(57)【要約】  物品は、発光表面を有するＬＥＤを含む。再発光半導体構造体は、発光表面を有し、ＬＥＤにより放射された光を異なる波長の光に変換する。発光表面の少なくとも１つは、全内部反射を阻止する。
2009540614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１発光表面を有するＬＥＤと、
前記ＬＥＤによって放射される光を異なる波長の光に変換し、第２発光表面を有する再発光半導体構造体と、を備え、第１及び第２発光表面の少なくとも１つが全内部反射を阻止するのに適応される、物品。
【請求項２】
前記第１及び前記第２発光表面の少なくとも１つが、前記表面を粗化することにより適応される、請求項１に記載の物品。
【請求項３】
前記第１及び前記第２発光表面の少なくとも１つが、構造化されることにより適応される、請求項１に記載の物品。
【請求項４】
前記第１及び前記第２発光表面の少なくとも１つが、成形封止材で封止されることにより適応される、請求項１に記載の物品。
【請求項５】
前記再発光半導体構造体が、ポテンシャル井戸を含む、請求項１に記載の物品。
【請求項６】
前記ＬＥＤが、ＵＶ又は青色ＬＥＤである、請求項１に記載の物品。
【請求項７】
前記再発光半導体構造体が、前記ＬＥＤにより放射される光を青色光に変換する、請求項１に記載の物品。
【請求項８】
前記再発光半導体構造体が、前記ＬＥＤにより放射される光を黄色光に変換する、請求項１に記載の物品。
【請求項９】
前記再発光半導体構造体が、前記ＬＥＤにより放射される光を緑色光に変換する、請求項１に記載の物品。
【請求項１０】
前記再発光半導体構造体が、前記ＬＥＤにより放射される光を橙色光に変換する、請求項１に記載の物品。
【請求項１１】
前記再発光半導体構造体が、前記ＬＥＤにより放射される光を赤色光に変換する、請求項１に記載の物品。
【請求項１２】
前記ＬＥＤがＩＩＩ−Ｖ族半導体を備え、前記再発光半導体構造体がＩＩ−ＶＩ族半導体を備える、請求項１に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
この出願は、米国特許仮出願番号６０／８０４８００（２００６年６月１４日申請）の利益を請求し、その開示は、その全体を参照として本明細書に組み込む。
以下の共所有で現在係争中の米国特許出願は、参照として本明細書に組み込む：ＵＳＳＮ１１／００９２１７及びＵＳＳＮ１１／００９２４１。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、光源に関する。特に、本発明は、増加光抽出に適応される発光ダイオード（ＬＥＤ）及び再発光半導体構成体を含む光源に関する。
【背景技術】
【０００３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、固体半導体デバイスであり、電流がアノードとカソードの間を通過するときに発光する。従来のＬＥＤは、単一ｐｎ接合を包含する。ｐｎ接合は、中間無ドープ領域を含んでもよい、従って、この種のｐｎ接合は、ピン接合と呼ばれる場合もある。非発光半導体ダイオード同様に、従来のＬＥＤは、１つの方向、すなわち電子がｎ−領域からｐ−領域に移動する方向に電流を容易に通過させる。電流がＬＥＤを「正」方向に通過するとき、ｎ−領域からの電子は、ｐ−領域からの正孔と再結合し、光の光子を発生させる。従来のＬＥＤにより放射される光は、外観が単色である、すなわち、それは、波長の単一狭周波数帯で生成される。放射される光の波長は、電子−正孔対の再結合に関連するエネルギーに相当する。最も簡単な場合、そのエネルギーは、おおむね再結合が発生する半導体のバンドギャップエネルギーである。
【０００４】
従来のＬＥＤは、電子と正孔の両方を高濃度で捕獲するｐｎ接合で１つ以上の量子井戸を更に包含することができ、それにより光生成再結合を強化する。それぞれの研究者らが、白色光又は人間の目の３色知覚に対して白色を現わす光を放射するＬＥＤデバイスを製造しようとしている。
【０００５】
ある研究者らは、ｐｎ接合内に多数の量子井戸を有するＬＥＤの意図的設計又は製造を報告しており、そこでは、多数の量子井戸が異なる波長で発光することを意図している。以下の参照、すなわち特許文献１；特許文献２；特許文献３；特許文献４；非特許文献１；非特許文献２；非特許文献３は、おそらくそのような技術に関連する。
【０００６】
ある研究者らは、異なる波長で独立に発光することを意図した２つの従来のＬＥＤを単一デバイスで結合するＬＥＤデバイスの意図的設計又は製造を報告している。下記の参照：特許文献５；特許文献６；特許文献７；特許文献８；及び非特許文献４は、おそらくそのような技術に関連する。
【０００７】
ある研究者らは、従来のＬＥＤ要素をＬＥＤ要素により放射される光の一部を吸収し、より長い波長の光を再放射するよう意図されたイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）などの化学再発光半導体構成体と結合するＬＥＤデバイスの意図的設計又は製造を報告している。特許文献９号及び特許文献１０は、おそらくそのような技術に関連する。
【０００８】
ある研究者らは、ＬＥＤ要素により放射される光の一部を吸収し、より長い波長の光を再放射するよう意図された基材内に蛍光中心をもたらすようにＩ、Ａｌ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｇａ又はＩｎをｎ−ドープＺｎＳｅ基材上で成長させたＬＥＤの意図的設計又は製造を報告している。特許文献１１及び特許文献１２は、おそらくそのような技術に関連する。
【０００９】
特許文献１３は、参照として本明細書に組み込む。
【特許文献１】米国特許番号第５，８５１，９０５号
【特許文献２】米国特許番号第６，３０３，４０４号
【特許文献３】米国特許番号第６，５０４，１７１号
【特許文献４】米国特許番号第６，７３４，４６７号
【特許文献５】米国特許番号第５，８５１，９０５号
【特許文献６】米国特許番号第６，７３４，４６７号
【特許文献７】米国特許出願公開第２００２／００４１１４８Ａ１
【特許文献８】米国特許出願公開第２００２／０１３４９８９Ａ１
【特許文献９】米国特許番号第５，９９８，９２５
【特許文献１０】米国特許番号第６，７３４，４６７号
【特許文献１１】米国特許出願第６，３３７，５３６号
【特許文献１２】日本公開特許番号２００４−０７２０４７
【特許文献１３】米国特許出願公開第２００５／００２３５４５
【非特許文献１】ダミラノ（Damilano）ら、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多量子井戸に基づくモノリシック白色光発光ダイオード（Monolithic White Light Emitting Diodes Based on InGaN/GaN Multiple-Quantum Wells）、日本、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４０巻（２００１年）Ｌ９１８〜Ｌ９２０頁
【非特許文献２】ヤマダ（Yamada）ら、ＩｎＧａＮ多量子井戸からなる再発光半導体構成体単独高光源効率白色発光ダイオード（Re-emitting semiconductor construction Free High-Luminous-Efficiency White Light-Emitting Diodes Composed of InGaN Multi-Quantum Well）、日本、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４１巻（２００２年）Ｌ２４６〜Ｌ２４８頁
【非特許文献３】ダルマソ（Dalmasso）ら、再発光半導体構成体単独ＧａＮ系白色発光ダイオードのエレクトロルミネッセンススペクトルの注入依存性（Injection Dependence of the Electroluminescence Spectra of Re-emitting semiconductor construction Free GaN-Based White Light Emitting Diodes）、ｐｈｙｓ．ｓｔａｔ．ｓｏｌ．（ａ）１９２、Ｎｏ．１、１３９〜１４３頁（２００３年）
【非特許文献４】ルオ（Luo）ら、一体化フルカラー及び白色光エミッタのパターン化３色ＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＣｄＭｇＳｅ量子井戸構造体（Patterned three-color ZnCdSe/ZnCdMgSe quantum-well structures for integrated full-color and white light emitters）Ａｐｐ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒｓ、７７巻、Ｎｏ．２６、４２５９〜４２６１頁（２０００年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
簡単に言うと、本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）及び増加光抽出に適応される再発光半導体構成体を含む光源に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この出願では、
半導体デバイスの層の積み重ね体に関して、「すぐに隣接した」は、層を介在しない順序での次を意味し、「緊密に隣接した」は、１つ又は２〜３の介在層を有する順序での次を意味し及び「周囲の」は、順序での前と後の両方を意味する；
「ポテンシャル井戸」は、周囲の層よりも低い伝導帯エネルギー、周囲の層よりも高い価電子帯エネルギー又は両方を有する半導体デバイスの半導体の層を意味し；
「量子井戸」は、量子化効果が、井戸内の電子−正孔対遷移エネルギーを上げる十分に薄い、典型的に１００ｎｍ以下の厚さを有するポテンシャル井戸を意味し；
「遷移エネルギー」は、電子−正孔再結合エネルギーを意味し；
「格子適合した」は、基材上のエピタキシャル膜などの２つの結晶性材料について説明すると、隔離された各材料が格子定数を有し、これらの格子定数が実質的に等しい、典型的に互いと０．２％以下異なる、より典型的には互いと０．１％以下異なる及び最も典型的には互いと０．０１％以下異なることを意味し；及び
「疑似格子整合」は、エピタキシャル膜及び基材などの所定の厚さの第１結晶性層と第２結晶性層について、隔離された各材料が格子定数を有し、これらの格子定数が十分に類似している、そのため所定の厚さの第１層が実質的に不整合欠陥がない層の平面で第２層の格子間隔に採用できることを意味する。
【００１２】
本明細書に記載した本発明の全ての実施形態は、ｎ−ドープ及びｐ−ドープ半導体領域を含むと理解されるべきであり、ｎドーピングはｐドーピングと交換され、逆もまた同様である更なる実施形態は、本明細書に記載されたように理解されるべきである。
「ポテンシャル井戸」、「第１ポテンシャル井戸」、「第２ポテンシャル井戸」及び「第３ポテンシャル井戸」の各々が本明細書で引用される場合、単一のポテンシャル井戸が提供されてもよく、又は典型的に同じ性状を共有する複数のポテンシャル井戸が提供されてもよいと理解されるべきである。同様に、「量子井戸」、「第１量子井戸」、「第２量子井戸」及び「第３量子井戸」の各々が本明細書で引用される場合、単一の量子井戸が提供されてもよく、又は典型的に同じ性状を共有する複数の量子井戸が提供されてもよいと理解されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、増加した光の抽出に適応されるＬＥＤと再発光半導体構成体を含むデバイスを提供する。通常、ＬＥＤは、第１波長で発光することができ、再発光半導体構成体は、その第１波長で光を吸収し、第２波長で光を再発光することができる。再発光半導体構成体は、ｐｎ接合内に位置しないポテンシャル井戸を含む。再発光半導体構成体のポテンシャル井戸は通常量子井戸であるが、必ずしも量子井戸とは限らない。
【００１４】
典型的な操作では、ＬＥＤは、電流に応答して光子を放射し、再発光半導体構成体は、ＬＥＤから放射された光子の一部の吸収に応答して光子を放射する。１つの実施形態では、再発光半導体構成体は、ポテンシャル井戸に緊密に又はすぐに隣接した吸収層を更に含む。吸収層は、典型的にバンドギャップエネルギーを有し、それはＬＥＤにより放射される光子のエネルギー以下であり、再発光半導体構成体のポテンシャル井戸の遷移エネルギーより大きい。典型的な操作では、吸収層は、ＬＥＤから放射される光子の吸収を手伝う。１つの実施形態では、再発光半導体構成体は、第１ポテンシャル井戸の遷移エネルギーと等しくない第２遷移エネルギーを有するｐｎ接合内に位置しない少なくとも１つの第２ポテンシャル井戸を更に含む。１つの実施形態では、ＬＥＤは、ＵＶＬＥＤである。１つのそのような実施形態では、再発光半導体構成体は、青色波長光に相当する第１遷移エネルギーを有するｐｎ接合内に位置しない少なくとも１つの第１ポテンシャル井戸、緑色波長光に相当する第２遷移エネルギーを有するｐｎ接合内に位置しない少なくとも１つの第２ポテンシャル井戸、及び赤色波長光に相当する第３遷移エネルギーを有するｐｎ接合内に位置しない少なくとも１つの第３ポテンシャル井戸を含む。１つの実施形態では、ＬＥＤは、可視光線ＬＥＤ、典型的に緑色、青色又は紫色ＬＥＤ、より典型的には緑色又は青色ＬＥＤ、最も典型的には青色ＬＥＤである。１つのそのような実施形態では、再発光半導体構成体は、黄色又は緑色波長光、より典型的には緑色波長光に相当する第１遷移エネルギーを有するｐｎ接合内に位置しない少なくとも１つの第１ポテンシャル井戸、及び橙色又は赤色波長光、より典型的には赤色波長光に相当する第２遷移エネルギーを有するｐｎ接合内に位置しない少なくとも１つの第２ポテンシャル井戸を含む。再発光半導体構成体は、追加のポテンシャル井戸と追加の吸収層を含んでもよい。
【００１５】
全ての好適なＬＥＤが、本発明の実施に使用できる。ＬＥＤ及び再発光半導体構成体を含む本発明によるデバイスの要素は、Ｓｉ又はＧｅ（発光層内ではない）などのＩＶ族元素、ＩｎＡｓ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＰ，ＧａＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＳｂ、ＧａＳｂ及びそれらの合金類などのＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＢｅＳｅ，ＭｇＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ、ＢｅＴｅ、ＭｇＴｅ、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＢｅＳ、ＭｇＳ及びそれらの合金類などのＩＩ−ＶＩ族化合物、又は上記のずれかの合金類を含む任意の好適な半導体から構成されてもよい。必要に応じて、半導体は、任意の好適な方法又は任意の好適なドーパントの包含によりｎ−ドープ又はｐ−ドープされてもよい。１つの典型的な実施形態では、ＬＥＤは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体デバイスであり、再発光半導体構成体は、ＩＩ−ＶＩ族半導体デバイスである。
【００１６】
本発明の１つの実施形態では、ＬＥＤ又は再発光半導体構成体などのデバイスの構成要素の各種層の組成は、下記考察の見地から選択される。各層は、典型的に基材に適合したその層又は格子に与えられた厚さで基材に対して疑似格子整合となる。代わりに、各層は、すぐに隣接した層に適合する擬似格子整合又は格子であってもよい。ポテンシャル井戸層材料及び厚さは、典型的に量子井戸から放射される光の波長に相当することになる所望の遷移エネルギーをもたらすように選択される。例えば、図２の４６０ｎｍ、５４０ｎｍ及び６３０ｎｍで標識付けされた点は、ＩｎＰ基材（５．８６８７オングストローム又は０．５８６８７ｎｍ）のものに近接した格子定数並びに４６０ｎｍ（青色）、５４０ｎｍ（緑色）及び６３０ｎｍ（赤色）の波長に相当するバンドギャップエネルギーを有するＣｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅ合金を表す。ポテンシャル井戸層が十分に薄く、量子化が井戸のバルクバンドギャップエネルギーを超えて遷移エネルギーを上昇させる場合、ポテンシャル井戸は、量子井戸と見なしてもよい。各量子井戸層の厚さは、量子井戸の量子化エネルギー量を決めることになる、そしてそれがバルクバンドギャップエネルギーに加えられ、量子井戸の遷移エネルギーを決定する。従って、各量子井戸に関連する波長は、量子井戸層厚さの調節により調整することができる。典型的に、量子井戸層の厚さは、１ｎｍ〜１００ｎｍ、より典型的には２ｎｍ〜３５ｎｍである。典型的に、量子化エネルギーは、バンドギャップエネルギーだけに基づいて予想されるものに対して２０〜５０ｎｍの波長減少ということになる。擬似格子整合層間の格子定数の不完全な適合から生じるひずみを含む発光層のひずみは、ポテンシャル井戸と量子井戸の遷移エネルギーを変えることもできる。
【００１７】
ひずみを与えられた又はひずみを与えられていないポテンシャル井戸又は量子井戸の遷移エネルギーを計算する技術は、例えば、ハーバート・クロエマー（Herbert Kroemer）、工学、材料科学及び応用物理の量子力学（Quantum Mechanics for Engineering, Materials Science and Applied Physics）（プレンティスホール（Prentice Hall）、ニュージャージー州エングルウッドクリフス（Englewood Cliffs）、１９９４年）５４〜６３頁及びゾリー（Zory）、教育課程、量子井戸レーザ（Quantum Well Lasers）（アカデミックプレス（Academic Press）、カリフォルニア州サンディエゴ（San Diego）、１９９３年）７２〜７９頁で当該技術分野において既知であり、両方を参照として本明細書に組み込む。
【００１８】
赤外線、可視及び紫外線帯域のものを含む任意の好適な発光波長を選択することができる。本発明の１つの実施形態では、発光波長は、デバイスにより放射される光の組合わされた出力が白色又は近白色カラー、パステルカラー、マゼンタ、シアン及びその類を含む２つ、３つ又はそれ上の単色光源の組み合わせにより生成することができる任意の色の外観をもたらすように選択される。他の実施形態では、本発明によるデバイスは、デバイスが作動している表示として見えない赤外線又は紫外線波長及び可視波長で発光する。典型的に、ＬＥＤは、最も短い波長の光子を放射する。従って、ＬＥＤから放射された光子は、再発光半導体構成体内のポテンシャル井戸を駆動するのに十分なエネルギーを有する。１つの典型的な実施形態では、ＬＥＤは、青色発光ＧａＮ系ＬＥＤなどのＩＩＩ−Ｖ族半導体デバイスであり、再発光半導体構成体は、ＩＩ−ＶＩ族半導体デバイスである。
【００１９】
図１は、本発明の１つの実施形態による再発光半導体構成体の半導体の伝導及び価電子帯を示すバンドダイアグラムである。層厚さは、縮尺で表わしていない。表Ｉには、この実施形態の層１〜９の組成とその組成のバンドギャップエネルギー（Ｅｇ）を示す。この構成体は、ＩｎＰ基材上で成長できる。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
層３は、約１０ｎｍの厚さを有する赤色発光量子井戸である単一ポテンシャル井戸を表す。層７は、約１０ｎｍの厚さを有する緑色発光量子井戸である単一ポテンシャル井戸を表す。層２、４、６及び８は、吸収層を表し、それぞれ約１，０００ｎｍの厚さを有する。層１、５及び９は、支持層を表す。支持層は、典型的に量子井戸３及び７並びに短波長ＬＥＤ２０から放射される光に対して実質的に透明であるように選択される。代わりに、デバイスは、吸収層及び／又は支持層により分離された複数の赤色若しくは緑色発光ポテンシャル井戸又は量子井戸を含んでもよい。
【００２２】
理論に束縛されるものではないが、図１により示される本発明の実施形態は、以下の原理により作動すると考えられる、すなわち、ＬＥＤにより放射され再発光半導体構成体に衝突する青色波長光子は、緑色波長光子として緑色発光量子井戸７から又は赤色波長光子として再発光量子井戸３から吸収及び再発光されてもよい。短波長光子の吸収は、電子−正孔対を生成し、それは、その後光子を放射した状態で量子井戸で再結合してもよい。デバイスから放射される青色、緑色及び赤色波長光の多染性の結合は、カラーが白色又は近白色で現れてもよい。デバイスから放射される青色、緑色及び赤色波長光の強度は、種類毎の量子井戸数の操作、フィルタ又は反射層の使用並びに吸収層の厚さ及び組成の操作を含む任意の好適な方法でバランスがとられてもよい。図３は、本発明によるデバイスの１つの実施形態から放射する光のスペクトルを示す。
【００２３】
再度、図１に示した実施形態について説明すると、吸収層２、４、５及び８は、ＬＥＤから放射される光子のエネルギーと量子井戸３及び７の遷移エネルギーの中間体である吸収層のバンドギャップエネルギーを選択することによりＬＥＤから放射される光子を吸収するようにされてもよい。吸収層２、４、５及び８の光子の吸収により生成された電子−正孔対は、典型的に光子の付随的放射による再結合前に量子井戸３及び７により捕獲される。吸収層は、それらの厚さ全体又は一部にわたる組成の勾配を有する、そのため電子及び／又は正孔をポテンシャル井戸に向けて注ぎ込む又は誘導する。本発明のいくつかの実施形態では、ＬＥＤ及び再発光半導体構成体は、単一半導体ユニットに設けられる。この半導体ユニットは、通常ｐｎ接合内に位置する第１ポテンシャル井戸とｐｎ接合内に位置しない第２ポテンシャル井戸を包含する。ポテンシャル井戸は、典型的に量子井戸である。ユニットは、２つの波長で発光することができ、第１は、第１ポテンシャル井戸の遷移エネルギーに相当し、第２は、第２ポテンシャル井戸の遷移エネルギーに相当する。典型的な操作では、第１ポテンシャル井戸は、ｐｎ接合を通過する電流に応答して光子を放射し、第２ポテンシャル井戸は、第１ポテンシャル井戸から放射された光子の一部の吸収に応答して光子を放射する。半導体ユニットは、第２ポテンシャル井戸を取り巻く又は緊密に若しくはすぐに隣接する１つ以上の吸収層を更に含んでもよい。吸収層は、典型的にバンドギャップエネルギーを有し、それは、第１ポテンシャル井戸の遷移エネルギー以下であり、第２ポテンシャル井戸のそれを超える。典型的な操作では、吸収層は、第１ポテンシャル井戸から放射される光子の吸収を手伝う。半導体ユニットは、ｐｎ接合内に位置し又はｐｎ接合内に位置しない追加のポテンシャル井戸と追加の吸収層を含んでもよい。
【００２４】
図４は、本発明の１つの実施形態によるそのような半導体ユニットでの半導体の伝導及び価電子帯を示すバンドダイアグラムである。層厚さは、縮尺で表わしていない。表ＩＩは、この実施形態の層１〜１４の組成とその組成のバンドギャップエネルギー（Ｅｇ）を示す。
【００２５】
【表２】
2009540614.tif 000004
【００２６】
層１０、１１、１２、１３及び１４は、ｐｎ接合又はより具体的にはピン接合を示す、というのは、中間無ドープ（「固有の」ドーピング）層１１、１２及び１３は、ｎ−ドープ層１０とｐ−ドープ層１４の間に挟まれる。層１２は、約１０ｎｍの厚さを有する量子井戸であるｐｎ接合内の単一ポテンシャル井戸を示す。代わりに、デバイスは、ｐｎ接合内に複数のポテンシャル又は量子井戸を含んでもよい。層４及び８は、ｐｎ接合内にない第２及び第３ポテンシャル井戸を表わし、それぞれが、約１０ｎｍの厚さを有する量子井戸である。代わりに、デバイスは、ｐｎ接合内にない追加のポテンシャル又は量子井戸を含んでもよい。更なる代替では、デバイスは、ｐｎ接合内にない単一ポテンシャル又は量子井戸を含んでもよい。層３、５、７及び９は、吸収層を表し、それぞれが約１，０００ｎｍの厚さを有する。電気接点（不図示）は、電流をｐｎ接合に供給する経路を提供する。電気接点は、電気を通し、典型的に導電性金属から構成される。正電気接点は、中間構造体を介して直接又は間接的に層１４に電気的に接続される。負電気接点は、中間構造体を介して直接又は間接的に層１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０の１つ以上に電気的に接続される。
【００２７】
理論に束縛されるものではないが、本発明のこの実施形態は、下記の原理により作動すると考えられる、すなわち電流が層１４から層１０に伝わるときに青色波長光子がｐｎ接合の量子井戸（１２）から放射される。層１４の方向に進行する光子は、デバイスを去ってもよい。反対方向に進行する光子は、第２量子井戸（８）から緑色波長光子として若しくは第３量子井戸（４）から赤色波長光子として吸収又は再発光されてもよい。青色波長光子の吸収は、電子−正孔対を生成し、その後光子放射状態で第２又は第３量子井戸で再結合してもよい。層１４の方向に進行した緑色又は赤色波長光子は、デバイスを去ってもよい。デバイスから放射された青色、緑色及び赤色波長光の多染性結合は、カラーが白色又は近白色で現れてもよい。デバイスから放射される青色、緑色及び赤色波長光の強度は、種類毎の量子井戸数の操作及びフィルタ又は反射層の使用を含む任意の好適な方法でバランスがとられてもよい。図３は、本発明によるデバイスの１つの実施形態から放射する光のスペクトルを示す。
【００２８】
再度、図４により示される実施形態について説明すると、吸収層３、５、７及び９は、第１量子井戸（１２）から放射される光子を吸収するのに特に好適であることができる、というのは、それらは、第１量子井戸（１２）の遷移エネルギーと第２及び第３量子井戸（８及び４）のそれの中間体であるバンドギャップエネルギーを有する。吸収層３、５、７及び９で光子の吸収により生成される電子−正孔対は、光子の付随的放射による再結合前に典型的に第２又は第３量子井戸８及び４により捕獲される。吸収層は、所望によりこの実施形態ではｎドーピングとなる典型的に周囲層と同じようにドープされてもよい。吸収層は、所望により、電子及び／又は正孔をポテンシャル井戸に向けて注ぎ込む又は誘導するために、それらの厚さ全体又は一部にわたる組成の勾配を有してもよい。
【００２９】
ＬＥＤが可視波長ＬＥＤの場合、再発光半導体構成体の層は、ＬＥＤから放射される光に対して部分的に透明であってもよい。代わりに、ＬＥＤがＵＶ波長ＬＥＤである場合などでは、再発光半導体構成体の層の１つ以上が、ＬＥＤから放射された光の大部分又は実質的に若しくは完全に全てをブロックしてもよい、その結果デバイスから放射された光の大部分又は実質的に若しくは完全に全てが再発光半導体構成体から再発光される。ＬＥＤがＵＶ波長ＬＥＤの場合、再発光半導体構成体１０は、赤色、緑色及び青色発光量子井戸を包含してもよい。
【００３０】
本発明によるデバイスは、導電、半導電又は非導電材料の追加の層を含んでもよい。電気的接続層が加えられ、ＬＥＤに電流を供給する経路を備えてもよい。光フィルタ層が加えられ、適応型ＬＥＤにより放射される光の光波長のバランスを変え又は補正してもよい。
【００３１】
１つの実施形態では、本発明によるデバイスは、青色、緑色、黄色及び赤色帯域の４つの主な波長で発光することにより白色又は近白色光を生成する。１つの実施形態では、本発明によるデバイスは、青色及び黄色帯域の２つの主な波長で発光することにより白色又は近白色光を生成する。
【００３２】
本発明によるデバイスは、レジスタ、ダイオード、ゼナーダイオード、コンデンサ、トランジスタ、バイポラートランジスタ、ＦＥＴトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ、絶縁ゲートバイポラートランジスタ、フォトトランジスタ、光検出器、ＳＣＲ’ｓ、サイリスタ、トライアック、電圧調整器及びその他の回路要素などの能動的又は受動的構成要素を含む追加の半導体要素を含んでもよい。本発明によるデバイスは、集積回路を含んでもよい。本発明によるデバイスは、表示パネル又は照明パネルを含んでもよい。
【００３３】
本発明によるデバイスを構成するＬＥＤ及び再発光半導体構成体は、任意の好適な方法で製造でき、それには、分子線エピタクシー（ＭＢＥ）、化学気相成長法、液相エピタクシー及び蒸気相エピタクシーが挙げられる。本発明によるデバイスの要素としては、基材を挙げることができる。任意の好適な基材が、本発明の実施に使用できる。典型的な基材材料としては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、サファイア、ＳｉＣ及びＺｎＳｅが挙げられる。基材は、ｎ−ドープ、ｐ−ドープ又は半絶縁であってもよく、それは、任意の好適な方法又は任意の好適なドーパントの包含により達成できる。代わりに、本発明によるデバイスの要素は、基材がなくてもよい。１つの実施形態では、本発明によるデバイスの要素は、基材上に形成され、その後基材から分離されてもよい。本発明によるデバイスの要素は、接着剤若しくは溶接材料、圧力、熱又はそれらの組み合わせの使用を含む任意の好適な方法により一緒に接合されてもよい。典型的に、もたらされる固着は、透明である。固着方法としては、界面又は縁部固着を挙げることができる。所望により、屈折率適合層又は格子間空間が含まれてもよい。
【００３４】
ＬＥＤ’ｓは、通常パッケージ化形態で販売され、金属ヘッダーに実装されたＬＥＤダイ又はチップを含む。ＬＥＤダイは、最も基本的な形態、すなわち半導体ウエファー加工手順により作製される個々の構成要素又はチップの形態のＬＥＤである。構成要素又はチップは、デバイスを作動させるための電力の印加に適した電気接点を含むことができる。構成要素又はチップの個々の層及びその他の機能的要素は、通常、ウエファースケールで形成され、仕上がったウエファーは最終的に個々の小片部に切られて、多数のＬＥＤ成形型となる。金属ヘッダーは、ＬＥＤダイが実装される反射カップを有し、電気リード線がＬＥＤダイに接続される。パッケージは、ＬＥＤダイを封入する成形透明樹脂を更に含む。封入樹脂は、殆ど半球形前側表面を典型的に有し、ＬＥＤダイから放射された光を部分的に視準する。ＬＥＤ構成要素は、ＬＥＤダイ又は再発光半導体構成体若しくは他の構成要素と組み合わせたＬＥＤダイである又はそれを含むことができる。
【００３５】
発光ダイオード（ＬＥＤ）、再発光半導体構成体又は両方が発光表面を有していてもよい。図１について説明すると、層９の外側表面は、発光表面を表してもよい。図４について説明すると、層１４の外側表面は、発光表面を表してもよい。いずれか又は両方の発光表面は、増加光抽出のため適応されてもよい。適応は、典型的に全内部反射（ＴＩＲ）を阻止し及び／又は光抽出効率を強化する働きをする。
【００３６】
いくつかの実施形態では、発光表面は、表面を粗化することにより適応されてもよい。粗化は、磨耗、溶媒類、酸類、塩基類又は腐食剤での処理、反応性イオンエッチング、プラズマ処理、付着等を含む任意の好適な方法によるものであってもよい。表面特徴は、０．１μ〜１０μの典型的な寸法を有してもよい。この特徴は、対称又は非対称であってもよい。粗化は、米国特許出願番号２００５／００８２５６２に記載されたようなものであってもよく、参照として本明細書に組み込む。
【００３７】
いくつかの実施形態では、発光表面は、表面を微細構造化することにより適応されてもよい。微細構造化は、機械加工、成形、鍛造、パターン化化学エッチング、フォトリソグラフィー、付着等を含む任意の好適な方法によるものであってもよい。表面特徴は、０．１μ〜１００μの典型的な寸法を有してもよい。この特徴は、対称又は非対称であってもよい。微細構造化は、米国特許番号第６，６４９，９３９号に記載されたようなものであってもよく、参照として本明細書に組み込む。
【００３８】
いくつかの実施形態では、発光表面は、深い溝、溝、井戸、隆起部等を付加するなどの表面を構造化することにより適応されてもよい。構造化は、機械加工、成形、鍛造、化学エッチング等を含む任意の好適な方法によるものであってもよい。表面特徴は、１０μ〜１，０００μの典型的な寸法を有してもよい。この特徴は、対称又は非対称であってもよい。構造体は、側部が面取りした状態で生じるなどの発光表面の縁部、内部又は発光表面に生じてもよい。構造化は、米国特許番号第５，０８７，９４９号に記載されたようなものであってよく、参照として本明細書に組み込む。
【００３９】
いくつかの実施形態では、発光表面は、成形封止材の付加により適応されてもよい。封止材は、レンズ形状、先端形状、ゼリー豆形状及びその類を含む任意の好適な形状を有してもよい。封止材は、ガラス類並びにエポキシ、シリコーン、ポリカーボネート及びその類などのポリマー類を含む任意の好適な有機又は無機材料あってもよい。封止材は、成形その後の硬化、付着その後の硬化、又は別々に形成それに続く取り付けを含む任意の好適な方法により添加されてよい。封止材は、所望により粒子状物質、典型的にジルコニア、チタニア及びその類などの高屈折率材料を含んでもよく、それらは、通常ナノ粒子スケールである。粒子は、均等に又は変化して分配されてもよく、それは発光表面により近接した領域に典型的に高屈折率をもたらすことになる。封止材は、米国特許番号第６，４７３，５５４号、米国特許番号第６，６１０，５９８号又は米国特許番号第６，７１７，３６２号に記載されたようなものであってもよく、参照として本明細書に組み込む。
【００４０】
少なくとも１つの発光表面は、少なくとも部分的に絶縁体コーティング、金属層、干渉反射体から選択されるものなどの反射率強化層でカバーされてもよい。反射率強化層は、直接電導度又は米国特許出願番号２００３／０１１１６６７で議論された手段のいずれかにより更に導電性層としての働きをすることができる。
【００４１】
いくつかの実施形態では、発光表面は、フォトニック結晶の付加により適応されてもよく、それは、米国特許番号第５，９５５，７４９号に記載されたようなものであってもよく、参照として本明細書に組み込む。
【００４２】
本発明による光源は、大又は小画面映像モニタ、コンピュータモニタ又はディスプレイ、テレビジョン、電話装置又は電話装置ディスプレイ、携帯端末又は携帯端末ディスプレイ、ページャ又はページャディスプレイ、計算器又は計算器ディスプレイ、ゲーム又はゲームディスプレイ、玩具又は玩具ディスプレイ、大若しくは小アプライアンス又は大若しくは小アプライアンスディスプレイ、自動ダッシュボード又は自動ダッシュボードディスプレイ、自動インテリア又は自動インテリアディスプレイ、海洋ダッシュボード又は海洋ダッシュボードディスプレイ、海洋インテリア又は海洋インテリアディスプレイ、航空ダッシュボード又は航空ダッシュボードディスプレイ、航空インテリア又は航空インテリアディスプレイ、交通制御装置又は交通制御装置ディスプレイ、広告ディスプレイ、広告看板等などの図形表示装置の構成要素又はクリティカル構成要素であってもよい。
【００４３】
本発明による光源は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又はそのディスプレイのバックライトとしての同様のディスプレイの構成要素又はクリティカル構成要素であってもよい。１つの実施形態では、本発明による半導体デバイスは、本発明による半導体デバイスにより発光されたカラーをＬＣＤディスプレイのカラーフィルタに適合させることにより特に液晶ディスプレイのバックライトの使用に適応させる。
【００４４】
本発明による光源は、自立型若しくは埋込型照明器具又はランプ、ランドスケープ又はアーキテクチュラル照明器具、手持ち式又は車両実装ランプ、自動車のヘッドライト又はテールランプ、自動車のインテリア照明器具、自動車又は非自動車の信号装置、道路照明装置、交通制御信号装置、海洋ランプ若しくは信号装置又はインテリア照明器具、航空ランプ若しくは信号装置又はインテリア照明器具、大若しくは小アプライアンス又は大若しくは小アプライアンスランプ等、或いは赤外線、可視又は紫外線源として使用される全ての装置又は構成要素などの照明装置の構成要素又はクリティカル構成要素であってもよい。
【００４５】
本発明の様々な修正及び変更が、本発明の範囲及び原理から逸脱することなく当業者には明白であり、また本発明は、上記で説明した例示的な実施形態に過度に限定されないことは、理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の１つの実施形態による構成体の半導体の伝導及び価電子帯を示すフラットバンドダイアグラムである。層厚さは、縮尺で表わしていない。
【図２】種々のＩＩ−ＶＩ族二元化合物及びそれらの合金の格子定数及びバンドギャップエネルギーを示すグラフ。
【図３】本発明の１つの実施形態によるデバイスから放射する光のスペクトルを示すグラフ。
【図４】本発明の１つの実施形態による構成体の半導体の伝導及び価電子帯のフラットバンドダイアグラムである。層厚さは、縮尺で表わしていない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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