３半導体薄膜発光素子１１５の活性層１０６ｃから裏面方向に放射される光は、第２半導体多層膜反射層１１７によって反射され、第３半導体薄膜発光素子１１５の表面方向へ放射される。一方、第３半導体薄膜発光素子１１５の活性層１０６ｃから表面方向に放射される光は、第３半導体薄膜発光素子１１５よりも上層で吸収されることなく第３半導体薄膜発光素子１１５の表面側に放射される。したがって、第３半導体薄膜発光素子１１５の活性層１０６ｃから放射される光を効果的に取り出すことができる。
【００５０】
したがって、本実施形態によれば、積層された複数の半導体薄膜発光素子から放射される光を効果的に最上層の半導体薄膜発光素子表面から取り出すことができるため、高輝度な半導体発光装置１５０および画像表示装置１０００の作製が可能となる。
【００５１】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図４を参照して説明する。
【００５２】
（構成）
本実施形態は、第１の実施形態の半導体発光装置１５０を半導体発光装置２００とした形態である。
【００５３】
半導体発光装置２００の構成は、図４に示すように、第１の実施形態とは異なり、第２半導体薄膜発光素子２１４におけるＮクラッド層１０５ｂの直下に、第２半導体薄膜発光素子２１４から実装基板１０１方向に放射される光と第３半導体薄膜発光素子２１５から実装基板１０１方向に放射される光とを反射することが可能であり、かつ、第１半導体薄膜発光素子１０２から放射される光を透過することが可能な、半導体多層膜からなる広域半導体多層膜反射層２０７を設けている。
【００５４】
そして、さらに第１の実施形態とは異なる点は、第３半導体薄膜発光素子２１５には半導体多層膜反射層を設けていない構成となっていることである。
【００５５】
（動作）
このような構成とすることで、第２半導体薄膜発光素子２１４から実装基板１０１方向に放射される光と第３半導体薄膜発光素子２１５から実装基板１０１方向に放射される光とを第２半導体薄膜発光素子２１４内に設けた広域半導体多層膜反射層２０７により反射させることが可能となる。
【００５６】
したがって、第１の実施形態における第３半導体薄膜発光素子１１５内から第２半導体多層膜反射層１１７を省略した形態の第３半導体薄膜発光素子２１５とすることができる。
【００５７】
さらに、第２半導体薄膜発光素子２１４から放射される光の波長と第３半導体薄膜発光素子２１５から放射される光の波長とが近い場合、第２半導体薄膜発光素子２１４から表面方向に放射される光が、第３半導体薄膜発光素子２１５内で反射されることなく、効果的に半導体発光装置２００の表面に光を取り出すことができる。
【００５８】
本実施形態によれば、積層された複数の半導体薄膜発光素子から放射される光を効果的に最上層の半導体薄膜発光素子表面から取り出すことができるため、高輝度な半導体発光装置２００および画像表示装置１０００の作製が可能となる。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態によれば、積層された複数の半導体薄膜発光素子から放射される光を効果的に最上層の半導体薄膜発光素子表面から取り出すことができ、高輝度な半導体発光装置および画像表示装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０１ 実装基板
１０２ 第１半導体薄膜発光素子
１０３ 反射メタル層
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ Ｎ型コンタクト層
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ Ｎ型クラッド層
１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ 活性層
１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ Ｐ型クラッド層
１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ Ｐ型コンタクト層
１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ 層間絶縁膜
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ Ｐ電極接続配線
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ Ｎ電極
１１２、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ Ｎ電極接続配線
１１３ 第１透明絶縁平坦化膜
１１４、２１４ 第２半導体薄膜発光素子
１１５、２１５ 第３半導体薄膜発光素子
１１６ 第１半導体多層膜反射層
１１７ 第２半導体多層膜反射層
１１８ 第２透明絶縁平坦化膜
１１９ アノード共通配線
１２０ カソード共通配線
１２１ 共通配線層間絶縁膜
１３１ 第１半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド
１３２ 第２半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド
１３３ 第３半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド
１３４ カソード共通配線接続パッド
１５０、２００ 半導体発光装置
２０７ 広域半導体多層膜反射層
１０００ 画像表示装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光装置および画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤色（Ｒｅｄ）、緑色（Ｇｒｅｅｎ）および青色（Ｂｌｕｅ）など異なる波長で発光する半導体発光素子を集積することにより１つの画素を形成し、この画素を二次元アレイ状に配列することにより画像表示装置を作製する場合、特許文献１に開示されているように、表示面に対して垂直方向に半導体発光素子を複数積層実装する構造が提案されている。この特許文献１に開示されている構造により、二次元平面における１画素サイズをシュリンクすることができ、高精細な表示装置を作製することが可能となった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７３８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されている実装方法は、各々の半導体発光素子を積層実装する際、既に表示基板上に実装されている第１の半導体発光素子上に、透光性を有する絶縁膜を介して貼り付け用電極を設け、この貼り付け用電極と第１半導体発光素子上に集積する第２の半導体発光素子の裏面に設けた被固着電極とを接着することにより実装されている。
【０００５】
したがって、各々の積層実装する半導体発光素子間には、第１の半導体発光素子上に設けられた透光性を有する絶縁膜および貼り付け用電極と、第２の半導体発光素子の裏面に設けた被固着電極とを合わせた膜厚分の空気層が形成されている。
【０００６】
このため、第２半導体発光素子において、裏面方向に放射される光は空気層へと放射され、空気層へ放射された光は、第１半導体発光素子表面により乱反射されるか、あるいは第１半導体素子および実装基板に吸収されてしまい、表示素子表面へ効果的に反射することができなかった。その結果、発光面に対して垂直方向に集積された複数の発光素子を画素として有する表示装置においては、高輝度表示が非常に困難であった。
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、積層された複数の半導体薄膜発光素子から放射される光を効果的に最上層の半導体薄膜発光素子表面から取り出すことができ、高輝度な半導体発光装置および画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の半導体発光装置は、複数の半導体薄膜発光素子が、前記半導体薄膜発光素子の発光面に対して垂直な方向に集積される半導体発光装置において、前記複数の半導体薄膜発光素子は、実装基板上に反射メタル層を介して集積された第１半導体薄膜発光素子と、前記第１半導体薄膜発光素子から放射される第１発光波長の光に対し透明な材料から構成され、かつ、前記第１半導体薄膜発光素子の素子構造を平坦とし、さらに電気的に絶縁性を有する第１透明絶縁平坦化膜を介して前記第１半導体薄膜発光素子上に集積された第２半導体薄膜発光素子とを備え、前記第２半導体薄膜発光素子は、内部の前記第１半導体薄膜発光素子側に、前記第１発光波長の光を透過し、かつ前記第２半導体薄膜発光素子から発光される第２発光波長の光のみを反射する半導体多層膜からなる第１半導体多層膜反射層が形成され、前記第１半導体多層膜反射層を含む前記第２半導体薄膜発光素子は、前記第１発光波長の光に対し透明な材料から構成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、前記目的を達成するために、本発明の画像表示装置は、前記半導体発光装置がマトリクス状に前記実装基板上に配設されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、積層された複数の半導体薄膜発光素子から放射される光を効果的に最上層の半導体薄膜発光素子表面から取り出すことができ、高輝度な半導体発光装置および画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態の半導体発光装置の構成を説明するための断面図である。
【図２】第１の実施形態の半導体発光装置の構成を説明するための平面図である。
【図３】第１の実施形態の画像表示装置を説明するための平面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の半導体発光装置の構成を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施形態）
本発明の実施形態について、図１乃至図４を参照して説明する。なお、各図で同じ構成要素には同一の符号を付している。以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。
まず、図１および図２を参照して、第１の実施形態の半導体発光装置１５０の構成及び動作を説明する。図１は半導体発光素子１５０の断面図であり、図２におけるＸ−Ｘ線による断面を示す断面図である。また、図２は半導体発光装置１５０の平面図である。そして、図３は、第１の実施形態の画像表示装置１０００の平面図である。なお、これらの図は本実施形態の特徴を模式的に示しており、各図における各部位の寸法関係等を限定するものではない。
【００１４】
（構成）
図１乃至図３を参照して、本実施形態の半導体発光装置１５０および画像表示装置１０００の構成を説明する。
半導体発光装置１５０は、図１に示すように、複数の半導体薄膜発光素子をそれぞれの半導体薄膜発光素子の発光面に対し、垂直方向に三次元集積した半導体発光装置である。そして、画像表示装置１０００は、図３に示すように、半導体発光装置１５０を二次元マトリクス状に配置した画像表示装置である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の半導体発光装置１５０は、３種類の異なる発光波長の光を放射する半導体薄膜発光素子を、各半導体発光素子の発光面に対して垂直方向に三次元集積した構成であって、各半導体薄膜発光素子は、実装基板１０１に最も近い半導体薄膜発光素子を第１半導体薄膜発光素子１０２とし、その上に集積する半導体薄膜発光素子を第２半導体薄膜発光素子１１４とし、更にその上に集積する半導体薄膜発光素子を第３半導体薄膜発光素子１１５とする。
【００１６】
各半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５の層構造はそれぞれ以下の通りである。まず、半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５は少なくとも、下層からＮ型コンタクト層１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、Ｎ型クラッド層１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、発光層としての活性層１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、Ｐ型クラッド層１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、および、Ｐ型コンタクト層１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃを備えて構成される。
これらの半導体層は、例えば、ＡｌaＧａbＩｎ1-a-bＡｓxＰyＮzＳｂ1-x-y-z、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１からなる構成とすることができる。
【００１７】
そして、各半導体層は、公知の有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、または、分子線エピタキシ（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法などを用いて、ＧａＡｓ基板、サファイア基板、ＩｎＰ基板、石英基板、あるいはＳｉ基板上にエピタキシャル成長することができる。
【００１８】
また、第２半導体薄膜発光素子１１４においては、第２半導体発光素子１１４の発光層としての活性層１０６ｂから発光される光のみを反射し、あるいは、第２半導体薄膜発光素子１１４および第３半導体薄膜発光素子１１５から発光される光のみを反射することが可能で、かつ、第１半導体薄膜発光素子１０２から発光される光を透過することが可能な第１半導体多層膜反射層１１６を、第２半導体薄膜発光素子１１４のＮクラッド層１０５ｂの直下に備える構造を有している。
【００１９】
そして、第３半導体薄膜発光素子１１５においては、第３半導体薄膜発光素子１１５の発光層としての活性層１０６ｃから発光される光のみを反射することが可能で、かつ、第１半導体薄膜発光素子１０２および第２半導体薄膜発光素子１１４から発光される光を透過することが可能な第２半導体多層膜反射層１１７を、第３半導体薄膜発光素子１１５のＮクラッド層１０５ｃの直下に備える構造を有している。
【００２０】
そして、これら第１半導体多層膜反射層１１６および第２半導体多層膜反射層１１７は、例えば、ＡｌaＧａbＩｎ1-a-bＡｓxＰyＮzＳｂ1-x-y-z、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１からなる構成とすることができ、これらの半導体多層膜反射層も、前記した第１半導体薄膜発光素子１１４および第２半導体薄膜発光素子１１５の構成の一部として、公知の有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、または、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法などを用いて形成することができる。
【００２１】
そして、特定の波長のみを反射する第１半導体多層膜反射層１１６および第２半導体多層膜反射層１１７は、例えば、ＡｌaＧａbＩｎ1-a-bＡｓxＰyＮzＳｂ1-x-y-z、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１からなる屈折率の異なる２種類の材料を用い、反射させる特定の波長λをそれぞれの材料中に伝搬させた際の波長λT（反射させたい特定の波長を材料の屈折率で除した値）に対して、１／４λT（２ｍ＋１）（ｍ：整数）の膜厚となるように構成されている。そして、第１半導体多層膜反射層１１６および第２半導体多層膜反射層１１７は、これら屈折率の異なる半導体薄膜の対が少なくとも５以上の周期に備えて構成されている。
【００２２】
そして、第２半導体薄膜発光素子１１４および第３半導体薄膜発光素子１１５におけるＮ型コンタクト層１０４ｂ、１０４ｃ、Ｎ型クラッド１０５ｂ、１０５ｃ、活性層１０６ｂ、１０６ｃ、Ｐ型クラッド層１０７ｂ、１０７ｃ、Ｐ型コンタクト層１０８ｂ、１０８ｃ、第１半導体多層膜反射層１１６および第２半導体多層膜反射層１１７の各層構造は、各々半導体薄膜発光素子の下層に集積される半導体薄膜発光素子から発光される光に対して透明な材料により構成されている。
【００２３】
ここで、本実施形態の各々の半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５の半導体組成および発光波長、そして、第１半導体多層膜反射膜１１６および第２半導体多層膜反射膜１１７についての具体例を説明する。
【００２４】
第１半導体薄膜発光素子１０２では、Ｐ型コンタクト層１０８ａをＧａＡｓあるいはＧａＰから成る層とし、Ｐ型クラッド層１０７ａあるいはＮ型クラッド層１０５ａをＡｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐから成る層とし、 活性層１０６ａを（Ａｌy1Ｇａ1-y1）0.5Ｉｎ0.5Ｐ、０≦ｙ１≦０．５から成る井戸層と井戸層におけるＡｌ組成比よりもＡｌ組成比が大きな（Ａｌz1Ｇａ1-z1）0.5Ｉｎ0.5Ｐ、０＜ｚ１≦１、ｙ１＜ｚ１から成る障壁層との組み合わせからなる量子井戸層を単層あるいは複数層構成することから成る層とし、Ｎ型コンタクト層１０４ａをＧａＡｓから成る層とすることができる。
【００２５】
そして、半導体薄膜発光素子１０２における発光波長は、活性層１０６ａを構成する井戸層のＡｌ組成を制御することにより任意の波長λ１を得ることができ、例えば６５０ｎｍ≧λ１＞５５０ｎｍの波長帯（赤色帯）をカバーすることができる。
【００２６】
また、第２半導体薄膜発光素子１１４および第３半導体薄膜発光素子１１５においては、Ｐ型コンタクト層１０８ｂ、１０８ｃあるいはＮ型コンタクト層１０４ｂ、１０４ｃをＧａＮから成る層とし、Ｐ型クラッド層１０７ｂ、１０７ｃあるいはＮ型クラッド層を１０５ｂ、１０５ｃをＡｌx2Ｇａ1-x2Ｎ、０≦ｘ２≦１から成る層とし、活性層１０６ｂ、１０６ｃをＩｎy2Ｇａ1-y2Ｎ、 ０＜ｙ２≦１からなる井戸層と井戸層におけるＩｎ組成比よりもＩｎ組成比の小さなＩｎz2Ｇａ1-z2Ｎ、０≦ｚ２＜１、ｚ２＜ｙ２から成る障壁層との組み合わせからなる量子井戸層を単層あるいは複数層構成することから成る層とすることができる。
【００２７】
そして、第２半導体薄膜発光素子１１４および第３半導体薄膜発光素子１１５における発光波長は、活性層１０６ｂ、１０６ｃを構成する井戸層のＩｎ組成を制御することにより任意の波長λ２および波長λ３を得ることができ、例えば５５０ｎｍ≧λ２＞４８０ｎｍ（緑色帯）、４８０ｎｍ≧λ３≧４５０ｎｍ（青色帯）とすることができる。
【００２８】
そして、半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５の半導体組成を具体化したことにより、半導体多層膜反射層の具体的な組成を示す。前記第１半導体多層膜反射膜１１６および第２半導体多層膜反射膜１１７は、例えば（Ａｌr1Ｇａ1-r1）r2Ｉｎ1-r2Ｎ、０≦ｒ１≦１、０≦ｒ２≦１からなる多層膜により構成することができる。
【００２９】
そして、半導体薄膜発光素子１０２、１１４、および１１５の半導体薄膜形成方法は、エピタキシャル成長層と成長基板との間に選択的にケミカルエッチング可能な層（ここでは犠牲層と称する）を予め設けておき、この犠牲層を選択的にケミカルエッチングすることにより剥離可能なケミカルリフトオフ法や、エピタキシャル成長層と成長基板との光吸収係数の差を利用することによりエピタキシャル成長層と成長基板との界面をレーザ光により焼き切ることによりエピタキシャル成長層のみを剥離するレーザリフトオフ法を用いることができる。あるいは、成長基板のみをバックグラインドすることにより、エピタキシャル成長層のみを薄膜化することもできる。
なお、本実施形態では、各半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５は、三次元集積する観点から、それぞれの総厚を５μｍ以下の厚みに薄膜化することが望ましい。
【００３０】
各々の半導体薄膜発光素子を積層して構成される本実装形態の半導体発光装置１５０の構成は以下の通りである。まず、第１半導体薄膜発光素子１０２は、実装基板１０１上に薄膜形成された反射メタル層１０３を介してその上層に分子間力、共晶接合、あるいは、第１半導体薄膜発光素子１０２から発光される光に対して透明な材料からなる接着剤を介して集積されている。なお、この接着剤は、ポリイミド樹脂、ノボラック系樹脂、ＳＯＧ、フッ素樹脂、エポキシ樹脂等とすることができる。
【００３１】
この反射メタル層１０３は、例えば、Ａｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｇなどの金属材料により構成することができ、公知のスパッタ法、蒸着法などにより形成することができる。
そして、第１半導体薄膜発光素子１０２の発光領域は、Ｐ型コンタクト層１０８ａからＮ型コンタクト層１０４ａが露出するまでウェットエッチング、あるいは、ドライエッチングして形成されるメサ部により構成される。
【００３２】
そして、露出されたＮ型コンタクト層１０４ａ表面に、公知のスパッタ法、蒸着法等を用いることにより、例えば、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ、あるいは、Ｔｉ／Ａｌなどから成るＮ電極１１１ａを形成する。
【００３３】
そして、層間絶縁膜１０９ａを形成することで、メサ部のエッチング端面、Ｎ型コンタクト層１０４ａの露出された表面およびこれらのエッチング端面を被覆する。そして、層間絶縁膜１０９ａに、Ｎ電極接続配線１１２ａおよびＰ電極接続配線１１０ａがＮ電極１１１ａあるいはＰコンタクト層１０８ａに接続可能なように、開口部を形成する。この層間絶縁膜１０９ａは、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ2等により構成することができ、公知のＣＶＤあるいはスパッタ法により形成することができる。
【００３４】
第１半導体薄膜発光素子１０２と第２半導体薄膜発光素子１１４との間、および、第２半導体薄膜発光素子１１４と第３半導体薄膜発光素子１１５との間には、第１半導体薄膜発光素子１０２および第２半導体薄膜発光素子１１４の発光波長に対して透明であり、第１半導体薄膜発光素子１０２および第２半導体薄膜発光素子１１４の構造を平坦にする働きを担い、さらに、電気的に絶縁性を有する第１透明絶縁平坦化膜１１３と、第２透明絶縁平坦化膜１１８とが形成されている。
【００３５】
この第１透明絶縁平坦化膜１１３および第２透明絶縁平坦化膜１１８は、例えば、ポリイミド樹脂、ノボラック系樹脂、ＳＯＧ、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などを用いることができ、スピンコーティングやスプレーコーティング等の方法により形成することができる。
【００３６】
そして、第１透明絶縁平坦化膜１１３および第２透明絶縁平坦化膜１１８を形成する際には、各々の透明絶縁平坦化膜上に半導体薄膜発光素子を集積する際に十分な接合力を得るために、第１透明絶縁平坦化膜１１３および第２透明絶縁平坦化膜１１８の表面ラフネスを５ｎｍ以下にすることが望ましい。
【００３７】
そして、第１透明絶縁平坦化膜１１３上に集積される第２半導体薄膜発光素子１１４および第２透明絶縁平坦化膜１１８上に積層される第３半導体薄膜発光素子１１５は、分子間力、あるいは各々の半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５から発光される光に対して透明な材料からなる接着剤を介して集積化することができる。なお、この接着剤は、ポリイミド樹脂、ノボラック系樹脂、ＳＯＧ、フッ素樹脂、または、エポキシ樹脂とすることができる。
【００３８】
さらに、電気的な接続配線について説明する。各々の半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５におけるＰ型コンタクト層１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃおよびＮ電極１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃと、各々の半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１５用に形成されるアノード共通配線１１９およびカソード共通配線１２０とは、図２に示すように、Ｐ電極接続配線１１０（１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ）およびＮ電極接続配線１１２（１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ）を介してそれぞれ接続されている。そして、各々の半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５からの光は、Ｐ電極接続配線１１０の周囲の矩形状領域の最上層の第３半導体薄膜発光素子１１５の表面から放射される。
【００３９】
そして、各々の半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５用に形成されているアノード共通配線１１９およびカソード共通配線１２０は、共通配線層間絶縁膜１２１を介してマトリクス状に形成されており、各々の半導体薄膜発光素子１０２、１１４、１１５用に形成されたマトリクス状の配線は、それぞれ電気的に独立に形成されている。そして、アノード共通配線１１９およびカソード共通配線１２０は、実装基板１０１の外周部まで延伸形成されている。
【００４０】
そして、本実施形態の画像表示装置１０００は、図３に示すように、複数の半導体発光装置１５０がマトリクス状に配設された画像表示装置である。画像表示装置１０００では、図２を参照して説明した半導体発光装置１５０のアノード共通配線１１９が、実装基板１０１の外周領域において、第１半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド１３１、第２半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド１３２、第３半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド１３３に分岐形成されている。したがって、画像表示装置１０００は、外部駆動素子あるいは外部装置と接続することが可能となっている。
【００４１】
また、図２を参照して説明した半導体発光装置１５０の各々のカソード共通配線１２０は、実装基板１０１の外周領域で結線され、カソード共通配線接続パッド１３４を備えることにより、外部駆動素子あるいは装置と接続することが可能となっている。
【００４２】
このように、複数の半導体発光装置１５０をマトリクス状に配設した構成とした本実施形態の画像表示装置１０００が構成される。
【００４３】
（動作）
つぎに、本実施形態の半導体発光装置１５０および画像形成装置１０００の動作について説明する。
【００４４】
図１に示すように、半導体発光装置１５０の動作において、第１半導体薄膜発光素子１０２の活性層１０６ａから実装基板１０１方向に放射される光は、第１半導体薄膜発光素子１０２の下層に設けた反射メタル層１０３により反射され、第１半導体薄膜発光素子１０２表面に向けて放射される。一方、第１半導体薄膜発光素子１０２の活性層１０６ａから実装基板１０１方向と反対側に照射される光は、反射することなく第１半導体薄膜発光素子１０２の表面に向けて放射される。
【００４５】
このとき、第１半導体薄膜発光素子１０２上に積層されている第１半導体多層膜反射層１１６および第２半導体多層膜反射層１１７を含む第２半導体薄膜発光素子１１４および第３半導体薄膜発光素子１１５を構成する各層、さらには、第１透明絶縁平坦化膜１１３および第２透明絶縁平坦化膜１１８を構成する材料は、第１半導体薄膜発光素子１０２から放射される光に対して透明な材料で構成されているため、第１半導体薄膜発光素子１０２の上層で吸収されることなく、最上層の第３半導体薄膜発光素子１５５の表面から効果的に取り出すことができる。
【００４６】
また、第２半導体薄膜発光素子１１４の活性層１０６ｂから実装基板１０１方向に放射される光は、第１半導体多層膜反射層１１６によって反射され、第２半導体薄膜発光素子１１４の表面に向けて放射される。一方、第２半導体薄膜発光素子１１４の活性層１０６ｂから実装基板１０１方向と反対側に照射される光は、反射することなく第２半導体薄膜発光素子１４４の表面に向けて放射される。
【００４７】
そして、第２半導体薄膜発光素子１１４上に積層されている第２透明絶縁平坦化膜１１８および第２半導体多層膜反射層１１７を含む第３半導体薄膜発光素子１１５を構成する各層は、第２半導体薄膜発光素子１１４から放射される光に対して透明な材料で構成されている。したがって、第２半導体薄膜発光素子１１４から放射される光は、吸収されることなく、最上層の第３半導体薄膜発光素子１１５の表面から効果的に取り出すことができる。
【００４８】
また、第１半導体多層膜反射層１１６は、第２半導体薄膜発光素子１１４の発光波長の光の他に、第３半導体薄膜発光素子１１５の発光波長の光も反射するような構造にすることにより、第２半導体多層膜反射層１１７で反射されなかった光も効果的に反射させることができる。
【００４９】
さらに、第３半導体薄膜発光素子１１５の活性層１０６ｃから裏面方向に放射される光は、第２半導体多層膜反射層１１７によって反射され、第３半導体薄膜発光素子１１５の表面方向へ放射される。一方、第３半導体薄膜発光素子１１５の活性層１０６ｃから表面方向に放射される光は、第３半導体薄膜発光素子１１５よりも上層で吸収されることなく第３半導体薄膜発光素子１１５の表面側に放射される。したがって、第３半導体薄膜発光素子１１５の活性層１０６ｃから放射される光を効果的に取り出すことができる。
【００５０】
したがって、本実施形態によれば、積層された複数の半導体薄膜発光素子から放射される光を効果的に最上層の半導体薄膜発光素子表面から取り出すことができるため、高輝度な半導体発光装置１５０および画像表示装置１０００の作製が可能となる。
【００５１】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図４を参照して説明する。
【００５２】
（構成）
本実施形態は、第１の実施形態の半導体発光装置１５０を半導体発光装置２００とした形態である。
【００５３】
半導体発光装置２００の構成は、図４に示すように、第１の実施形態とは異なり、第２半導体薄膜発光素子２１４におけるＮクラッド層１０５ｂの直下に、第２半導体薄膜発光素子２１４から実装基板１０１方向に放射される光と第３半導体薄膜発光素子２１５から実装基板１０１方向に放射される光とを反射することが可能であり、かつ、第１半導体薄膜発光素子１０２から放射される光を透過することが可能な、半導体多層膜からなる広域半導体多層膜反射層２０７を設けている。
【００５４】
そして、さらに第１の実施形態とは異なる点は、第３半導体薄膜発光素子２１５には半導体多層膜反射層を設けていない構成となっていることである。
【００５５】
（動作）
このような構成とすることで、第２半導体薄膜発光素子２１４から実装基板１０１方向に放射される光と第３半導体薄膜発光素子２１５から実装基板１０１方向に放射される光とを第２半導体薄膜発光素子２１４内に設けた広域半導体多層膜反射層２０７により反射させることが可能となる。
【００５６】
したがって、第１の実施形態における第３半導体薄膜発光素子１１５内から第２半導体多層膜反射層１１７を省略した形態の第３半導体薄膜発光素子２１５とすることができる。
【００５７】
さらに、第２半導体薄膜発光素子２１４から放射される光の波長と第３半導体薄膜発光素子２１５から放射される光の波長とが近い場合、第２半導体薄膜発光素子２１４から表面方向に放射される光が、第３半導体薄膜発光素子２１５内で反射されることなく、効果的に半導体発光装置２００の表面に光を取り出すことができる。
【００５８】
本実施形態によれば、積層された複数の半導体薄膜発光素子から放射される光を効果的に最上層の半導体薄膜発光素子表面から取り出すことができるため、高輝度な半導体発光装置２００および画像表示装置１０００の作製が可能となる。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態によれば、積層された複数の半導体薄膜発光素子から放射される光を効果的に最上層の半導体薄膜発光素子表面から取り出すことができ、高輝度な半導体発光装置および画像表示装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０１ 実装基板
１０２ 第１半導体薄膜発光素子
１０３ 反射メタル層
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ Ｎ型コンタクト層
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ Ｎ型クラッド層
１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ 活性層
１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ Ｐ型クラッド層
１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ Ｐ型コンタクト層
１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ 層間絶縁膜
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ Ｐ電極接続配線
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ Ｎ電極
１１２、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ Ｎ電極接続配線
１１３ 第１透明絶縁平坦化膜
１１４、２１４ 第２半導体薄膜発光素子
１１５、２１５ 第３半導体薄膜発光素子
１１６ 第１半導体多層膜反射層
１１７ 第２半導体多層膜反射層
１１８ 第２透明絶縁平坦化膜
１１９ アノード共通配線
１２０ カソード共通配線
１２１ 共通配線層間絶縁膜
１３１ 第１半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド
１３２ 第２半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド
１３３ 第３半導体薄膜発光素子アノード共通配線接続パッド
１３４ カソード共通配線接続パッド
１５０、２００ 半導体発光装置
２０７ 広域半導体多層膜反射層
１０００ 画像表示装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体薄膜発光素子が、前記半導体薄膜発光素子の発光面に対して垂直な方向に集積される半導体発光装置において、
前記複数の半導体薄膜発光素子は、
実装基板上に反射メタル層を介して集積された第１半導体薄膜発光素子と、
前記第１半導体薄膜発光素子から放射される第１発光波長の光に対し透明な材料から構成され、かつ、前記第１半導体薄膜発光素子の素子構造を平坦とし、さらに電気的に絶縁性を有する第１透明絶縁平坦化膜を介して前記第１半導体薄膜発光素子上に集積された第２半導体薄膜発光素子とを備え、
前記第２半導体薄膜発光素子は、内部の前記第１半導体薄膜発光素子側に、前記第１発光波長の光を透過し、かつ前記第２半導体薄膜発光素子から発光される第２発光波長の光のみを反射する半導体多層膜からなる第１半導体多層膜反射層が形成され、
前記第１半導体多層膜反射層を含む前記第２半導体薄膜発光素子は、前記第１発光波長の光に対し透明な材料から構成されている
ことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記第１発光波長および前記第２波長の光に対し透明な材料から構成され、かつ、前記第２半導体薄膜発光素子の素子構造を平坦とし、さらに電気的に絶縁性を有する第２透明絶縁平坦化膜を介して前記第２半導体薄膜発光素子上に集積された第３半導体薄膜発光素子とを備え、
前記第３半導体薄膜発光素子は、内部の前記第２半導体薄膜発光素子側に、前記第１発光波長および前記第２波長の光を透過し、かつ前記第３半導体薄膜発光素子から発光される第３発光波長の光のみを反射する半導体多層膜からなる第２半導体多層膜反射層が形成され、
前記第２半導体多層膜反射層を含む前記第３半導体薄膜発光素子は、前記第１発光波長および前記第２発光波長の光に対し透明な材料から構成されている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】
前記実装基板側から入射する光に対し透明な材料から構成され、かつ、前記実装基板側に隣接する隣接半導体薄膜発光素子の素子構造を平坦とし、さらに電気的に絶縁性を有する透明絶縁平坦化膜を介して前記隣接半導体薄膜発光素子上に集積された他の半導体薄膜発光素子とを備え、
前記他の半導体薄膜発光素子は、内部の前記隣接半導体薄膜発光素子側に、前記入射する光を透過し、かつ前記他の半導体薄膜発光素子から発光される波長の光のみを反射する半導体多層膜からなる他の半導体多層膜反射層が形成され、
前記他の半導体多層膜反射層を含む前記他の半導体薄膜発光素子は、前記入射する光に対し透明な材料から構成されており、
前記他の半導体薄膜発光素子が多層構造になって構成されている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４】
前記半導体薄膜発光素子は、半導体薄膜からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記第１半導体薄膜発光素子は、前記実装基板側の表面にコンタクト層が形成され、
前記第１半導体薄膜発光素子を前記反射メタル層の表面に集積する際、分子間力接合、共晶接合、あるいは、前記第１発光波長の光に対して透明な材料から成る接着剤を用いる
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６】
前記第２半導体薄膜発光素子は、第１半導体多層膜反射層の前記実装基板側の表面にコンタクト層が形成され、
前記コンタクト層と前記第１透明絶縁平坦化膜とは、分子間力接合され、または、接合界面よりも下層に集積される半導体薄膜発光素子から発光される光に対して透明な材料から成る接着剤を用いて接合されている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７】
他の半導体薄膜発光素子は、前記他の半導体多層膜反射層の前記実装基板側の表面にコンタクト層が形成され、
前記コンタクト層と前記透明絶縁平坦化膜とは、分子間力接合され、または、接合界面よりも下層に集積される半導体薄膜発光素子から発光される光に対して透明な材料から成る接着剤を用いて接合されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記第１半導体多層膜反射層は、前記第２発光波長の光および前記他の半導体薄膜発光素子が集積されて形成された複数の半導体薄膜発光素子から発光される発光波長の光を反射し、かつ、前記第１発光波長の光を透過する
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体発光装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の半導体発光装置がマトリクス状に前記実装基板上に配設されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１】
複数の半導体薄膜発光素子が、前記半導体薄膜発光素子の発光面に対して垂直な方向に集積される半導体発光装置において、
前記複数の半導体薄膜発光素子は、
実装基板上に反射メタル層を介して集積された第１半導体薄膜発光素子と、
前記第１半導体薄膜発光素子から放射される第１発光波長の光に対し透明な材料から構成され、かつ、前記第１半導体薄膜発光素子の素子構造を平坦とし、さらに電気的に絶縁性を有する第１透明絶縁平坦化膜を介して前記第１半導体薄膜発光素子上に集積された第２半導体薄膜発光素子とを備え、
前記第２半導体薄膜発光素子は、内部の前記第１半導体薄膜発光素子側に、前記第１発光波長の光を透過し、かつ前記第２半導体薄膜発光素子から発光される第２発光波長の光のみを反射する半導体多層膜からなる第１半導体多層膜反射層が形成され、
前記第１半導体多層膜反射層を含む前記第２半導体薄膜発光素子は、前記第１発光波長の光に対し透明な材料から構成されている
ことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記第１発光波長および前記第２波長の光に対し透明な材料から構成され、かつ、前記第２半導体薄膜発光素子の素子構造を平坦とし、さらに電気的に絶縁性を有する第２透明絶縁平坦化膜を介して前記第２半導体薄膜発光素子上に集積された第３半導体薄膜発光素子とを備え、
前記第３半導体薄膜発光素子は、内部の前記第２半導体薄膜発光素子側に、前記第１発光波長および前記第２波長の光を透過し、かつ前記第３半導体薄膜発光素子から発光される第３発光波長の光のみを反射する半導体多層膜からなる第２半導体多層膜反射層が形成され、
前記第２半導体多層膜反射層を含む前記第３半導体薄膜発光素子は、前記第１発光波長および前記第２発光波長の光に対し透明な材料から構成されている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】
前記実装基板側から入射する光に対し透明な材料から構成され、かつ、前記実装基板側に隣接する隣接半導体薄膜発光素子の素子構造を平坦とし、さらに電気的に絶縁性を有する透明絶縁平坦化膜を介して前記隣接半導体薄膜発光素子上に集積された他の半導体薄膜発光素子とを備え、
前記他の半導体薄膜発光素子は、内部の前記隣接半導体薄膜発光素子側に、前記入射する光を透過し、かつ前記他の半導体薄膜発光素子から発光される波長の光のみを反射する半導体多層膜からなる他の半導体多層膜反射層が形成され、
前記他の半導体多層膜反射層を含む前記他の半導体薄膜発光素子は、前記入射する光に対し透明な材料から構成されており、
前記他の半導体薄膜発光素子が多層構造になって構成されている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４】
前記半導体薄膜発光素子は、半導体薄膜からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記第１半導体薄膜発光素子は、前記実装基板側の表面にコンタクト層が形成され、
前記第１半導体薄膜発光素子を前記反射メタル層の表面に集積する際、分子間力接合、共晶接合、あるいは、前記第１発光波長の光に対して透明な材料から成る接着剤を用いる
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６】
前記第２半導体薄膜発光素子は、第１半導体多層膜反射層の前記実装基板側の表面にコンタクト層が形成され、
前記コンタクト層と前記第１透明絶縁平坦化膜とは、分子間力接合され、または、接合界面よりも下層に集積される半導体薄膜発光素子から発光される光に対して透明な材料から成る接着剤を用いて接合されている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７】
他の半導体薄膜発光素子は、前記他の半導体多層膜反射層の前記実装基板側の表面にコンタクト層が形成され、
前記コンタクト層と前記透明絶縁平坦化膜とは、分子間力接合され、または、接合界面よりも下層に集積される半導体薄膜発光素子から発光される光に対して透明な材料から成る接着剤を用いて接合されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記第１半導体多層膜反射層は、前記第２発光波長の光および前記他の半導体薄膜発光素子が集積されて形成された複数の半導体薄膜発光素子から発光される発光波長の光を反射し、かつ、前記第１発光波長の光を透過する
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体発光装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の半導体発光装置がマトリクス状に前記実装基板上に配設されていることを特徴とする画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１５９６７１（Ｐ２０１１−１５９６７１Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７９８５（Ｐ２０１０−１７９８５）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（５９１０４４１６４）株式会社沖データ (2,444)
【出願人】（５００００２５７１）株式会社沖デジタルイメージング (186)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（５９１０４４１６４）株式会社沖データ (2,444)
【出願人】（５００００２５７１）株式会社沖デジタルイメージング (186)
【Ｆターム（参考）】
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