(57)【要約】【課題】アルミニウム原子をＩｎＧａＮ発光ダイオードの全層に追加することにより、波長が３００ｎｍから３８０ｎｍの紫外線を放出する発光ダイオード（ＬＥＤ）を提供すること。【解決手段】人間の眼では見ることのできない波長３００ｎｍから３８０ｎｍの紫外線を放出するために、発光ダイオード（ＬＥＤ）にアルミニウム原子をＩｎＧａＮ発光ダイオードの全層に追加する。さまざまな色（波長）のＬＥＤである、さまざまな色（波長）の光を放出するために、このＬＥＤは蛍光材料層または量子井戸／量子ドット構造のさまざまな色と合わせることが可能となる。【選択図】    図２
2006190963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
適切な順方向バイアス電圧をｎ型電極およびｐ型電極に適用する場合、発光層は励起して波長が３００ｎｍから３８０ｎｍの紫外線を放出することを特徴とする、
発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、
基板と、
基板上に形成され、結晶格子の不適合を防止するためのＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦１である核形成層と、
核形成層上に形成される緩衝層と、
緩衝層上に形成され、ｎ型電極に電気的に接続するｎ型接触層で、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３であるｎ型接触層と、
ｎ型接触層上に形成され、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３であるｎ型カバー層と、
ｎ型カバー層上に形成される発光層と、
担体が溢れ出るのを防止するための発光層上に形成され、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．４であるｐ型障壁層と、
担体を閉じ込めるためのｐ型障壁層上に形成され、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３であるｐ型カバー層と、
ｐ型カバー層上に形成され、ｐ型電極に電気的に接続するｐ型接触層で、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．１５であるｐ型接触層と、を備える、
発光ダイオード（ＬＥＤ）。
【請求項２】
発光層がＩｎyＡｌxＧａ1-x―yＮ／ＩｎyＡｌxＧａ1-x―yＮ量子井戸／ＩｎyＡｌxＧａ1-x―yＮ／ＩｎyＡｌxＧａ1-x―yＮ量子ドット構造によって構成される一つのグループから選択され、この時０≦ｘ≦０．３、０≦ｙ≦０．２であることを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）。
【請求項３】
基板がＡｌ2Ｏ3基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＡＩＮ基板、ＡｌａＮ基板、およびＺｎＯ基板によって構成される一つのグループから選択されることを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）。
【請求項４】
緩衝層がｕｄ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３であることを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）。
【請求項５】
緩衝層がｎ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３であることを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）。
【請求項６】
発光層を励起するために紫外線を使用することによってさまざまな色の光を作り出すｐ型接触層において、発光層を励起するＩｎＧａＮ量子井戸／量子ドットをさらに含む、請求項１に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）。
【請求項７】
可視光ＬＥＤを励起するために、発光ダイオード（ＬＥＤ）からの紫外線を使用する構造で、
第１の基板と、
一方の放出面から光を放出するための基板上に配置される少なくとも一つのＬＥＤチップと、を備え、
適切な順方向バイアス電圧をｎ型電極およびｐ型電極に印加する場合、発光層が励起して３００ｎｍから３８０ｎｍの波長を有する紫外線を放出することを特徴とし、
第２の基板と、
第２の基板上に形成され、結晶格子の不適合を防止するためのＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦１である核形成層と、
核形成層上に形成される緩衝層と、
緩衝層上に形成され、ｎ型電極に電気的に接続するｎ型接触層で、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３であるｎ型接触層と、
ｎ型接触層上に形成され、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３であるｎ型カバー層と、
ｎ型カバー層上に形成される発光層と、
担体が溢れ出るのを防止するための発光層上に形成され、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．４であるｐ型障壁層と、
担体を閉じ込めるためのｐ型障壁層上に形成され、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３であるｐ型カバー層と、
ｐ型カバー層上に形成され、ｐ型電極に電気的に接続するｐ型接触層で、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．１５であるｐ型接触層と、
を備え、
ＬＥＤチップから作り出された光が蛍光ゲルを透過する場合、光は蛍光を作り出すための蛍光材料を励起することを特徴とする、蛍光材料およびエポキシによって構成され、周囲をコーティングしている蛍光ゲルおよび
ＬＥＤチップから作り出された光が蛍光ゲルを透過する場合、光は蛍光を作り出すための蛍光材料を励起し、全反射シートは再現可能で多方面にわたる反射を作り出す蛍光ゲルにある光を閉じ込め、光を変換する効率を改善することを特徴とする、蛍光ゲルの反対側にある第１の基板の一方の側に配置される全反射シート
を備える、
発光ダイオード（ＬＥＤ）から可視光ＬＥＤを励起するために、紫外線を使用する、発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造。
【請求項８】
紫外線を全反射して可視光により透過されるフォトクリスタルコーティングフィルムをさらに含む、請求項７に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造。
【請求項９】
紫外線を全反射して可視光により透過される光反射フィルムをさらに含む、請求項７に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造。
【請求項１０】
発光層がＩｎyＡｌxＧａ1-x―yＮ／ＩｎyＡｌxＧａ1-x―yＮ量子井戸／ＩｎyＡｌxＧａ1-x―yＮ／ＩｎyＡｌxＧａ1-x―yＮ量子ドット構造によって構成される一つのグループから選択され、この時０≦ｘ≦０．３、０≦ｙ≦０．２であることを特徴とする、請求項７に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造。
【請求項１１】
基板がＡｌ2Ｏ3基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、ＡｌＧａＮ基板、およびＺｎＯ基板によって構成される一つのグループから選択されることを特徴とする、請求項７に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造。
【請求項１２】
緩衝層がｕｄ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３であることを特徴とする、請求項７に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造。
【請求項１３】
緩衝層がｎ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３であることを特徴とする、請求項７に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造。
【請求項１４】
発光層を励起するために紫外線を使用することによってさまざまな色の光を作り出すｐ型接触層において発光層を励起するＩｎＧａＮ量子井戸／量子ドットをさらに含む、請求項７に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造。
【請求項１５】
ＬＥＤチップがさまざまな色の光を励起するために蛍光ゲルのさまざまな色を合わせる紫外線ＬＥＤチップであることを特徴とする、請求項７に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造。
【請求項１６】
ＬＥＤチップが白色光を励起するために蛍光ゲルの黄色光を合わせる青色光ＬＥＤチップであることを特徴とする、請求項７に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造。
【請求項１７】
ＬＥＤチップが赤色光を励起するために蛍光ゲルの赤色光を合わせる青色光ＬＥＤチップであることを特徴とする、請求項７に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造。
【請求項１８】
ＬＥＤチップが緑色光を励起するために蛍光ゲルの緑色光を合わせる青色光ＬＥＤチップであることを特徴とする、請求項７に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、特に波長が３００ｎｍから３８０ｎｍの光を放出し、励起した紫外線を使用して可視光を励起および形成する発光ダイオード及びその構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は半導体による発光装置である。発光ダイオードは、発光するために極めて少ない電流ですむため、発光するフィラメントを加熱するために多くの電流を要する従来の白熱灯とは異なる。点灯するための発光ダイオードのコンセプトとなるのは、半導体材料の正孔を組み合わせる仕組みである。この仕組みにより、エネルギーが放出される間、発光する。ＬＥＤには例えば小型、耐久性、低い駆動電圧、少ない消費電力、高い応答速度、すぐれた衝撃抵抗およびすぐれた単色性といった幾つかの利点があり、エレクトロニクス、電子情報基板および発光装置としての通信装置に適している。ＬＥＤチッププロセスのデザインおよび制御により、幾つかの単色光を得ることができる。
【０００３】
省力化するＬＥＤの特性により、何らかの用途において電球を交換するのに使用可能となることが今後期待されている。しかしながら白色光ＬＥＤの価格および光度は普及の要件を現在満たしてなく、白色光ＬＥＤはＬＥＤ産業において長期間にわたる主要な研究となっている。現在白色光を放出するのに使用しているＬＥＤ製品のほとんどは光混合法を使用している。この方法では、黄色蛍光材料を励起する青色光ＬＥＤを使用することによって黄色光が作り出され、青色光ＬＥＤから青色光が得られ、その後これら２つの光を混合する。青色光ＬＥＤの光度の改善とともに、白色光ＬＥＤ製品の応用範囲はますます広範になっている。
【０００４】
高光度ＬＥＤの開発、特に青緑色ＬＥＤの開発の成功は、ＬＥＤ産業を活性化させている。光度の効率は日に日に改善されている。得られた光度は様々な燭光にまで達し、増大している。青色光ＬＥＤの光度が高くなっているので、混合することにより発光する白色光ＬＥＤ製品の応用範囲は市場において大きくなっている。しかし青色光と黄色光を混合することによって白色光を作り出すため、白色の色合いを制御することは難しい。作り出された白色光は僅かな緑色との白混合または黄色との白混合となる。すなわち、白色光は非均一の色温度を有する。
【０００５】
現在、白色光ＬＥＤの商品化に成功した製品は、日本の日亜化学工業（Company NICHIA）によって開発されている。装置については図１で図示している。図では、装置には４６０ｎｍの波長を放出している青色光ＬＥＤ１０にコーティングされたイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）層２０が含まれる。この装置は、青色光の補光である５５５ｎｍの黄色光を作り出すイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）層を励起するために青色光ＬＥＤから作り出された光を使用している。次に、白色光が得られるように青色光と黄色光を混合するためにレンズを使用する。この方法によって作り出される白色光ＬＥＤは費用がかからず、回路設計がかなり容易である。
【０００６】
しかし、日亜化学工業（NICHIA Company）が上述したプロセスについての特許を所有しており、従って多くの企業は現在３波長の光の開発に重点を置いている。青色、緑色および赤色の蛍光材料を励起する無機的な紫外発光チップによって作られる紫外線を使用することにより、３波長の光が作り出される。３波長の光の割合を慎重に調整すれば、混合された光は白色光となる。
【０００７】
実際に、上述した技術による紫外発光チップによって作り出される光は純粋な紫外線ではない。ＬＥＤチップにより放出される光の波長が４００ｎｍから４７０ｎｍの間である限り、ＬＥＤチップは紫外発光チップと見なすことが可能である、と研究者らは考えている。しかしながら、３８０ｎｍより長い波長の光は人間の眼で見ることができ、従ってこの光は励起すると考えられる光を妨げるため、純粋な白色光を利用することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の一つの目的は、上述の理由に基づいて、アルミニウム原子をＩｎＧａＮ発光ダイオードの全層に追加することにより、波長が３００ｎｍから３８０ｎｍの紫外線を放出する発光ダイオード（ＬＥＤ）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、公知の発光ダイオードは、基板、核形成層、緩衝層、ｎ型接触層、ｎ型カバー層、発光層、ｐ型緩衝層、ｐ型カバー層およびｐ型接触層を備える。
【００１０】
基板はエピタキシーに適した材料によって構成される。核形成層は基板上に形成され、結晶格子の不適合を防止するためのＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦１である。
【００１１】
緩衝層は核形成層上に形成される。緩衝層はｕｄ−ＡｌxＧａ1-xＮまたはｎ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成でき、この時０≦ｘ≦０．３である。ｎ型接触層は緩衝層上に形成され、ｎ型電極に電気的に接続する。ｎ型接触層はｎ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３である。
【００１２】
ｎ型カバー層はｎ型接触層上に形成される。ｎ型カバー層はｎ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成でき、この時０≦ｘ≦０．３である。発光層はｎ型カバー層上に形成され、ＬＥＤにおいて発光するのに使用される。発光層はＩｎyＡｌxＧａ1-x―yＮ／ＩｎyＡｌxＧａ1-x―yＮ量子井戸／量子ドット構造にすることができ、この時０≦ｘ≦０．３、０≦ｙ≦０．２である。
【００１３】
ｐ型障壁層は、担体が溢れ出るのを防止するための発光層上に形成される。ｐ型障壁層はｐ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成でき、この時０≦ｘ≦０．４である。ｐ型カバー層は担体を閉じ込めるためのｐ型障壁層上に形成され、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成でき、この時０≦ｘ≦０．３である。ｐ型接触層はｐ型カバー層上に形成され、ｐ型電極に電気的に接続する。ｐ型接触層はｐ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成でき、この時０≦ｘ≦０．１５である。
【００１４】
適切な順方向バイアス電圧をｎ型電極およびｐ型電極に印加する場合、発光層は励起され、３００ｎｍから３８０ｎｍの紫外線を放出する。
【００１５】
本願の第１発明は、適切な順方向バイアス電圧をｎ型電極およびｐ型電極に適用する場合、発光層は励起して波長が３００ｎｍから３８０ｎｍの紫外線を放出することを特徴とする、発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、基板と、基板上に形成され、結晶格子の不適合を防止するためのＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦１である核形成層と、核形成層上に形成される緩衝層と、緩衝層上に形成され、ｎ型電極に電気的に接続するｎ型接触層で、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３であるｎ型接触層と、ｎ型接触層上に形成され、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３であるｎ型カバー層と、ｎ型カバー層上に形成される発光層と、担体が溢れ出るのを防止するための発光層上に形成され、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．４であるｐ型障壁層と、担体を閉じ込めるためのｐ型障壁層上に形成され、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３であるｐ型カバー層と、ｐ型カバー層上に形成され、ｐ型電極に電気的に接続するｐ型接触層で、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．１５であるｐ型接触層と、を備える、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【００１６】
本願の第２発明は、  発光層がＩｎyＡｌxＧａ1-x―yＮ／ＩｎyＡｌxＧａ1-x―yＮ量子井戸／ＩｎyＡｌxＧａ1-x―yＮ／ＩｎyＡｌxＧａ1-x―yＮ量子ドット構造によって構成される一つのグループから選択され、この時０≦ｘ≦０．３、０≦ｙ≦０．２であることを特徴とする、本願の第１発明に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【００１７】
本願の第３発明は、基板がＡｌ2Ｏ3基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＡＩＮ基板、ＡｌａＮ基板、およびＺｎＯ基板によって構成される一つのグループから選択されることを特徴とする、本願の第２発明に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【００１８】
本願の第４発明は、緩衝層がｕｄ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３であることを特徴とする、本願の第１発明に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【００１９】
本願の第５発明は、緩衝層がｎ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３であることを特徴とする、本願の第１発明に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【００２０】
本願の第６発明は、発光層を励起するために紫外線を使用することによってさまざまな色の光を作り出すｐ型接触層において、発光層を励起するＩｎＧａＮ量子井戸／量子ドットをさらに含む、本願の第１発明に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【００２１】
本願の第７発明は、可視光ＬＥＤを励起するために、発光ダイオード（ＬＥＤ）からの紫外線を使用する構造で、第１の基板と、一方の放出面から光を放出するための基板上に配置される少なくとも一つのＬＥＤチップと、を備え、適切な順方向バイアス電圧をｎ型電極およびｐ型電極に印加する場合、発光層が励起して３００ｎｍから３８０ｎｍの波長を有する紫外線を放出することを特徴とし、第２の基板と、第２の基板上に形成され、結晶格子の不適合を防止するためのＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦１である核形成層と、核形成層上に形成される緩衝層と、緩衝層上に形成され、ｎ型電極に電気的に接続するｎ型接触層で、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３であるｎ型接触層と、ｎ型接触層上に形成され、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３であるｎ型カバー層と、ｎ型カバー層上に形成される発光層と、担体が溢れ出るのを防止するための発光層上に形成され、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．４であるｐ型障壁層と、担体を閉じ込めるためのｐ型障壁層上に形成され、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３であるｐ型カバー層と、ｐ型カバー層上に形成され、ｐ型電極に電気的に接続するｐ型接触層で、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．１５であるｐ型接触層と、を備え、ＬＥＤチップから作り出された光が蛍光ゲルを透過する場合、光は蛍光を作り出すための蛍光材料を励起することを特徴とする、蛍光材料およびエポキシによって構成され、周囲をコーティングしている蛍光ゲルおよびＬＥＤチップから作り出された光が蛍光ゲルを透過する場合、光は蛍光を作り出すための蛍光材料を励起し、全反射シートは再現可能で多方面にわたる反射を作り出す蛍光ゲルにある光を閉じ込め、光を変換する効率を改善することを特徴とする、蛍光ゲルの反対側にある第１の基板の一方の側に配置される全反射シートを備える、発光ダイオード（ＬＥＤ）から可視光ＬＥＤを励起するために、紫外線を使用する、発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造である。
【００２２】
本願の第７発明は、紫外線を全反射して可視光により透過されるフォトクリスタルコーティングフィルムをさらに含む、本願の第７発明に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造である。
【００２３】
本願の第８発明は、紫外線を全反射して可視光により透過される光反射フィルムをさらに含む、本願の第７発明に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造である。
【００２４】
本願の第９発明は、発光層がＩｎyＡｌxＧａ1-x―yＮ／ＩｎyＡｌxＧａ1-x―yＮ量子井戸／ＩｎyＡｌxＧａ1-x―yＮ／ＩｎyＡｌxＧａ1-x―yＮ量子ドット構造によって構成される一つのグループから選択され、この時０≦ｘ≦０．３、０≦ｙ≦０．２であることを特徴とする、本願の第７発明に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造である。
【００２５】
本願の第１０発明は、基板がＡｌ2Ｏ3基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、ＡｌＧａＮ基板、およびＺｎＯ基板によって構成される一つのグループから選択されることを特徴とする、本願の第７発明に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造である。
【００２６】
本願の第１１発明は、緩衝層がｕｄ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３であることを特徴とする、本願の第７発明に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造である。
【００２７】
本願の第１２発明は、緩衝層がｎ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３であることを特徴とする、本願の第７発明に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造である。
【００２８】
本願の第１３発明は、発光層を励起するために紫外線を使用することによってさまざまな色の光を作り出すｐ型接触層において発光層を励起するＩｎＧａＮ量子井戸／量子ドットをさらに含む、本願の第７発明に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造。
【００２９】
本願の第１４発明は、ＬＥＤチップがさまざまな色の光を励起するために蛍光ゲルのさまざまな色を合わせる紫外線ＬＥＤチップであることを特徴とする、本願の第７発明に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造である。
【００３０】
本願の第１５発明は、ＬＥＤチップが白色光を励起するために蛍光ゲルの黄色光を合わせる青色光ＬＥＤチップであることを特徴とする、本願の第７発明に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造である。
【００３１】
本願の第１６発明は、ＬＥＤチップが赤色光を励起するために蛍光ゲルの赤色光を合わせる青色光ＬＥＤチップであることを特徴とする、本願の第７発明に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造である。
【００３２】
本願の第１７発明は、ＬＥＤチップが緑色光を励起するために蛍光ゲルの緑色光を合わせる青色光ＬＥＤチップであることを特徴とする、本願の第７発明に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造である。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によって、アルミニウム原子をＩｎＧａＮ発光ダイオードの全層に追加することにより、波長が３００ｎｍから３８０ｎｍの紫外線を放出する発光ダイオード（ＬＥＤ）を提供することができ、さまざまな色（波長）の光を放出するために、このＬＥＤは蛍光材料層または量子井戸／量子ドット構造のさまざまな色と合わせることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
下記説明部分及び略図は、本発明を説明するものであって、制限するものではない。本発明のその他の具体的な例は、当業者がこの説明部分を読めば分かるはずである。
【実施例】
【００３５】
本発明に基づく発光ダイオードの図である、図２を参照すること。エネルギーギャップおよび担体注入の効果を高めるために、ＩｎＧａＮ発光ダイオードの全層にアルミニウム素子が加えられる。他方では、アルミニウム素子は光吸収効果を防止することができる。３００ｎｍから３８０ｎｍの紫外線を作り出すために、アルミニウム素子の量を調整することが可能である。この領域の波長の紫外線は人間の眼で見ることはできない。
【００３６】
３００ｎｍから３８０ｎｍのＬＥＤが不十分である場合（すなわち、励起すると予想されるＬＥＤが影響されない色）、放出される色を人間は見ることができないため、ＬＥＤは蛍光材料をさまざまな波長によって配置するか、またはさまざまな色（波長）の光を作り出すために量子井戸／量子ドット構造を最上層に有することができる。
【００３７】
本発明に基づく発光ダイオードは、基板３０、核形成層４０、緩衝層５０、ｎ型接触層６０、ｎ型カバー層７０、発光層８０、ｐ型障壁層９０、ｐ型カバー層１００およびｐ型接触層１１０を備える。
【００３８】
選択された基板１００はエピタキシーに適している必要がある。例えば、この基板はサファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＡＩＮ基板、ＡＩＧａＮ基板、およびＺｎＯ基板とすることができる。
【００３９】
核形成層４０は基板３０上に形成され、結晶格子の不適合を防止するＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦１である。
【００４０】
緩衝層５０は核形成層４０上に形成される。緩衝層はｕｄ−ＡｌxＧａ1-xＮまたはｎ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３である。
【００４１】
ｎ型接触層６０は緩衝層５０上に形成され、その上に配置されるｎ型電極に電気的に接続する。ｎ型接触層６０はｎ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３である。
【００４２】
ｎ型カバー層７０は担体を閉じ込めるためのｎ型接触層６０上に形成される。ｎ型カバー層はｎ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３である。
【００４３】
発光層８０はｎ型カバー層７０上に形成され、ＬＥＤにおいて発光するのに使用する。発光層はＩｎyＡｌxＧａ1-x―yＮ／ＩｎyＡｌxＧａ1-x―yＮ量子井戸／量子ドット構造とすることができ、この時０≦ｘ≦０．３、０≦ｙ≦０．２である。
【００４４】
ｐ型障壁層９０は、担体が溢れ出るのを防止するための発光層８０上に形成される。ｐ型障壁層９０はｐ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．４である。
【００４５】
ｐ型カバー層１００は担体を閉じ込めるためのｐ型障壁層９０上に形成され、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．３である。
【００４６】
ｐ型接触層１１０はｐ型カバー層１００上に形成され、その上にはｐ型電極１１１がある。ｐ型接触層１１０はｐ−ＡｌxＧａ1-xＮによって構成され、この時０≦ｘ≦０．１５である。
【００４７】
適切な順方向バイアス電圧をｎ型電極６１およびｐ型電極１１１に印加する場合、ルミネセントはエピタキシー構造を通じて励起され、３００ｎｍから３８０ｎｍの紫外線を放出する。
【００４８】
本発明に基づくＬＥＤを使用するＬＥＤランプのエレクトロルミネセンスの周波数スペクトルを示す、図３を参照すること。図面によれば、ＬＥＤから放出される光の波長はおよそ２００ｎｍから４００ｎｍであり、主な波長はおよそ３６９．７３ｎｍである。
【００４９】
人間の色覚について、この３００ｎｍから３８０ｎｍの紫外線は何も影響しない。しかしながらこのＬＥＤは蛍光材料をさまざまな波長と合わせて使用する、またはさまざまな色（波長）の光で異なるＬＥＤを作り出すために量子井戸／量子ドット構造を最上層に有することができる。
【００５０】
本発明に基づくＬＥＤにおいて発光層１２０を励起する赤色／緑色／青色およびＩｎＧａＮ量子井戸／量子ドットを含む装置を示す、図４を参照すること。発光層１２０を励起する赤色／緑色／青色およびＩｎＧａＮ量子井戸／量子ドットは、青色光、赤色光および緑色光を作り出すために下位のＬＥＤから作られる紫外線によって励起され、３つの励起した光を混合した後に白色光が形成されるようにする。
【００５１】
一つの装置の同じチップおよび同じ量子井戸／量子ドット発光層から青色光、赤色光および緑色光が作られるため、３つの独立したＬＥＤを使用する従来の光源に比べてより優れた色度を有する。発光層を励起するこの量子井戸／量子ドットが、さまざまな色（波長）のＬＥＤ用に単色光の波長を作り出すあらゆる種類の量子井戸／量子ドット構造となり得ることを認識しなければならない。
【００５２】
本発明に基づいてＬＥＤから作られる紫外線によって、可視光を作り出すために励起される構造を示す、図５を参照すること。
【００５３】
ＬＥＤは、基板１３０、ＬＥＤチップ１４０、蛍光ゲル１５０および全反射シート１６０を備える。
【００５４】
ＬＥＤは、基板１３０上に形成される全反射フィルム１３１をさらに備える。全反射フィルム１３１は、紫外線を全反射して可視光により透過されることが可能となる光反射フィルムまたはフォトクリスタルコーティングフィルムである。基板１３０の形状は椀型に限られ、すなわちＬＥＤチップ１４０は要求に応じてさまざまな種類の基板に適用することができる。
【００５５】
ＬＥＤチップ１４０は基盤１３０上に配置され、３００ｎｍから３８０ｎｍの波長光を放出するためのＩｎＧａＮ発光ダイオードの各フィルムにアルミニウム素子を加える。紫外線を放出するために印加した電流によって、このＬＥＤチップ１４０は駆動することができ、励起するための光源に蛍光ゲル１５０を供給する。
【００５６】
ＬＥＤチップ１４０の周囲は蛍光を作り出すための蛍光ゲル１５０によってコーティングされる。蛍光ゲル１５０は蛍光材料およびエポキシによって構成される。ＬＥＤチップ１４０によって作られる紫外線が蛍光ゲル１５０を透過する場合、蛍光材料は励起され、蛍光である第２の可視光を放出する。
【００５７】
ＬＥＤに使用する蛍光材料が放出する可視光のスペクトルは、ＬＥＤチップの光の波長に基づいて決定するということを認識しなければならない。さまざまなＬＥＤチップには、蛍光を作り出すために光の波長に対応するさまざまな蛍光材料が必要となる。
【００５８】
使用するＬＥＤチップ１４０は、紫外線ＬＥＤチップである。使用者は、例えば赤色、黄色、緑色および白色といったさまざまな色の光を放出するチップ１４０に合わせてさまざまな色の蛍光ゲル１５０を使用することができる。さらに黄色、緑色、赤色の蛍光ゲルに合う青色のＬＥＤを使用する場合、白色、緑色、赤色およびその他の色の光をそれぞれ作り出すことも可能である。
【００５９】
蛍光ゲルの外側にある全反射シート１６０が紫外線を完全に反射することが可能であるため、紫外線は蛍光ゲル１５０に閉じ込められ、再現可能で多方面にわたる反射を作り出し、ファブリ・ペロー共鳴腔構造の効果に類似している。共鳴腔における紫外線の多重反射により、紫外線が大部分の蛍光ゲルを励起し、紫外線のエネルギーを使い果たし、さらに光を作り出す。全反射シート１６０は、光フィルムコーティングプロセスまたはフォトクリスタルコーティングプロセスによって作ることができる。
【００６０】
さらに蛍光の特定の可視波長のデザインにより、色温度および光度を制御するために全反射シート１６０を透過する光量は制御される。
【００６１】
図４で示したＬＥＤ構造が図５で示した構造上に配置されていることを示す、図６を参照すること。従って蛍光ゲル１５０はもはや必要ではない。ＩｎＧａＮ量子井戸／量子ドット発光構造の構成を調整することによってＬＥＤのさまざまな色（波長）が形成される。
【００６２】
赤色光用、緑色光用、青色光および白色光用の発光周波数スペクトルを示す、図７乃至図１０を参照すること。赤色光蛍光ゲル、緑色光蛍光ゲル、青色光蛍光ゲルおよび赤色／緑色／青色混合蛍光ゲルをそれぞれ励起するために本発明に基づいて作り出された紫外線を使用することによって作り出される。従って実際に本発明に基づくＬＥＤおよび蛍光材料の該当する色（波長）を使用することによって、さまざまな色の光を別々に励起し、形成することが可能となる。
【００６３】
本発明について詳細な実施例を用いて説明しているが、こうした説明について限定的に解釈することを意味しているのではない。代替実施形態だけではなく、開示された実施形態の各種の変型については、当業者には明らかである。従って添付の請求項は、本発明の範囲に含まれるすべての変型を対象とすることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】従来の白色光ＬＥＤを示す図である。
【図２】本発明に基づくＬＥＤを示す図である。
【図３】本発明に基づくＬＥＤを使用したＬＥＤランプのエレクトロルミネセンススペクトルについて示す図である。
【図４】本発明に基づくＬＥＤにおいて発光層を励起するＲ／Ｇ／ＢおよびＩｎＧａＮ量子井戸／量子ドットを配置する構造を示す図である。
【図５】可視光ＬＥＤを励起するために本発明に基づくＬＥＤの紫外線を使用する構造を示す図である。
【図６】図４で示したＬＥＤが、図５で示したＬＥＤに配置される構造を示す図である。
【図７】発光周波数スペクトルを示す図である。
【図８】発光周波数スペクトルを示す図である。
【図９】発光周波数スペクトルを示す図である。
【図１０】発光周波数スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
３０  基板
４０  核形成層
５０  緩衝層
６０  ｎ型接触層
６１  ｎ型電極
７０  ｎ型カバー層
８０  発光層
９０  ｐ型障壁層
１００  ｐ型カバー層
１１０  ｐ型接触層
１１１  ｐ型電極
１２０  発光層
１３０  基板
１３１  全反射フィルム
１４０  ＬＥＤチップ
１５０  蛍光ゲル
１６０  全反射シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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