JPH077223A - カラー半導体装置 - Google Patents
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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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
/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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
/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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
/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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【請求項26】 InN1-ySby(0.32≦y≦0.
38)を含む窒化物アロイ。 - 【請求項27】 AlN1-xSbx(0.57≦x≦0.
63)を含む窒化物アロイ。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB9308300A GB2277405A (en) | 1993-04-22 | 1993-04-22 | Semiconductor colour display or detector array |
GB9308300.4 | 1993-04-22 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH077223A true JPH077223A (ja) | 1995-01-10 |
Family
ID=10734260
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6083512A Pending JPH077223A (ja) | 1993-04-22 | 1994-04-21 | カラー半導体装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5583351A (ja) |
EP (1) | EP0621646B1 (ja) |
JP (1) | JPH077223A (ja) |
DE (1) | DE69419451T2 (ja) |
GB (1) | GB2277405A (ja) |
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