JPH077223A - カラー半導体装置 - Google Patents

カラー半導体装置

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JPH077223A
JPH077223A JP6083512A JP8351294A JPH077223A JP H077223 A JPH077223 A JP H077223A JP 6083512 A JP6083512 A JP 6083512A JP 8351294 A JP8351294 A JP 8351294A JP H077223 A JPH077223 A JP H077223A
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color
optoelectronic
quantum well
color semiconductor
light
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JP6083512A
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Jii Daburiyuu Buraun Robaato
ジー． ダブリュー． ブラウン ロバート
Piitaa Naada Suteiibun
ピーター ナーダ スティーブン
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Original Assignee
Sharp Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄型、軽量、頑丈で、製造が容易で、電力の
消費が少なく、高輝度、高解像度で、視角の範囲が広い
カラー表示装置および、軽量、頑丈、および製造が容易
で、単純化した構造を有し、高解像度のカラー検知器を
提供する。 【構成】 ＳｉあるいはＧａＰ上に格子整合するように
形成された画素アレイを有するカラー表示装置。各画素
は赤、緑、及び青色の副画素１３ａ、１３ｂ、１３ｃか
らなる。副画素は、ＩｎＮＳｂからなる量子井戸領域及
びＡｌＮＳｂからなるバリア領域を含むＩｎＡｌＮＳｂ
アロイ、または、ＧａＡｓＮからなる量子井戸領域及び
ＡｌＮＳｂからなるバリア領域を含むＡｌＧａＡｓＳｂ
Ｎアロイからなり、量子井戸を形成する材料にＡｌをド
ーピングすること及び量子閉じこめの少なくとも一方の
方法により波長が調整されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、カラー半導体装置に関
し、それらの装置内で用いられるのに適した光電子装置
に関する。特に、本発明は、半導体光電子素子およびそ
の製造、並びに複数のこのような光電子素子を含む半導
体カラー表示装置および検知器に関する。本発明は更
に、このような光電子素子、カラー表示装置および検知
器の製造に用いられるアロイ材料にも関する。
【０００２】
【従来の技術】公知の表示装置は、２つの主なタイプに
分類され得る。即ち、（ｉ）陰極線管またはガス放電灯
のような真空表示装置またはバルブ表示装置、および
（ｉｉ）液晶またはエレクトロルミネッセンス表示装置
のような薄くて平板型のスクリーン表示装置に分類され
得る。上記タイプの表示装置は、その製造および使用に
関する数多くの欠点を有している。陰極線管およびガス
放電灯の製造および大量生産は、広く普及した信頼のお
ける技術であるが、これらの表示装置は扱いにくく、比
較的壊れやすい。更に、陰極線管および放電管などは大
量の電力を消費し、それゆえ、ポータブル型あるいは移
動型の製品への適用にはふさわしくない。上記平板型表
示装置は、一般的に陰極線管などに比べて頑丈で、消費
電力が少なく、より使いやすいという点において、これ
らの問題点を克服している。集積回路の製造で用いられ
るような技術は、平板型表示装置の製造でも適用できる
ので、その平板型表示装置の大量生産も可能である。
【０００３】しかし、光学的に活性な材料を２つの基板
の間に挟持しなければならないため、平板型表示装置の
製造は、集積回路の製造に比べると幾分かより複雑であ
る。更に、その基板は、光学的に活性な材料を活性化さ
せるのに必要な電極およびその電極に接続する信号線を
支えるので、複合的な多層構造が形成される。公知の平
板型表示装置は、陰極線管などに比べると、色の均一性
に乏しく、解像度、視角および輝度が低く、更新された
情報に対する反応が遅いという欠点を有している。
【０００４】公知のカラー検知器は以下の３つのタイプ
に分類される。即ち、（ｉ）商品名オルシリコンまたは
ビジコン管のような真空またはバルブ検知器、（ｉｉ）
特定の光の波長または波長帯を検知するために最適化さ
れたまたはドープされたフォトダイオードのような薄く
て平板型の検知器、および（ｉｉｉ）カラーフィルタを
用いた電荷結合デバイス（ＣＣＤ）の様な薄くて平板型
の検知器に分類される。
【０００５】上記のカラー検知器は、特にフルカラー検
知器の一部として用いられる場合、製造および使用に関
する多くの欠点を有する。
【０００６】ビジコン管の場合、フルカラー検知器は、
３つの分離した管か単一管のいずれかを有する。３つの
分離した管の各々は、それに入力された１つの主要色を
有し、単一管は、色識別特性を有するマトリクス状をし
た特別のターゲットシステムをする。１つまたは複数の
ビジコン管を用いたフルカラー検知器に入射する光は、
光学フィルタによってその主要色要素に分割される。そ
の結果、走査電子ビームを生成し、制御するのに必要な
電気的構成要素、および検知器の内部に必要な光学的構
成要素のために、その検知器は扱いにくく重量が大きく
なる。それは、電子ビームおよび光学的要素のミスアラ
イメントを引き起こす振動に対しても問題となる。
【０００７】フォトダイオードは、フルカラー検知器で
使用するのに適切ではない。なぜなら、単一色画素を形
成するには、各々が異なる主要色に対して最適化され
た、３つで１組のフォトダイオードが必要だからであ
る。構成材料、ドーピング材料またはドーピングの量
は、異なる色に対して最適化されたフォトダイオードご
とに異なるため、外見的には同一の画素の一部と見える
ほどそれぞれが隣接している３つで１組のフォトダイオ
ードを製造するのは極めて困難である。このため、フォ
トダイオードなどは、カラーカメラの応用には不適切で
ある。
【０００８】ＣＣＤを用いるフルカラー検知器は、真空
装置またはバルブ装置に対して多くの利点を有する。な
ぜなら、それらのカラー検知器は小型で、物理的および
光学的な耐久性が大きいからである。しかし、ＣＣＤの
フルカラー検知器は、マルチ管または単一管形式のいず
れかのカラーフィルタをなお必要とする。このことによ
り、やはり扱いにくなり、重量が増す。更に、ＣＣＤフ
ルカラー検知器の欠点として、それがカラーカメラのタ
ーゲットとして用いられる場合、鮮明度が不十分で、解
像度に乏しいということが挙げられる。
【０００９】公知のカラー表示装置および検知器に関す
る欠点の多くは、スペクトルの可視赤色から可視青色
（さらに紫外線）領域までにおいて動作することがで
き、実質的に同じ材料から形成され得る光電子素子が知
られていなかったという事実に関連している。このた
め、異なる基板上に形成され、相互間に複雑でかさ高い
配線を有する必要のある光電子装置をもたらした。更
に、公知の光電子装置はシリコン基板の上に形成されな
かった。その結果、公知のシリコンＶＬＳＩ技術を一体
化して光電子装置に組み込むことは不可能であった。
【００１０】特に、青色光を発光／吸収するのに十分幅
の広いバンドギャップを有する半導体材料を含む光電子
装置を、制御された系統的な方法で成長させてドープす
るのは非常に困難であることが知られている。ＩＩ−Ｖ
Ｉ化合物半導体は、青色光に対して適切なバンドエネル
ギーを有しているが、シリコン基板上に堆積するのに適
切ではなく、また必ず低温で動作させねばならない。幅
の広いバンドギャップの窒化物半導体は、ＩＩ−ＶＩ化
合物の代替として研究されていて、その成功の度合は様
々である。青色光はＧａＮ素子から発光されるが、この
ような素子は、サファイア基板上に形成しなければない
ので、商業的には非常に高価である。また基板との格子
不整合および比較的高い成長温度により生じる窒素空孔
点の導入によって、その材料の質は低下した。
【００１１】欧州出願公開第166787号、並びに米国特許
第5138416号では、カラーフィルタを用いないで、電磁
気スペクトルの異なる色部分に感応する検知素子のアレ
イを含む、ある公知の固体カラー検知装置の例が開示さ
れている。欧州出願公開第166787号の開示によると、そ
の装置は静電誘導フォトトランジスタ（ＳＩＴ）であ
り、ＳＩＴのゲート電位はそこに向けられた光によって
決定されるという原理に基づいて動作する。スペクトル
感度の要求された選択性を与えるために、ＳＩＴゲート
領域の拡散深さのようなＳＩＴの構造上の寸法は変えら
れる。青色光反応は、空乏層厚を制限することによって
改良される。
【００１２】米国特許第5138416号では、多層カラー感
光素子はＩＩＩ−Ｖ属アロイ半導体から形成されてい
る。赤色、緑色および青色光に光励起されたキャリアが
層内を通過するのに要する時間に従って、感光素子から
電荷が収集される。その素子によって得られる波形は、
光の色に依存する一時的な特徴を示す。
【００１３】米国特許第3890170号および第4211586号で
は、異なる色を発光するエレクトロルミネッセント素子
を含む、ある公知の固体カラー表示装置の例が開示され
ている。米国特許第3890170号の開示によれば、赤色Ｌ
ＥＤおよび緑色ＬＥＤのそれぞれのマトリクスが集積さ
れ、赤色、緑色およびオレンジ色を表示することができ
る。赤色ＬＥＤはリン化ガリウムヒ素で、緑色ＬＥＤは
リン化ガリウムであり、ＬＥＤアレイ全体はガリウムヒ
素またはリン化ガリウムのモノリシック半導体基板上に
形成される。列および行アドレス線は、各マトリクスご
とに基板上に形成され、ストロボロジックアドレスシス
テムによって、個々のＬＥＤが点灯し、英数字文字また
はグラフィック表示される。
【００１４】米国特許第4211586号の開示によると、赤
色、緑色、オレンジ色および黄色の発光ダイオードアレ
イは、共通のガリウムヒヒ素基板上に形成される。垂直
方向に分布を有するＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル領域
は、選択的に異なる深さにエッチングされ、異なる色を
発光するダイオードが、エピタキシャル領域中の特定の
濃度レベルに形成される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらのカラ
ー表示装置のいずれにおいてもフルカラー表示は得られ
ない。なぜなら、使用される材料が青色光を発光するの
に適さないからである。
【００１６】青色光発光のための特定のＬＥＤ構造は、
英国出願公開第2250635号および米国特許第5005057号に
開示されている。英国出願公開第2250635号の開示によ
ると、発光層は、まずバッファ層上にエピタキシャルに
成長され、次に硫化亜鉛、セレン化亜鉛またはその混晶
からなる半導体基板上にエピタキシャル成長される。そ
の発光層は、窒化アルミニウム、窒化インジウム、窒化
ガリウムまたはこのような窒化物を少なくとも２つ混合
した混晶から形成されている。米国特許第5005057号の
開示によれば、青色ＬＥＤは、ＢＰおよびＧａxＡｌ1-x
Ｎ（０≦ｘ≦１）層が交互に積み重なった超格子構造
か、ＧａxＡｌyＢ1-x-yＮzＰ1-z（０≦ｘ、ｙ、ｚ≦１
およびｘ＋ｙ≦１）の混晶構造のいずれかを有してい
る。シングルおよびダブルヘテロ接合構造が開示されて
いる。
【００１７】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的とするところは、公知のカラー
表示装置に関する前述の欠点を軽減し、薄型、軽量、頑
丈で、製造が容易で、電力の消費が少なく、高輝度、高
解像度で、視角の範囲が広いカラー表示装置を提供する
ことである。更に、公知のカラー検知器に関する前述の
欠点を軽減し、軽量、頑丈、および製造が容易で、単純
化した構造を有し、高解像度のカラー検知器を提供する
ことである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明のカラー半導体表
示装置／検知器は、複数の光電子素子を有しており、該
複数の光電子素子は第１および第２素子を含み、該第１
および第２素子は、可視光に対応する範囲内の異なる所
定の波長を有する光を発光／吸収することができ、該第
１および第２光電子素子は共通の基板上に形成され、Ｉ
ＩＩ−Ｖ窒化物アロイ組成を含み、該組成は実質的に、
該共通の基板に格子整合しており、そのことにより上記
目的が達成される。
【００１９】前記基板は、シリコン（Ｓｉ）およびリン
化ガリウム（ＧａＰ）のいずれかを含むことが好まし
い。
【００２０】前記ＩＩＩ−Ｖ窒化物アロイが、ＩｎＡｌ
ＮＳｂおよびＡｌＧａＡｓＳｂＮのいずれかを含むこと
が好ましい。
【００２１】前記光電子素子は４元系ＩｎＡｌＮＳｂア
ロイからなり、各々がＡｌＮＳｂを含むバリアに閉じ込
められた、ＩｎＮＳｂを含む活性量子井戸領域を含むこ
とが好ましい。
【００２２】あるいは、前記光電子素子は４元系ＡｌＧ
ａＡｓＳｂＮアロイからなり、各々がＡｌＮＳｂを含む
バリアに閉じ込められた、ＧａＡｓＮを含む活性量子井
戸領域を含むことが好ましい。
【００２３】特に、前記バリアはＡｌＮ1-xＳｂx（０．
５７≦ｘ≦０．６３）を含み、前記活性量子井戸領域は
ＩｎＮ1-yＳｂy（０．３２≦ｙ≦０．３８）を含むこと
が好ましい。
【００２４】あるいは、前記バリアはＡｌＮ1-xＳｂ
x（但し、ｘは０．５７≦ｘ≦０．６３の範囲内であ
る）を含み、前記活性量子井戸領域はＧａＡｓ1-zＮ
z（但し、ｚは０．１７≦ｚ≦０．２３の範囲内であ
る）を含むことが好ましい。
【００２５】前記個々の光電子素子によって発光／吸収
された光の波長が、前記個々の光電子素子の活性量子井
戸領域にＡｌをドープすることによって規定されていて
もよい。
【００２６】あるいは、前記個々の光電子素子によって
発光／吸収された光の波長は、前記の活性量子井戸のサ
イズによって規定されていてもよい。
【００２７】更に、前記光電子素子は、レーザ、ＬＥ
Ｄ、細線および箱からなるグループから選択された量子
閉じ込め構造を含んでいてもよい。
【００２８】前記第１および第２の光電子素子は、この
ような素子のグループ（画素）の一部（副画素）を形成
し、各々の主要色の波長で、光を発光／吸収するように
適合させられていてもよい。
【００２９】また、前記グループは３つの前記光電子素
子を含み、その各々が、異なる３主要色、即ち、赤色、
緑色または青色の光を発光／吸収するために適合させら
れていてもよい。
【００３０】更に、個々の光電子素子の前記グループの
アレイを含んでいてもよい。
【００３１】また、前記アレイは、テレビ、コンピュー
タなどの表示装置または画像検知器として使用するため
に用いられていてもよい。
【００３２】各々の光電子素子から発光された光は、そ
の素子から発光される各々の主要色に対して、ＣＩＥ色
度図によって規定される波長に対応する波長を有してい
てもよい。
【００３３】前記表示装置／検知器のための、処理、制
御および駆動回路を含み、該回路が前記共通の基板上に
位置していてもよい。
【００３４】更に、前記処理回路は、テレビ信号を処理
し、それに一致して前記表示装置／検知器を駆動し、実
質的に平面的で、薄型で、小型のテレビ受信機／送信器
および表示装置／カメラを形成していてもよい。
【００３５】前記光電子素子の少なくとも一つは青色光
を発光／吸収し、Ｓｂを含む前記ＩＩＩ−Ｖ窒化物アロ
イを含んでいてもよい。
【００３６】また、本発明の光電子素子は、Ｓｉまたは
ＧａＰに実質的に格子整合することができ、光電子スペ
クトルの可視赤色から赤外線領域の所望の波長におい
て、実質的に光を発光／吸収するために選択的に適合さ
せられたＩＩＩ−Ｖ窒化物アロイを含み、ＩｎＮＳｂか
らなる活性領域を有しており、そのことにより、上記目
的が達成される。
【００３７】前記活性層がＩｎＮ1-yＳｂy（０．３２≦
ｙ≦０．３８）を含んでいることが好ましい。
【００３８】前記活性領域が、ＩｎＮＳｂからなる量子
井戸とＡｌＮＳｂからなるバリア領域を有していてもよ
い。
【００３９】更に、前記バリア領域が、ＡｌＮ1-xＳｂx
（０．５７≦ｘ≦０．６３）を含んでいてもよい。
【００４０】また、本発明の光電子素子は、Ｓｉまたは
ＧａＰに実質的に格子整合することができ、光電子スペ
クトルの可視赤色から赤外線領域の所望の波長におい
て、実質的に光を発光／吸収するために選択的に適合さ
せられたＩＩＩ−Ｖ窒化物アロイを含み、ＧａＡｓＮか
らなる活性量子井戸領域とＡｌＮＳｂからなるバリア領
域を有しており、そのことにより、上記目的が達成され
る。
【００４１】前記量子井戸領域がＧａＡｓ1-zＮz（０．
１７≦ｚ≦０．２３）を含み、前記バリア領域がＡｌＮ
1-xＳｂx（０．５７≦ｘ≦０．６３）を含んでいること
が好ましい。
【００４２】前記活性領域にＡｌをドープすることによ
って、および／または前記活性領域を量子閉じ込めする
ことによって、前記素子の発光／吸収波長が選択されて
いてもよい。
【００４３】本発明の窒化物アロイはＩｎＮ1-yＳｂ
y（０．３２≦ｙ≦０．３８）を含んでおり、そのこと
により上記目的が達成される。
【００４４】また、本発明の窒化物アロイは、ＡｌＮ
1-xＳｂx（０．５７≦ｘ≦０．６３）を含んでおり、そ
のことにより上記目的が達成される。
【００４５】本発明の光電子素子は、ＳｉまたはＧａＰ
に実質的に格子整合し、ＩｎＡｌＮＳｂまたはＡｌＧａ
ＡｓＳｂＮの一方を含むＩＩＩ−Ｖ窒化物アロイを含ん
でおり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４６】本発明のフルカラー半導体表示装置は、単
一基板および該単一基板上に形成されたエレクトロルミ
ネッセンス光発光素子のアレイを含むフルカラー半導体
表示装置で、該素子を形成する材料は、該基板の結晶構
造に実質的に格子整合していて、該アレイが、実質的に
同様のＩＩＩ−Ｖ窒化物アロイ組成からなる赤色、緑色
および青色のエレクトロルミネッセンス素子を含み、該
同様のＩＩＩ−Ｖ窒化物アロイ組成は、量子閉じ込めお
よび／またはドーピングによって、各々の発光波長に調
整されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００４７】前記基板が、シリコンおよびリン化ガリウ
ムのいずれかを含み、前記ＩＩＩ−Ｖ窒化物アロイはＩ
ｎＡｌＮＳｂおよびＡｌＧａＡｓＳｂＮのいずれかを含
んでいることが好ましい。
【００４８】前記光発光素子はそれぞれＩｎＡｌＮＳｂ
アロイからなり、ＡｌＮＳｂを含むバリアによって閉じ
込められた、ＩｎＮＳｂを含む活性量子井戸領域を含ん
でいてもよい。
【００４９】あるいは、前記光発光素子はそれぞれＡｌ
ＧａＡｓＳｂＮアロイからなり、ＡｌＮＳｂを含むバリ
アによって閉じ込められた、ＧａＡｓＮを含む活性量子
井戸領域を含んでいてもよい。
【００５０】前記エレクトロルミネッセンス素子は、そ
れぞれ、ダブルヘテロ接合の垂直キャビティレーザを有
しており、該垂直キャビティレーザは、２つのバリア領
域間に活性領域を有する量子閉じ込め構造と、該量子閉
じ込め構造の反対の側に形成された第１および第２の反
射鏡とを含み、基板の平面を横切って光が発光されるよ
うに、該平面に垂直な方向に隔てて配された該反射鏡に
向きを合わせられていてもよい。
【００５１】基板上に積み重ねられたマイクロレンズの
アレイを含み、個々のマイクロレンズは立体角を減じる
ために形成され、該マイクロレンズを介して、対応する
エレクトロルミネッセント素子から発光された光が装置
から投射されていてもよい。
【００５２】
【作用】本発明は、元素の組成比を適切に選ぶことによ
って、一般に用いられる材料の基板（ＳｉあるいはＧａ
Ｐ）に実質的に格子整合し、青色を含む可視赤色から紫
外領域中の所望の波長の光を発光／吸収するように適切
なドーピングあるいは量子閉じこめ技術によって形成さ
れ得る光電子素子の基本を形成するために、ある種のＩ
ＩＩ−Ｖ族窒化物アロイが形成できるという認識に基づ
く。
【００５３】
【実施例】以下に、窒化物アロイから製造された複数の
光電子素子を含む半導体カラー表示システムを説明す
る。光電子素子は、赤色から青色の光を発光するのに適
したバンドギャップを有しおり、格子整合した状態で、
シリコン（Ｓｉ）基板に支えられている。
【００５４】波長の調整は、半導体ナノ構造の量子閉じ
込め特性によって、および／またはアロイ組成を変化す
ることによって得られる。分子線エピタキシ技術によっ
て、高品質なナノ構造結晶が成長できる。量子閉じ込め
技術および半導体ナノ構造の記載、および以下の記載で
用いられる技術の説明は、例えば「Physics and applic
ations of Semiconductor Microstructures」（Ｍ．Ｊ
ａｒｏｓ著、オックスフォード大学出版）に見られる。
【００５５】カラー半導体表示装置で用いられる半導体
システムのより具体的な説明を、以下で述べる。
【００５６】図１に、本発明に関わる半導体の格子定数
（オングストローム）に対するエネルギーギャップ（ｅ
Ｖ）のグラフを示す。５．４オングストロームでの縦線
は、シリコンの格子定数に対応している。白丸印、バツ
印は、それぞれの半導体に対するГ点およびＸ点の伝導
帯の最小値を表す。Ｘ点は、ＡｌＳｂおよびＡｌＮに対
する点である。二元系化合物間の線形補間を用いて、ア
ロイバンドギャップを見積る。線形補間によって、単に
バンドギャップエネルギーの概算が得られるだけである
ということに留意しなければならない。なぜなら、アロ
イボーイング現象（phenomenon of alloy bowing、 即
ち、実際には、各々の二元系素化合物のバンドギャップ
エネルギー間には、非線形性が存在する）によって、
２、３パーセントであるがバンドギャップエネルギーを
変化させてしまうからである。
【００５７】図１のＩｎＮ−ＩｎＳｂ線上のＡ点は、約
６５％の窒素を含有するＩｎＮＳｂアロイを表す。この
図より、約６５％の窒素を含有するこのようなＩｎＮＳ
ｂアロイはシリコンに格子整合していて、約１．５ｅＶ
に対応する直接遷移のバンドギャップを有していること
が分かる。このようなＩｎＮＳｂアロイを、ＡｌＮＳｂ
バリアによって量子閉じ込めし、量子井戸構造を形成す
ることができる。更に、ＧａＮ−ＧａＡｓ線上のＢ点
は、約２０％の窒素を含有するＧａＡｓＮアロイを表
す。この図より、このような約２０％の窒素を含有する
ＧａＡｓＮアロイはシリコンに格子整合していて、約
１．８３ｅＶ（６８０ｎｍ）に対応する直接遷移のバン
ドギャップを有することが分かる。このようなＧａＡｓ
Ｎアロイを、ＡｌＮＳｂバリアによって量子閉じ込め
し、量子井戸構造を形成することができる。ＡｌＳｂ
は、原子価帯端から１．６ｅＶのＸ点および２．２ｅＶ
のГ点を有する、間接遷移の化合物半導体である。更に
図１より、ＡｌＮからＡｌＳｂまでのГ点の補間によっ
て、点Ｃで示されるＡｌＮ0.4Ｓｂ0.6のアロイ組成は、
約４．０ｅＶの直接遷移のギャップを有し、ＩｎＮ0.65
Ｓｂ0.35およびシリコンの両方に格子整合する一方、Ｇ
ａＡｓ0.8Ｎ0.2及びシリコンの両方に格子整合すること
が分かる。
【００５８】インジウムの一部をアルミニウムに置き換
えることにより、ＩｎＮＳｂを用いて製造される光電子
装置の発光波長を変えることがでる。これにより、格子
パラメータを大幅に変えることなく、半導体構造のエネ
ルギーギャップを大きくすることができる。また、量子
閉じ込め技術を用いることもできる。その場合、ＩｎＮ
Ｓｂアロイ層の厚さを変えることによって、量子井戸幅
は変化し、半導体システムから、量子井戸細線および量
子井戸箱を形成する。あるいは、Ａｌのドーピングおよ
び量子閉じ込めの組合せを用いることもできる。従っ
て、赤色、緑色または青色波長で光を発光するのに適切
なエネルギーの遷移に対応するために、量子井戸領域の
材料、即ち、ＩｎＮＳｂ、のバンドギャップエネルギー
を調節することができる。これは特に、青色光の発光に
関して利点がある。なぜなら、シリコンに格子整合した
青色光発光材料は従来形成されていないからである。
【００５９】特に好ましい実施態様では、ＩｎＮ0.65Ｓ
ｂ0.35／ＡｌＮ0.4Ｓｂ0.6量子井戸構造を用い、シリコ
ン基板に対する最適な格子整合を得る。しかし、５％ま
での格子不整合などは容認できる。それ以上の不整合
は、装置の機能を低下させる格子欠陥を導入する。この
ように、格子不整合をある程度容認することができるた
め、素子の上記アロイの成分比を変化させることが可能
となる。更に、バリアに対する好ましいアロイ組成をＡ
ｌＮ1-xＳｂxと表すことができ、この場合、ｘは０．５
７≦ｘ≦０．６３の関係を満たす。一方、量子井戸に対
する好ましい窒化物アロイ組成をＩｎＮyＳｂ1-yと表す
ことができ、この場合、ｙは０．３２≦ｙ≦０．３８の
関係を満たす。
【００６０】他の実施態様では、図１に示されるように
ＧａＡｓＮ／ＡｌＮＳｂ量子井戸構造を用いることによ
って、シリコンに格子整合させることができる。許容可
能な格子不整合を考慮すれば、バリアに対する好ましい
アロイ組成はＡｌＮ1-xＳｂxと表され、ｘは０．５７≦
ｘ≦０．６３の関係を満たす。一方、量子井戸に対する
好ましい窒化物アロイ組成はＧａＡｓ1-zＮzと表され、
この場合、ｚは０．１７≦ｚ≦０．２３の関係を満た
す。ガリウムの一部をアルミニウムと置き換えること、
および／または量子閉じ込めによって波長の調節ができ
る。
【００６１】３つの異なる井戸幅、即ち、２００オング
ストローム、１００オングストロームおよび５０オング
ストローム、に対するＩｎＮ0.65Ｓｂ0.35／ＡｌＮ0.4
Ｓｂ0 .6量子井戸構造の略図を、図２（ａ）から図２
（ｃ）に示す。これら３つの図の各々の構造１は、量子
井戸領域２を有する。量子井戸領域２は、ＩｎＮ0.65Ｓ
ｂ0.35層からなり、２つのＡｌＮ0.4Ｓｂ0.6バリア層に
挟まれている。図２（ａ）から図２（ｃ）から分かるよ
うに、このような構造によって、量子井戸の幅の減少に
対応して、量子井戸材料のバンドギャップエネルギーが
増加する。この図は、量子閉じ込めを用いた波長の調整
が、ＡｌＩｎＮＳｂ半導体系によって達成できることを
示している。上記されているように、アルミニウムを井
戸アロイに導入することによって量子井戸幅を一定に保
ち、バンドギャップエネルギーを増加しようとする構造
においても、波長の調整をすることができる。このよう
にして、基本的なＩｎＮＳｂ組成を有するが異なった方
法でドープされる同様のアロイ組成を用いて、異なる可
視波長で光を生成することができる。
【００６２】シリコンはエレクトロニクス分野において
非常に重要な材料であり、それゆえ、その具体的な実施
態様は、実質的にシリコンウエハ基板に格子整合し、そ
の基板上に形成されるＩｎＡｌＮＳｂアロイシステムを
用いた量子閉じ込め構造に基づいている。更に、シリコ
ン基板を用いる利点は、直径８インチのウエハが信頼の
おけるレベルで製造され、このようなサイズのウエハ
が、携帯用の「ハンドヘルド」型のテレビ用表示装置に
使用されるのに適していることにある。
【００６３】シリコン基板に格子整合するのに必要なＩ
ｎＮ1-yＳｂy／ＡｌＮ1-xＳｂxアロイ（０．５７≦ｘ≦
０．６３）、（０．３２≦ｙ≦０．３８）の安定性は、
ストリングフェロウ（Stringfellow）の標準的な理論
（J. Electronic Materials Vol 11, No.5, Pg 903 な
ど 1982）を理論的に用いることによって証明できる。
ストリングフェロウは、臨界温度Ｔｃに対する式を定め
ている。その臨界温度Ｔｃ以上では、アロイはスピノダ
ル(spinodal)分解に対して安定である。
【００６４】アロイを不安定にしがちなギブスの自由エ
ネルギーをアロイを安定にする歪みエネルギと共に考慮
する。
【００６５】上記文献の式６から、以下の式が得られ
る。
【００６６】
【数１】
【００６７】
【数２】
【００６８】
【数３】
【００６９】但し、Ｋ＝１．１５ｘ１０7ｃａｌ／ｍｏ
ｌオングストローム2.5 Ｒ＝気体定数 Ｅ＝ヤング係数 υ＝ポアソン比 Ｎv＝モル／ユニット堆積比 ａ0＝アロイの格子定数 △a＝二元系の両端の材料の格子定数の差 Ｘ＝組成比 従って以下の式を得る。
【００７０】
【数４】
【００７１】
【数５】
【００７２】いずれの温度においてもアロイが安定であ
るためにＴS＞ＴGまたはＴS／ＴG＞１が必要である。
【００７３】従って、
【００７４】
【数６】
【００７５】但し、ａ0はオングストロームに含まれ
る。
【００７６】シリコン基板ａ0＝５．４上の成長に対し
て、 ＩｎＮ0.65Ｓｂ0.35＝１．２６ ＡｌＮ0.4Ｓｂ0.6＝１．１９５ を与える。
【００７７】従って、ＡｌＩｎＮＳｂアロイの井戸およ
びバリアは、シリコン基板に格子整合する場合、安定し
ている。
【００７８】ストリングフェロウの理論に基づいた同様
の計算は、ＡｌＧａＡｓＮＳｂ系で既に提案されたアロ
イ、即ち、ＧａＡｓ1-ZＮz／ＡｌＮ1-xＳｂx（０．５７
≦ｘ≦０．６３）（０．１７≦ｚ≦０．２３）の安定性
を実証するために用いられている。
【００７９】アロイ層は、当該分野で公知の技術に基づ
いて製造される。例えば、提案されたＡｌＩｎＮＳｂ系
では、ＩｎＳｂおよび窒化物材料を形成するために用い
られる公知の技術（（１）ＧａＮ、ＡｌＮおよびＩｎ
Ｎ、Review J Vac Sci Tech B10,4,1237 (1992)；
（２）Ｅｇ＝２．２ｅＶ−Band Gap for InN D W Jenki
ns,R D Hong, J D Dow, Superlatt Microstruc. 3, 36
5, (1987)；（３）ａ＝４．９８ angstrom−Lattice co
nstanct for InN S Strite, J Ruan, David F Smith, J
Soiel N Manning, W T Choyke および N Morkoc bull
A.P.S. 37,346 (1992)参照）から改良された技術が用い
られる。
【００８０】本発明によるアロイ系の製造方法は、ＣＶ
Ｄ（化学気相成長／エピタキシ）またはＭＢＥ／ＣＢＥ
（分子線または化学線エピタキシ）技術（A W Vere, Cr
ystal Growth、 Plenum出版、1987 参照）のいずれかの
使用を包含する。Ａｌ、Ｉｎ、およびＳｂの元素源を、
これらの成長系と用いることは公知である。近年、窒化
物材料は盛んに研究されていて、窒素の２つのソースは
公知である。即ち、アンモニアの使用およびラジカルイ
オン源（またはプラズマ）の使用である。
【００８１】選ばれた製造装置を用いて層成長するため
の操作パラメータや、操作手順は、当業者に容易に決定
され、正確な成長条件および必要とされているアロイ比
を得る。それらは、ストリングフェロウの理論を参照に
して、安定であると既に立証されている。
【００８２】ＩｎＮＳｂ量子井戸及びＡｌＮＳｂバリア
を有する上述の４元系ＩｎＡｌＮＳｂアロイ系は、Ｇａ
ＡｓＮ量子井戸及びＡｌＮＳｂバリアを有する４元系Ａ
ｌＧａＡｓＳｂＮよりも一般に製造が容易である。前者
のアロイの場合、元素ソースが全体で１つ少なく、層成
長工程の制御が簡単となる。なぜなら、元素のうちＮ及
びＳｂは、量子井戸及びバリアの両方の成長工程におい
て堆積し続けられ、ただ１つの元素つまりＩｎとＡｌと
が切り換えられるからである。
【００８３】基板に対する格子整合の要求、および発光
／検出の波長の範囲を満たす特定の半導体アロイを選択
するための論理的根拠を記載し、公知の製造方法を参照
したので、これらのシステムを具体化する適切な装置構
造を以下で述べる。
【００８４】半導体表示装置のカラー素子または副画素
は、量子閉じ込め構造を有する。量子閉じこめ構造は、
３つの主要色の波長、即ち、赤色、緑色および青色の波
長の１つに対応するよう調節されるバンドギャップ発光
波長を有している。
【００８５】典型的な「副画素」の垂直キャビティレー
ザ構造の略図を図３に示す。また、１副画素に対する完
全な構造層を図４に示す。
【００８６】図３に示された垂直キャビティレーザまた
は面発光レーザのＩｎＮＳｂ／ＡｌＮＳｂ構造は、その
上面および下面が、光学反射鏡６ａおよび６ｂでそれぞ
れ覆われた量子井戸領域５を含んでいる。図示されてい
るように、量子井戸領域５は、ＡｌＮ0.4Ｓｂ0.6からな
る２つのバリア層５ｂに挟まれたＩｎＮ0.65Ｓｂ0.35か
らなる活性量子井戸層５ａを含む。光がレーザキャビテ
ィ中を実質的にシリコン基板７に垂直な方向に伝播する
ように、量子井戸領域５の上部及び底部に位置するブラ
ッグ反射鏡は、配置されている。シリコン基板７上にレ
ーザ構造が形成されることが、この特定のタイプのレー
ザの名前の由来である。レーザキャビティ５および６は
ＳｉＯ2絶縁層８に囲まれている。絶縁層８は、レーザ
キャビティの上面および下面にアパチャー９および１０
を有しており、光は上面のアパチャー９を通って発光さ
れ、電極１１はアパーチャ１０を介して下面反射層６ｂ
に電気的に接続される。更に、電極１２は、上面反射層
６ａに電気的に接続されている。反射層は、高い反射性
を有するＩｎＡｌＮＳｂ超格子の積層を含み、上面反射
層６ａはｐ型半導体となるよう可能ならばＢｅがドープ
されて、下面反射層６ｂは、ｎ型半導体となるよう可能
ならばＳｉがドープされる。本実施態様では、上面の電
極１２は金からなる。上面および下面の電極１１および
１２はシリコン基板７へ引き出され、従来のシリコンＶ
ＬＳＩと接続可能である。
【００８７】このような副画素は、標準的なフォトリソ
グラフィーおよびエッチング技術によって製造可能であ
る。各々の副画素は、シリコン基板７ウェハ上またはそ
の後ろ側に設けられた配線によってアドレスされてい
て、ＶＬＳＩ技術で用いられるような金属蒸着技術によ
って、各々の電極１１および１２に接続している。画像
を生成するのに適切な信号配列を得るために、標準ＬＣ
Ｄカラーテレビ表示配置などと同様の方法で副画素は接
続され得る。シリコンＶＬＳＩ技術による素子を基板に
組み込み、映像信号を受信して伝達するために用いるこ
ともできる。これは、小型の表示装置を形成するのに特
に有利である。
【００８８】レーザ構造の代わりとして、キャビティ反
射鏡６ａおよび６ｂを含まないＬＥＤ構造、または約９
９％の反射率を有する底部反射鏡と約９０％かそれ以下
の反射率を有する上部反射鏡を備えた共鳴キャビティＬ
ＥＤを、同じアロイを用いる半導体系から形成すること
ができる。いずれの場合も、３つのカラー副画素は連結
してフルカラー画素を形成する。
【００８９】図５（ａ）は、上記されたような３つの副
画素１３ａ、１３ｂおよび１３ｃを示す概略図である。
各々の副画素は赤色、緑色または青色の波長に調節さ
れ、半導体表示装置で使用するのに適切なフルカラー画
素１３に組み合わされる。各副画素は、上部リングコン
タクト１２を有する円柱形のキャビティレーザによって
形成され、個々の副画素はひとまとめにされてフル画素
を形成する。このような直径画素は、約３０μｍの直径
と、１μｍのオーダであるが異なる厚さとを有してお
り、既存の技術によって製造され得る。図５（ｂ）に示
されるように、副画素１３ａ、１３ｂおよび１３ｃの束
を含むフルカラー画素１３は、シリコン基板７上に形成
されたフルカラー画素のアレイ１４として配置される。
【００９０】個々の画素の配置の他の可能性を、図６
（ａ）および図６（ｂ）に示す。これらの図では、フル
カラー画素１３は、３つの副画素１３ａ、１３ｂ，１３
ｃの束を含む。各々の副画素は異なる主要色を発光する
ことができ、個々の副画素は、同じ色を発光することが
できる副画素からなる「円柱」１５の一部を形成してい
る。一連のフォトリソグラフィを用いることによって、
このような画素の配列を有する半導体表示装置は、図６
（ａ）および図６（ｂ）に示された配列を有する半導体
表示装置に比べてより簡単に製造される。
【００９１】このようなフルカラー画素は、カラー表示
装置の基本的な単位を形成する。１０００ｘ１０００画
素のアレイは、標準的なフォトリソグラフィーおよびエ
ッチングによって容易に形成することができ、テレビコ
ンピュータ画面として適したフルカラー表示装置が得ら
れる。
【００９２】図７に、構成要素を形成して、このような
フルカラー表示装置を製造する方法を概略的に示す。シ
リコン基板７上に形成された、細線または箱構造１３ａ
の個々の量子閉じ込め井戸は、このような構造の全体１
３の一部を形成する。各々の構造は、青色、緑色または
赤色のいずれか１つに対応する波長を有する光を発光
し、共通の基板７上に形成され、フルカラー画素を形成
している。フルカラー画素１３は、アレイ１４として配
置することが可能で、そのアレイは表示画面１６の全体
またはその一部を形成する。表示画面単位を薄いプラス
ティック膜で囲い、表示画面の表面が傷つかないように
保護することができる。典型的な画像画素は、例えば、
４８０列ｘ６４０行ある。それは、標準的な３色ＬＣ−
ＴＶアスペクト比および合計921,600個の副画素を有す
るフォーマットである。ＨＤＴＶ用の配列も可能であ
る。
【００９３】標準的なテレビシステムなどでこの表示装
置が用いられる場合、良好な「白」色生成するために、
通常ＣＩＥ色度図を満たすように発光波長の値が選ばれ
る。
【００９４】図８を参照して、上記表示素子を用いる典
型的な半導体表示装置を述べる。その装置は、シリコン
基板上に形成されたレーザを含んでいる。列及び行領域
画素を形成するために、リソグラフィーおよびエッチン
グ技術を用いて半導体材料が画素化されている。各々の
画素は、少なくとも３つの副画素レーザを含み、その出
力色は、それぞれ赤色、緑色および青色である。このよ
うな副画素化は図７には示されていない。副画素の直径
は、数ミクロンのオーダーである。フラットパネルＴ．
Ｖ．構造では標準的な単純ｘ−ｙマトリクスアドレスス
キームを用いることができ、ここでは、画素列パッド２
０および画素行パッド２１の各々をアクセスすることに
よって示される方法に適用され得る。２つの可能なアド
レススキームを以下に示す。即ち、（ｉ）各副画素１３
ａ、１３ｂおよび１３ｃの輝度が、各画素パッド２０お
よび２１へ送られる信号内に符号化され、画素１３でま
たはその付近のシリコン基板７に配置されたＶＬＳＩ内
で復号され、各々の制御信号が適切なレーザコンタクト
１２に送られる、単純ｘ−ｙ画素相互作用（ｉｉ）行及
び列パッドの両方または一方が分離した部分に分割さ
れ、１つの画素のそれぞれの副画素のための１つの部分
と３つ分離したワイヤが、各々の分類された画素パッド
部分に接続し、その結果、適切な副画素のレーザコンタ
クト１２に接続して色輝度を制御するようなシステム。
【００９５】画素の隣接する行の分離は、基板７へ延び
る素子分離溝２２によって達成され、ついで平坦な上面
を得るために誘電材料１８で充たされる。その上にそれ
ぞれ列パッド２１を列画素のコンタクト１２へ接続する
ための列駆動線１９が形成される。あるいは、イオン注
入を用いて長く延びる素子分離領域を形成することによ
って分離してもよい。
【００９６】図９は、上記のアドレススキームの１つま
たは他に一致して動作する表示装置を駆動することが可
能な回路の例を概略的に示している。図９では、列ドラ
イバ２５および行ドライバ２６は、表示装置２４に電圧
信号を与える。列およびドライバ２５および２６に供給
するための２組の波形が生成される。ストロボ波形生成
器２７は列波形を提供し、データ波形生成器２８はＯＮ
およびＯＦＦ波形を行ドライバ２６に与える。タイミン
グおよび表示フォーマットの総合的な制御は、制御ロジ
ックユニット２３によってなされる。表示アレイ２４だ
けでなく、制御電子器も共通の基板７上に完全に形成さ
れ得る。
【００９７】このような半導体表示装置は、一般的に公
知の技術を用いて、図１０及び図１１を参照にした以下
の方法で製造され得る。Ｔ．Ｖ．受信および表示制御信
号生成のための、適切なＶＬＳＩ電子素子が既に形成さ
れたシリコン基板７を、二酸化シリコン（図１０では図
示されず）によって覆い、半絶縁層を形成する。その
後、ＩｎＮＳｂおよびＡｌＮＳｂが交互に積み重ねられ
た層２９を、二酸化シリコン上に堆積し、ＩｎＡｌＮＳ
ｂ超格子を形成する。これによって、非常に短い周期の
量子井戸／バリア構造が得られる。これらの堆積層は、
最終的に、完成した副画素内に下面反射層６ｂを形成す
る。ＩｎＮＳｂ層は、ｎ型半導体を形成するために、堆
積の間、Ｓｉのような不純物がドープされる。完成した
副画素中の量子井戸領域５の各々のＡｌＮＳｂからなる
バリア領域５ｂおよびＩｎＮＳｂからなる井戸領域５ａ
となる層３０及び３１をそれぞれ堆積する。図１０
（ａ）には唯一１つしか示されていないが、３つの異な
る量子井戸領域は、他の領域の１つの上に堆積される。
各量子井戸領域は、他の量子井戸領域によって発光され
た主要色とは異なる主要色の光を発光するように適合さ
れている。
【００９８】これら３つの量子井戸領域の青色発光量子
井戸領域だけにＩｎＡｌＳｂＮアロイを用いることが可
能である。他の２つ、すなわち、赤と緑を発光する量子
井戸領域は他のアロイ系から形成されてもよい。しか
し、３つの量子井戸領域にすべて同じアロイを用いるこ
とが製造工程を簡略にするためには好ましい。
【００９９】次に、更に、ＩｎＮＳｂ層およびＡｌＮＳ
ｂ層が交互に堆積した層３２を、量子井戸活性領域層３
０および３１上に堆積し、これによってＩｎＡｌＳｂＮ
超格子が形成される。ＩｎＮＳｂ層はｐ型半導体を形成
するためにＢｅのような不純物がドープされる。シリコ
ン基板上に材料を堆積する技術は、典型的には分子線エ
ピタキシ（ＭＢＥ）である。各々の層が一旦堆積される
と、フォトレジスト３３を用いるフォトリソグラフィー
及びエッチング技術を用い、図１０（ｂ）に示すような
個々の副画素層のアレイが形成される。
【０１００】この段階は、本来は、３工程である。３つ
の異なるマスクパターンが連続して用いられる。各マス
クは、カラー発光レーザの１つのタイプの位置に対応す
る上部層領域を露出する。それぞれのマスクパターンに
対してエッチングが行われ、それぞれのマスクパターン
に対応する色の光を発光するために適合させられた、量
子井戸領域に対応する深さまでエッチングをおこなう。
図９（ｂ）に、得られた個々のレーザ素子を概略的に示
す。
【０１０１】その後、図１０（ｃ）に示されるように、
全ての個々のレーザ素子はマスクされ、図１０（ｄ）に
示されるように、イオンエッチングが行われて、個々の
レーザ素子が分離される。下面のコンタクトがレーザ素
子に形成され、それぞれのレーザ素子の下方の露出した
バリア領域が接触する。図１１（ａ）に示されるよう
に、それぞれのレーザ素子の上およびその間に、ポリミ
ド層３４が堆積される。図１１（ｂ）に示すように、オ
キシ−プラズマエッチングによって上部レーザコンタク
トが露出される。図１１（ｃ）および１１（ｄ）に示す
ように、フォト−レジスト３３を上部レーザコンタクト
上に堆積し、金３５をそのレーザコンタクト上に堆積す
る。
【０１０２】あらゆる表示装置の重要な点は、表示照度
とそれに対応する電力消費である。以下は、垂直レーザ
キャビティ構造を有する副画素に対して計算された表示
照度および電力消費である。このような構造に対して、
活性領域のサイズは、一般的に、直径が３０ミクロン、
厚さ１００オングストローム量子井戸である。このよう
なＡｌＩｎＮＳｂ層の発光は、約１μＡを消費し、少な
くとも約１０-6オームの抵抗を有し、約１μＷの電力を
消費する。それゆえ、表示駆動回路素子を除いた１００
万画素の素子表示装置なら、約１ワットの電力を消費す
るであろう。
【０１０３】このような構造の照度は、最悪３０％の量
子効率に基づいて、約０．２ミリルーメンであり、緑色
波長において約０．０３ミリカンデラの発光を得る。
【０１０４】一般的に、普通のテレビは２００カンデラ
／平方メートルの照度を有している。従って、例えば、
８ｘ６ｃｍ手のひらサイズのカラー半導体表示画面にお
ける１００万画素の各々は、１０-6カンデラを出力しな
ければならない。この値は、垂直キャビティレーザから
出力されると予想される０．０３ミリカンデラよりも
１．５オーダ小さい。赤色および青色波長では、ＣＩＥ
色応答およびバランスを満たすために、１および２オー
ダー間で、各副画素からより多くの発光が必要とされて
いる。明らかに、レーザから得られる約１．５オーダの
余分の明るさは、この必要を満たす。
【０１０５】これらの計算は、最悪の場合の値に対する
ものである。しかし、発光が１または２オーダー不足し
ていると判明すれば、単一副画素を補うために、量子箱
のアレイを使用すること、または異なる低抵抗の半導体
材料を使用することによって、画面表示を実現するのに
必要な性能を回復することがでにる。更に図１２に表さ
れるように、見かけの表示装置の輝度を高めるために、
各マイクロレンズ４０を対応する画素１３上に形成した
マイクロレンズアレイを設けてもよい。見かけの表示装
置の輝度が高められるのは、立体角を減じるレンズのせ
いであり、そのレンズ上に光が放射され、それゆえより
多くの光が観察者に対して投射される。
【０１０６】本発明は、上記の特定の実施態様に限定さ
れず、多くの別の構造および応用並びに材料が考慮され
る。例えば、量子井戸活性層材料は、窒化物アロイに大
きな変化をもたらすことなく、比較的容易に、ＧａＰウ
ェハ基板に格子整合される。なぜなら、ＧａＰ基板は、
シリコンと同じ格子定数を有するからである。量子閉じ
込めの次元を減じることによって、バンドギャップエネ
ルギーが増加するように光電子素子の構造を変えること
ができる。その結果、上記の量子線および量子箱構造が
形成される。利用できる他のタイプの光電子素子は、い
わゆる「閾値のないレーザ」である。その装置によっ
て、各副画素の電力消費は減り、それゆえ、非常に低電
力の表示装置が形成される。
【０１０７】上記の特定の実施態様はフルカラー表示装
置に関連しているが、光発光素子の補間的な特性が、フ
ルカラー光検知器を形成するために用いられることは、
当業者には自明である。
【０１０８】産業上、本発明は、単にテレビやＨＤＴＶ
表示装置、または腕時計および電話表示装置またはカメ
ラだけでなく、一般的な表示装置／検知器型および迅速
な応答が必要な３−Ｄ並びにバーチャルリアリティー表
示装置にも適用される。他にも、携帯用テレビ、移動体
電話またはテレビ電話などに用いられる低電力表示装置
にも適用される。短波長放出体（即ち、青色波長または
赤外線波長）に対する特に有用な本発明の適用は、高密
度光学記録システムにおいてなされる。
【０１０９】光電子ニューラルネットワークシステムお
よびパターン認識システムにおける画像形成において
も、本発明を適用することができる。
【０１１０】
【効果】本発明によれば、ＳｉやＧａＰなど広く用いら
れている半導体材料に実質的に格子整合し、青色を含む
可視赤色から紫外領域の所望の波長の光を発光または吸
収するＩＩＩ−Ｖ族窒化物アロイが得られる。このアロ
イに対し、適切なドーピングあるいは量子閉じこめ技術
を適用することによって、赤色、緑色、及び青色を発光
または吸収する光電子素子からなる画素を用いた、薄
型、軽量、頑丈で、製造が容易で、電力の消費が少な
く、高輝度、高解像度で、視角の範囲が広いカラー表示
装置フルカラー表示装置が得られる。このようなフルカ
ラー表示装置は、それぞれの色を発光する光電子素子を
組み合わせたり、基板に光学活性材料を注入したりする
ことなく、一工程のエピタキシャル成長によって製造す
ることができる。更に、軽量、頑丈、および製造が容易
で、単純化した構造を有し、高解像度のカラー検知器が
得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関連のある半導体の格子定数（オング
ストローム）に対してプロットされたエネルギーギャッ
プ（ｅＶ）の図である。
【図２】赤色、緑色および青色を得るための３つの異な
る井戸幅に対する、ＩｎＮ0.65Ｓｂ0.35／ＡｌＮ0.4Ｓ
ｂ0.6の量子井戸構造の概略図である。
【図３】層の組成を特定化して量子井戸活性領域を形成
する、副画素および垂直キャビティレーザ構造の概略図
である。
【図４】図３に示された副画素構造内の半導体層を更に
詳細に示す図である。
【図５】図５ａは、フルカラー表示画素を含む、赤／青
／緑色群を形成する３副画素の概略図である。図５ｂ
は、フルカラー平面パネル表示装置を形成する図５ａの
フルカラー表示画素のアレイの一部を示す。
【図６】図６ａ及び図６ｂは、フルカラー画素アレイに
おける副画素の他の可能な配列を概略的に示す。
【図７】図７は、カラー画素のアレイに組み込まれる、
ＲＧＢ画素に組み込まれる量子閉じ込め構造を含む副画
素から、表示装置の構造を拡大して示す。
【図８】本発明による典型的な画素化された表示装置に
信号アドレスを設ける方法を示す図である。
【図９】本発明による表示装置を駆動するための基本的
な駆動回路の概略図である。
【図１０】画素化されたアレイの形成工程の連続の概略
図である。
【図１１】画素化されたアレイの形成工程の連続の概略
図である。
【図１２】マイクロレンズが、各画素上にどの様に設置
され、発光立体角を抑制することによって、装置の見か
け上の輝度を高めるかを示す図である。
【符号の説明】
２ 量子井戸領域 ５ａ 活性量子井戸領域 ５ｂ バリア層 ６ａ、６ｂ 反射鏡 ７ シリコン基板 ８ 絶縁層 １１、１２ 電極 １３ａ、１３ｂ、１３ｃ 副画素 １３ カラー画素 １４ アレイ ２３ 制御ロジックユニット ２４ 表示アレイ ２５ 列駆動装置 ２６ 行駆動装置 ２７ ストロボ波形生成器

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の光電子素子を有するカラー半導体
    装置であって、該複数の光電子素子は第１および第２素
    子を含み、該第１および第２素子は、可視光に対応する
    範囲内の異なる所定の波長を有する光を発光または吸収
    することができ、該第１および第２光電子素子は共通の
    基板上に形成され、ＩＩＩ−Ｖ窒化物アロイ組成を含
    み、該組成は実質的に、該共通の基板に格子整合してい
    る、カラー半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記基板が、シリコン（Ｓｉ）およびリ
    ン化ガリウム（ＧａＰ）のいずれかを含む、請求項１に
    記載のカラー半導体装置。
  3. 【請求項３】 前記ＩＩＩ−Ｖ窒化物アロイが、ＩｎＡ
    ｌＮＳｂおよびＡｌＧａＡｓＳｂＮのいずれかを含む、
    請求項１または２に記載のカラー半導体装置。
  4. 【請求項４】 前記光電子素子は４元系ＩｎＡｌＮＳｂ
    アロイからなり、各々がＡｌＮＳｂを含むバリアに閉じ
    込められた、ＩｎＮＳｂを含む活性量子井戸領域を含
    む、請求項３に記載のカラー半導体装置。
  5. 【請求項５】 前記光電子素子は４元系ＡｌＧａＡｓＳ
    ｂＮアロイからなり、各々がＡｌＮＳｂを含むバリアに
    閉じ込められた、ＧａＡｓＮを含む活性量子井戸領域を
    含む、請求項３に記載のカラー半導体装置。
  6. 【請求項６】 前記バリアはＡｌＮ1-xＳｂx（０．５７
    ≦ｘ≦０．６３）を含み、前記活性量子井戸領域はＩｎ
    Ｎ1-yＳｂy（０．３２≦ｙ≦０．３８）を含む、請求項
    ４に記載のカラー半導体装置。
  7. 【請求項７】 前記バリアはＡｌＮ1-xＳｂx（但し、ｘ
    は０．５７≦ｘ≦０．６３の範囲内である）を含み、前
    記活性量子井戸領域はＧａＡｓ1-zＮz（但し、ｚは０．
    １７≦ｚ≦０．２３の範囲内である）を含む、請求項５
    に記載のカラー半導体装置。
  8. 【請求項８】 前記個々の光電子素子によって発光また
    は吸収された光の波長が、前記個々の光電子素子の活性
    量子井戸領域にＡｌをドープすることによって規定され
    る、請求項６または７に記載のカラー半導体装置。
  9. 【請求項９】 前記個々の光電子素子によって発光また
    は吸収された光の波長は、前記の活性量子井戸のサイズ
    によって規定される、請求項６から８のいずれかに記載
    のカラー半導体装置。
  10. 【請求項１０】 前記光電子素子は、レーザ、ＬＥＤ、
    細線および箱からなるグループから選択された量子閉じ
    込め構造を含む、請求項１から９のいずれかに記載のカ
    ラー半導体装置。
  11. 【請求項１１】 前記第１および第２の光電子素子は、
    このような素子のグループ（画素）の一部（副画素）を
    形成し、各々の主要色の波長で、光を発光または吸収す
    るように適合させられたている、請求項１から１０のい
    ずれかに記載のカラー半導体装置。
  12. 【請求項１２】 前記グループは３つの前記光電子素子
    を含み、その各々が、異なる３主要色、即ち、赤色、緑
    色または青色の光を発光または吸収するために適合させ
    られている、請求項１１に記載のカラー半導体装置。
  13. 【請求項１３】 個々の光電子素子の前記グループのア
    レイを含む、請求項１１または１２に記載のカラー半導
    体装置。
  14. 【請求項１４】 前記アレイは、テレビ、コンピュータ
    などの表示装置または画像検知器として使用するために
    用いられる、請求項１３に記載のカラー半導体装置。
  15. 【請求項１５】 各々の光電子素子から発光された光
    は、その素子から発光される各々の主要色に対して、Ｃ
    ＩＥ色度図によって規定される波長に対応する波長を有
    する、請求項１１から１４のいずれかに記載のカラー半
    導体装置。
  16. 【請求項１６】 前記装置のための、処理、制御および
    駆動回路を含み、該回路が前記共通の基板上に位置して
    いる、請求項１から１５のいずれかに記載のカラー半導
    体装置。
  17. 【請求項１７】 前記処理回路は、テレビ信号を処理
    し、それに一致して前記装置を駆動し、実質的に平面的
    で、薄型で、小型のテレビ受信機または送信器および表
    示装置またはカメラを形成する、請求項１６に記載のカ
    ラー半導体装置。
  18. 【請求項１８】 前記光電子素子の少なくとも一つは青
    色光を発光または吸収し、Ｓｂを含む前記ＩＩＩ−Ｖ窒
    化物アロイを含む、請求項１に記載のカラー半導体装
    置。
  19. 【請求項１９】 ＳｉまたはＧａＰに実質的に格子整合
    することができ、光電子スペクトルの可視赤色から赤外
    線領域の所望の波長において、実質的に光を発光または
    吸収するために選択的に適合させられたＩＩＩ−Ｖ窒化
    物アロイを含み、ＩｎＮＳｂからなる活性領域を有する
    光電子素子。
  20. 【請求項２０】 前記活性層がＩｎＮ1-yＳｂy（０．３
    ２≦ｙ≦０．３８）を含む請求項１９に記載の光電子素
    子。
  21. 【請求項２１】 前記活性領域が、ＩｎＮＳｂからなる
    量子井戸とＡｌＮＳｂからなるバリア領域を有する請求
    項１９または２０に記載の光電子素子。
  22. 【請求項２２】 前記バリア領域が、ＡｌＮ1-xＳｂ
    x（０．５７≦ｘ≦０．６３）を含む、請求項２１に記
    載の光電子素子。
  23. 【請求項２３】 ＳｉまたはＧａＰに実質的に格子整合
    することができ、光電子スペクトルの可視赤色から赤外
    線領域の所望の波長において、実質的に光を発光または
    吸収するために選択的に適合させられたＩＩＩ−Ｖ窒化
    物アロイを含み、ＧａＡｓＮからなる活性量子井戸領域
    とＡｌＮＳｂからなるバリア領域を有する光電子素子。
  24. 【請求項２４】 前記量子井戸領域がＧａＡｓ1-zＮ
    z（０．１７≦ｚ≦０．２３）を含み、前記バリア領域
    がＡｌＮ1-xＳｂx（０．５７≦ｘ≦０．６３）を含む、
    請求項２３に記載の光電子素子。
  25. 【請求項２５】 前記活性領域にＡｌをドープすること
    によって、および／または前記活性領域を量子閉じ込め
    することによって、前記素子の発光または吸収波長が選
    択された、請求項１９から２４のいずれかに記載の光電
    子素子。
  26. 【請求項２６】 ＩｎＮ1-yＳｂy（０．３２≦ｙ≦０．
    ３８）を含む窒化物アロイ。
  27. 【請求項２７】 ＡｌＮ1-xＳｂx（０．５７≦ｘ≦０．
    ６３）を含む窒化物アロイ。
  28. 【請求項２８】 ＳｉまたはＧａＰに実質的に格子整合
    し、ＩｎＡｌＮＳｂまたはＡｌＧａＡｓＳｂＮの一方を
    含むＩＩＩ−Ｖ窒化物アロイを含む、青色光を発光また
    は吸収する光電子素子。
  29. 【請求項２９】 単一基板および該単一基板上に形成さ
    れたエレクトロルミネッセンス光発光素子のアレイを含
    むフルカラー半導体表示装置で、該素子を形成する材料
    は、該基板の結晶構造に実質的に格子整合していて、該
    アレイが、実質的に同様のＩＩＩ−Ｖ窒化物アロイ組成
    からなる赤色、緑色および青色のエレクトロルミネッセ
    ンス素子を含み、該同様のＩＩＩ−Ｖ窒化物アロイ組成
    は、量子閉じ込めおよび／またはドーピングによって、
    各々の発光波長に調整される、フルカラー半導体表示装
    置。
  30. 【請求項３０】 前記基板が、シリコンおよびリン化ガ
    リウムのいずれかを含み、前記ＩＩＩ−Ｖ窒化物アロイ
    はＩｎＡｌＮＳｂおよびＡｌＧａＡｓＳｂＮのいずれか
    を含む、請求項２９に記載のフルカラー半導体表示装
    置。
  31. 【請求項３１】 前記光発光素子はそれぞれＩｎＡｌＮ
    Ｓｂアロイからなり、ＡｌＮＳｂを含むバリアによって
    閉じ込められた、ＩｎＮＳｂを含む活性量子井戸領域を
    含む、請求項３０に記載のフルカラー半導体表示装置。
  32. 【請求項３２】 前記光発光素子はそれぞれＡｌＧａＡ
    ｓＳｂＮアロイからなり、ＡｌＮＳｂを含むバリアによ
    って閉じ込められた、ＧａＡｓＮを含む活性量子井戸領
    域を含む、請求項３０に記載のフルカラー半導体表示装
    置。
  33. 【請求項３３】 前記エレクトロルミネッセンス素子
    は、それぞれ、ダブルヘテロ接合の垂直キャビティレー
    ザを有しており、該垂直キャビティレーザは、２つのバ
    リア領域間に活性領域を有する量子閉じ込め構造と、該
    量子閉じ込め構造の反対の側に形成された第１および第
    ２の反射鏡とを含み、基板の平面を横切って光が発光さ
    れるように、該平面に垂直な方向に隔てて配された該反
    射鏡に向きを合わせられている、請求項２９から３２の
    いずれかに記載のフルカラー半導体表示装置。
  34. 【請求項３４】 基板上に積み重ねられたマイクロレン
    ズのアレイを含み、個々のマイクロレンズは立体角を減
    じるために形成され、該マイクロレンズを介して、対応
    するエレクトロルミネッセント素子から発光された光が
    装置から投射される、請求項２９から３３のいずれかに
    記載のフルカラー半導体表示装置。
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