JP2009530803A5

JP2009530803A5 - モノリシック白色発光ダイオード及びその製造方法

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Publication number: JP2009530803A5
Application number: JP2008558861A
Authority: JP
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2012-05-31

Description

特許文献１において、窒化系（アルミニウム、ガリウム、インジウム）、即ちIII−V族の窒化物材料が使用される。これらは広いバンドギャップを有するとともに、全可視スペクトルを発光可能な特性を有する半導体である。例えば、ダイオードの能動的な領域、即ちダイオードの電流が流れる領域内で、量子井戸又は青色を発光する窒化ガリウム・インジウム(GaInN)／窒化(アルミ)ガリウム((Al)GaN)の量子ドット、及び黄色を発光する他の量子ドットを混合することにより白色光が得られる。

本発明の第１の目的は、異なる波長の電気的注入により、光出力によって制限されないことにある。
加えて、量子ドット又は量子井戸を使用する電気的注入ダイオードにおいて、量子ドット内又は量子井戸内の電子及び正孔の分布は、ダイオードに印加される電圧によって改善されることが知られている。従って、発光される色は、電流の密度によって変化する。

これらの目的の少なくとも１つは、III−V族の窒化物からなるマトリックスを備えるデバイスによって本発明に従い達成される。前記マトリックスは、電流が流れる少なくとも１つの能動的な第1の部位と、電流が流れない少なくとも１つの受動的な第２の部位とを備える。前記マトリックスは、前記能動的な第１の部位内に配置されるとともに、III−V族の窒化物からなる量子井戸又は量子ドット面の第１のスタックを備える少なくとも１つの第１の領域と、III−V族の窒化物からなる量子井戸又は量子ドット面の第２のスタックを備える少なくとも１つの第２の領域とを備える。前記第２の領域が前記マトリックスの受動的な部位内に配置されていることを特徴とする。

デバイスの能動的な部位及び受動的な部位内にそれぞれ配置された量子井戸又は量子ドットのスタックは、デバイスの出力において全可視スペクトルで広がる光を生成するために、第１の領域及び第２の領域によって発光される光を効率的に制御することを可能とする。

本発明に従い、III−V族の窒化物からなる量子井戸又は量子ドット面を含む第１の領域は、第１の量子閉じ込めを形成し、III−V族の窒化物からなる量子井戸又は量子ドット面を含む第２の領域は、第２の量子閉じ込めを形成する。

特に、第１の領域によって発光される光の色に適用することができるように、前記少なくとも１つの第１の領域は、前記能動的な領域内を流れる前記電流による電気的注入を通じて少なくとも第１の波長の光子を放射することを可能とする。前記少なくとも第１の波長は、III−V族の窒化物からなる量子井戸又は量子ドット面の前記第１のスタックの寸法と、III−V族の窒化物からなる量子井戸又は量子ドット面の前記第１のスタックの組成とによって決定される。

同様に、前記少なくとも１つの第２の領域は、第１の領域によって放射される前記光子による光学的ポンピングを通じて少なくとも第２の波長の光子を放射することを可能とする。前記少なくとも１つの第２の波長は、III−V族の窒化物からなる量子井戸又は量子ドット面の前記第２のスタックの寸法と、III−V族の窒化物からなる量子井戸又は量子ドット面の前記第２のスタックの組成とによって決定される。

黄色の発光は、量子井戸又は量子ドット面の１つのスタックのみを使用することで可能となる。
デバイスの出力において白色光を得ながら、色温度及び色票を改善することを可能とする別の実施形態に従えば、前記少なくとも１つの第２の領域は、前記第１の領域によって発光される前記光子による光学的ポンピングによって緑色及び赤色の光子を放射することを可能とする。

電気的注入領域３及び光学的ポンピング領域８に対する量子閉じ込めの機能が果たされる限り、III−V族の窒化物材料の種々の組み合わせが本発明のマトリックス１３の構成に使用されてもよいことが当然のことである。III−V族の窒化物は、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム、及びこれらの化合物は、窒化（ガリウム、インジウム、アルミニウム）と表記される。より詳しくは、窒化ガリウムの量子ドットが、窒化アルミニウム内に使用されてもよいし、又は窒化ガリウム・インジウムの量子ドットが窒化アルミニウム内に使用されてもよいし、或いは窒化ガリウム・インジウムの量子ドットが窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム(AlGaInN)内に使用されてもよい。また、窒化ガリウム・インジウム／窒化ガリウムの量子井戸が使用されてもよい。また、そのような組み合わせは、量子閉じ込めの条件に従うことが知られている。

図３は、窒化アルミニウム／窒化ガリウム／窒化アルミニウムの量子井戸又は窒化アルミニウム／窒化ガリウム／窒化アルミニウムの量子ドットにおけるナノメートル単位の発光波長を示す。発光波長は、量子井戸の幅又は量子ドットの寸法、より詳しくは量子ドットの高さに依存する。

本発明に従う例示的な発光ダイオードを示す。図１に従う発光ダイオードの組成の選択に対する色彩チャートを示す。図１に示されるようなデバイスに使用される窒化アルミニウム／窒化ガリウム／窒化アルミニウムの量子井戸又は窒化アルミニウム／窒化ガリウム／窒化アルミニウムの量子ドットにおけるナノメートル単位の発光波長を示す。図１のデバイスに使用される窒化ガリウム・インジウム(Ga_1-xIn_xN)の厚膜に関する発光波長を示す。図１のデバイスに使用される窒化ガリウム・インジウム(Ga_0.8In_0.2N)の井戸に関する発光波長を示す。本発明に従う別の例示的な発光ダイオードを示す。本発明に従う更に別の例示的な発光ダイオードを示す。

Claims

III−V族の窒化物からなるマトリックス（１３）を備えるデバイスであって、前記マトリックス（１３）は、電流が流れる少なくとも１つの能動的な第1の部位（３，４，１２）と、電流が流れない少なくとも１つの受動的な第２の部位（５，６，５Ａ，５Ｂ）とを備え、前記マトリックスは、前記能動的な第１の部位（３，４，１２）内に配置されるとともに、III−V族の窒化物からなる量子井戸又は量子ドット面の第１のスタックを備える少なくとも１つの第１の領域（３）と、III−V族の窒化物からなる量子井戸又は量子ドット面の第２のスタックを備える少なくとも１つの第２の領域（５，５Ａ，５Ｂ）とを備え、
前記第２の領域が前記マトリックスの前記受動的な第２の部位（５，６）内に配置されていることを特徴とするデバイス。
前記少なくとも１つの第１の領域は、前記能動的な領域内を流れる前記電流による電気的注入を通じて少なくとも第１の波長の光子を放射することを可能とし、前記少なくとも第１の波長は、III−V族の窒化物からなる量子井戸又は量子ドット面の前記第１のスタックの寸法と、III−V族の窒化物からなる量子井戸又は量子ドット面の前記第１のスタックの組成とによって決定される請求項１に記載のデバイス。
前記少なくとも１つの第２の領域は、前記第１の領域によって放射される前記光子による光学的ポンピングを通じて少なくとも第２の波長の光子を放射することを可能とし、前記少なくとも１つの第２の波長は、III−V族の窒化物からなる量子井戸又は量子ドット面の前記第２のスタックの寸法と、III−V族の窒化物からなる量子井戸又は量子ドット面の前記第２のスタックの組成とによって決定される請求項２に記載のデバイス。
前記少なくとも１つの第１の波長の光子に対応する光信号（８）と前記少なくとも１つの第２の波長の光子に対応する光信号（９）との組み合わせは、白色光を拡散するように、前記少なくとも第１の領域及び前記少なくとも第２の領域が選択される請求項３に記載のデバイス。
前記少なくとも１つの第１の領域は、前記能動的な領域を流れる前記電流による電気的注入を通じて青色の光子を放射することを可能とする請求項１〜４の何れか１項に記載のデバイス。
前記少なくとも１つの第２の領域は、前記第１の領域によって放射される前記光子による光学的ポンピングを通じて黄色の光子を放射することを可能とする請求項５に記載のデバイス。
前記少なくとも１つの第２の領域は、前記第１の領域によって放射される前記光子による光学的ポンピングを通じて緑色及び赤色の光子を放射することを可能とする請求項５に記載のデバイス。
前記第１の領域は、窒化ガリウム・インジウム／窒化ガリウム型の量子井戸のスタックから構成される請求項１〜７の何れか１項に記載のデバイス。
前記第２の領域は、窒化ガリウム／窒化アルミニウム型の量子ドット面のスタックから構成される請求項１〜８の何れか１項に記載のデバイス。
請求項１〜９の何れか１項に記載のデバイスを備える発光ダイオードであって、前記電流を生成するための手段（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）を備え、前記電流を生成するための手段は、前記電流が流れる前記能動的な第１の部位と、前記電流が流れない前記受動的な第２の部位とを形成するように設けられている発光ダイオード。
発光ダイオードを製造する方法であって、
（ａ）III−V族の窒化物材料からエピタキシャル成長によりマトリックスを形成する工程と、
（ｂ）電流が流れる能動的な部位を前記マトリックスに形成する工程と、
（ｃ）電流が流れない受動的な部位を前記マトリックスに形成する工程と、
（ｄ）（ｉ）量子井戸のスタック及び（ｉｉ）量子ドット面の少なくとも一つからなる領域を前記能動的な部位及び前記受動的な部位にそれぞれ形成する工程とを備える方法。