(57)【要約】【課題】  多孔質発光層を有する発光素子を提供すること。【解決手段】  基板、  第１導電クラッド層、  第２導電クラッド層、ならびに  第１導電クラッド層と第２導電クラッド層の間に形成された少なくとも１つの多孔質発光層、ここで該多孔質発光層は上側障壁層、下側障壁層およびキャリアトラップ層を有し、該キャリアトラップ層は該上側障壁層と該下側障壁層の間に位置し、該キャリアトラップ層は複数の谷形状構造を画定するための複数の山形構造を有し、該キャリアトラップ層はインジウム含有窒化物構造であり、該キャリアトラップ層のエネルギーバンドギャップが、該上側障壁層および該下側障壁層のものよりも小さい、を含んでなる、多孔質発光層を有する発光素子。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、
第１導電クラッド層、
第２導電クラッド層、ならびに
第１導電クラッド層と第２導電クラッド層の間に形成された少なくとも１つの多孔質発光層、ここで該多孔質発光層は上側障壁層、下側障壁層およびキャリアトラップ層を有し、該キャリアトラップ層は該上側障壁層と該下側障壁層の間に位置し、該キャリアトラップ層は複数の谷形状構造を画定するための複数の山形構造を有し、該キャリアトラップ層はインジウム含有窒化物構造であり、該キャリアトラップ層のエネルギーバンドギャップが、該上側障壁層および該下側障壁層のものよりも小さい、
を含んでなる、多孔質発光層を有する発光素子。
【請求項２】
キャリアトラップ層が、Al(1-x-y)InyGaxN（式中、xが０以上であり、ｙが０よりも大きく、（１−ｘ−ｙ）が０以上である）として表され得る窒化アルミニウムインジウムガリウム構造である、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
下側障壁層および上側障壁層がどちらも、Al(1-x-y)InyGaxN（式中、xが０よりも大きく、ｙが０以上であり、（１−ｘ−ｙ）が０以上である）として表され得る窒化アルミニウムインジウムガリウム構造である、請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
多孔質発光層が、０〜５×１０１７/ｃｍ３の間の含有量となる所定の濃度の不純物によってドープされる、請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
それぞれの谷形状構造の底と下側障壁層の間の距離が、０以上２０×１０−１０メートル以下の範囲であり、それぞれの谷形状構造の放射方向の長さが、５×１０−９〜１０００×１０−９メートルの間である、請求項１に記載の発光素子。
【請求項６】
多孔質発光層の密度が５％〜７５％の間であり、これがすべての谷形状構造の放射方向の長さの合計の多孔質発光層の放射方向の長さに対する割合である、請求項５に記載の発光素子。
【請求項７】
基板、
Ｎ型導電クラッド層、
Ｐ型導電クラッド層、ならびに
該Ｎ型導電クラッド層と該Ｐ型導電クラッド層の間に形成され、第１波長を有する少なくとも１つの多孔質発光層および第２波長を有する少なくとも１つの発光層、ここで第１波長を有する該多孔質発光層は該Ｐ型導電クラッド層に隣接し、該第１波長は該第２波長とは異なり、該第１波長を有する該多孔質発光層は上側障壁層、下側障壁層およびキャリアトラップ層を有し、該キャリアトラップ層は該上側障壁層と該下側障壁層の間に位置し、該キャリアトラップ層は複数の谷形状構造を画定するための複数の山形構造を有し、該キャリアトラップ層はインジウム含有窒化物構造であり、該キャリアトラップ層のエネルギーバンドギャップは該上側障壁層および該下側障壁層のものよりも小さい、
を含んでなる、多孔質発光層を有する発光素子。
【請求項８】
Ｎ型導電クラッド層とＰ型導電クラッド層の間に形成される複数の多孔質発光層をさらに備える、（該多孔質発光層は第１波長および第２波長とは異なる複数の発光波長を有する）、請求項７に記載の発光素子。
【請求項９】
キャリアトラップ層が、Al(1-x-y)InyGaxN（式中、xが０以上であり、ｙが０よりも大きく、（１−ｘ−ｙ）が０以上である）として表され得る窒化アルミニウムインジウムガリウム構造である、請求項７に記載の発光素子。
【請求項１０】
下側障壁層および上側障壁層がどちらも、Al(1-x-y)InyGaxN（式中、xが０よりも大きく、ｙが０以上であり、（１−ｘ−ｙ）が０以上である）として表され得る窒化アルミニウムインジウムガリウム構造である、請求項７に記載の発光素子。
【請求項１１】
多孔質発光層が、０〜５×１０１７/ｃｍ３の間の含有量となる所定の濃度の不純物によってドープされる、請求項７に記載の発光素子。
【請求項１２】
それぞれの谷形状構造の底と下側障壁層の間の距離が、０以上２０×１０−１０メートル以下の範囲であり、それぞれの谷形状構造の放射方向の長さが、５×１０−９〜１０００×１０−９メートルの間である、請求項７に記載の発光素子。
【請求項１３】
多孔質発光層の密度が５％〜７５％の間であり、これがすべての谷形状構造の放射方向の長さの合計の多孔質発光層放射方向の長さに対する割合である、請求項１２に記載の発光素子。
【請求項１４】
第２波長を有する発光層が、該第２波長を有する多孔質発光層である、請求項１３に記載の発光素子。
【請求項１５】
第１波長を有する多孔質発光層が第１密度を有し、第２波長を有する多孔質発光層が第２密度を有する、第１密度が第２密度よりも大きい、請求項１４に記載の発光素子。
【請求項１６】
第１波長が第２波長よりも小さい、請求項１４に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は発光素子、特に多孔質発光層を有する発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の記載
近年、発光ダイオードの価格がますます安くなっているので、薄い、軽い、短いおよび小さい、省電力、ならびに多演色化の様な発光ダイオードの特性を利用する様々な応用製品が、電子機器装飾品、自動車計器板、公共装飾ランプ、様々な室内指示灯、電飾看板等のための様々な補助背面光のようなものにおいて、ますます普及している。未来に目を向けると、全ての既存の発光素子が、固体発光ダイオードに取って代わられるのも夢ではない。
【０００３】
発光ダイオードの開発の歴史を振り返ると、最も初期の発光層構造は、単純ＰＮ接合であるが、電子と正孔が再結合する機会はそれほど多くないので、効率性は乏しい。不均一界面を有する量子井戸構造を備える発光構造を製造するための、量子技術またはエネルギーバンドギャップ技術の利用の仕方が知られるようになったので、発光ダイオードの発光効率は、このようにして大いに改良される。
【０００４】
図１を参照すると、従来の量子井戸発光層１０は量子井戸構造１２、第１障壁層１１および第２障壁層（示されていない）を有する。第１障壁層１１は量子井戸構造１２の下に位置し、第２障壁層は量子井戸構造１２の上に位置する。限られた厚さの範囲で増大した低エネルギーバンドギャップ材料（量子井戸構造１２）を利用するために、量子井戸発光層１０は、より高いエネルギーバンドギャップ材料を有する上側および下側層（第１障壁層１１および第２障壁層）を備える。エネルギーバンドギャップから考えて、この構造は一次元空間でキャリアトラップを提供し、よってキャリアは、低エネルギーバンドギャップを有する量子井戸構造の中に、効率的に捕捉され得る。
【０００５】
しかしながら、不都合な所は、ほとんどのキャリアは捕獲され得、よって逃すことなく、この量子井戸中に捕捉され得るが、このキャリアはまだ二次元空間を移動する能力を備えており、従って、量子井戸の性能が限定されるという結果になることであり、駆動電圧がさらに減少し得ず、静電気防止能力を効果的に高められず、発光効率が、該量子井戸の限定キャリア再結合効率によって限定され得るという不都合点が挙げられる。また、発光ダイオードは、今や広く入手できる商業製品になったが、市販の発光ダイオードはいまだにワンチップ（single chip）および単一波長の特性に限られている。
【０００６】
従って、上記の問題を解決するために、革新的および進歩的な発光素子を提供する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、多孔質発光層を有する発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
具体的には、本発明の要旨は以下の通りである。
【０００９】
[１]  基板、
第１導電クラッド層、
第２導電クラッド層、ならびに
第１導電クラッド層と第２導電クラッド層の間に形成された少なくとも１つの多孔質発光層、ここで該多孔質発光層は上側障壁層、下側障壁層およびキャリアトラップ層を有し、該キャリアトラップ層は該上側障壁層と該下側障壁層の間に位置し、該キャリアトラップ層は複数の谷形状構造を画定するための複数の山形構造を有し、該キャリアトラップ層はインジウム含有窒化物構造であり、該キャリアトラップ層のエネルギーバンドギャップが、該上側障壁層および該下側障壁層のものよりも小さい、
を含んでなる、多孔質発光層を有する発光素子、
[２]  キャリアトラップ層が、Al(1-x-y)InyGaxN（式中、xが０以上であり、ｙが０よりも大きく、（１−ｘ−ｙ）が０以上である）として表され得る窒化アルミニウムインジウムガリウム構造である、[１]に記載の発光素子、
[３]  下側障壁層および上側障壁層がどちらも、Al(1-x-y)InyGaxN（式中、xが０よりも大きく、ｙが０以上であり、（１−ｘ−ｙ）が０以上である）として表され得る窒化アルミニウムインジウムガリウム構造である、[１]に記載の発光素子、
[４]  多孔質発光層が、０〜５×１０１７/ｃｍ３の間の含有量となる所定の濃度の不純物によってドープされている、[１]に記載の発光素子、
[５]  それぞれの谷形状構造の底と下側障壁層の間の距離が、０以上２０×１０−１０メートル以下の範囲であり、それぞれの谷形状構造の放射方向の長さ(radial length)が、５×１０−９〜１０００×１０−９メートルの間である、[１]に記載の発光素子、
[６]  多孔質発光層の密度が５％〜７５％の間であり、これがすべての谷形状構造の放射方向の長さの合計の多孔質発光層の放射方向の長さに対する割合である、[５]に記載の発光素子、
[７]  基板、
Ｎ型導電クラッド層、
Ｐ型導電クラッド層、ならびに
該Ｎ型導電クラッド層と該Ｐ型導電クラッド層の間に形成され、第１波長を有する少なくとも１つの多孔質発光層および第２波長を有する少なくとも１つの発光層、ここで第１波長を有する該多孔質発光層は該Ｐ型導電クラッド層に隣接し、該第１波長は該第２波長とは異なり、該第１波長を有する該多孔質発光層は上側障壁層、下側障壁層およびキャリアトラップ層を有し、該キャリアトラップ層は該上側障壁層と該下側障壁層の間に位置し、該キャリアトラップ層は複数の谷形状構造を画定するための複数の山形構造を有し、該キャリアトラップ層はインジウム含有窒化物構造であり、該キャリアトラップ層のエネルギーバンドギャップは該上側障壁層および該下側障壁層のものよりも小さい、
を含んでなる、多孔質発光層を有する発光素子、
[８]  Ｎ型導電クラッド層とＰ型導電クラッド層の間に形成される複数の多孔質発光層をさらに備える（該多孔質発光層は第１波長および第２波長とは異なる複数の発光波長を有する）、[７]に記載の発光素子、
[９]  キャリアトラップ層が、Al(1-x-y)InyGaxN（式中、xが０以上であり、ｙが０よりも大きく、（１−ｘ−ｙ）が０以上である）として表され得る窒化アルミニウムインジウムガリウム構造である、[７]に記載の発光素子、
[１０]  下側障壁層および上側障壁層がどちらも、Al(1-x-y)InyGaxN（式中、xが０よりも大きく、ｙが０以上であり、（１−ｘ−ｙ）が０以上である）として表され得る窒化アルミニウムインジウムガリウム構造である、[７]に記載の発光素子、
[１１]  多孔質発光層が、０〜５×１０１７/ｃｍ３の間の含有量となる所定の濃度の不純物によってドープされる、[７]に記載の発光素子、
[１２]  それぞれの谷形状構造の底と下側障壁層の間の距離が、０以上２０×１０−１０メートル以下の範囲であり、それぞれの谷形状構造の放射方向の長さが、５×１０−９〜１０００×１０−９メートルの間である、[７]に記載の発光素子、
[１３]  多孔質発光層の密度が５％〜７５％の間であり、これがすべての谷形状構造の放射方向の長さの合計の多孔質発光層の放射方向長さに対する割合である、[１２]に記載の発光素子、
[１４]  第２波長を有する発光層が、該第２波長を有する多孔質発光層である、[１３]に記載の発光素子、
[１５]  第１波長を有する多孔質発光層が第１密度を有し、第２波長を有する多孔質発光層が第２密度を有する、第１密度が第２密度よりも大きい、[１４]に記載の発光素子、ならびに
[１６]  第１波長が第２波長よりも小さい、[１４]に記載の発光素子。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、多孔質発光層を有する発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
発明の要旨
本発明の目的は、多孔質発光層を有する発光素子を提供することである。発光素子は、基板、第１導電クラッド層、第２導電クラッド層および少なくとも１つの多孔質発光層を備える。該多孔質発光層は、第１導電クラッド層と第２導電クラッド層の間に形成され、上側障壁層、下側障壁層およびキャリアトラップ層を有する。該上側障壁層と該下側障壁層の間に位置する該キャリアトラップ層は、複数の谷型形状構造を画定するための複数の山形構造を有し、インジウム含有窒化物構造であり、そのエネルギーバンドギャップは該上側障壁層および該下側障壁層のものよりも小さい。
【００１２】
本発明の発光素子を利用することによって該素子の駆動電圧は著しく減少し得るので、この発光構造は、駆動電圧に影響を与えずに発光層中のドーピング濃度を減少させるために使用され得、それによって好ましい結晶性構造を得ることが出来、よって静電気防止能力および素子信頼性を向上させることが出来る。
【００１３】
また、異なった波長を有する複数の多孔質発光層は、発光素子の性能を効率的に高めるために、また、高発光の利点、高信頼性、高い光混色調節性および低価格等の特性を有する、ワンチップの光混色素子を得るために、本発明の発光素子上で成長させ得る。また、本発明の多孔質発光層構造は、従来技術の発光素子が単一波長のみを発することが出来るという欠点を克服できる。本発明の発光素子は、高柔軟性光混色割合を有する効率的な素子を作り出すための、異なる発光振動数スペクトルを有する発光素子の組み合わせを得ることができる。
【００１４】
発明の詳細な説明
ＰＮ接合特質は、従来の量子井戸平面構造を使用することによって、さらに改良することは不可能であることが研究において発見された。従って、本発明は、発光ダイオードの特質を向上させるために、多孔質構造を有する発光層を開発する。発光素子の特性を向上させるために、従来の平面連続構造とは異なった構造を有する量子井戸発光層を作り出すことによって、発光素子を、多孔質発光層を有する構造に変換することが意図される。
【００１５】
図２および図３を参照すると、多孔質発光層構造３０は、キャリアトラップ層３１、下側障壁層３２および上側障壁層（示されていない）を含む。下側障壁層３２はキャリアトラップ層３１の下に位置し、上側障壁層はキャリアトラップ層３１の上に位置する。下側障壁層３２は、窒化ガリウム（ＧａＮ）などの、より高いエネルギーバンドギャップを有する材料であり、下側障壁層３２上で成長するキャリアトラップ層３１は、窒化インジウムガリウムなどの、より低いエネルギーバンドギャップ（キャリアトラップ層３２のエネルギーバンドギャップよりも低い）を有する材料である。成長温度、各ガス圧力等を制御することによって、キャリアトラップ層３１には、複数の谷形状構造３３１、３３２等を画定するための複数の山形構造３１１、３１２、３１３等が設けられる。例えば、谷形状構造３３１は、少なくとも２つの山形構造３１１、３１２の間に位置する。谷形状構造３３１、３３２の形は、多孔質構造である。キャリアトラップ層３１の複数の谷形状構造の多孔質配列を形成した後に、窒化ガリウム（ＧａＮ）などの、より高いエネルギーバンドギャップ（キャリアトラップ層３１のエネルギーバンドギャップよりも高い）を有する材料である上側障壁層はさらに成長し、キャリアトラップ層３１をクラッディングする。
【００１６】
図３を参照すると、それは本発明の多孔質発光層３０の概略的な断面図を示す。本発明の谷形状構造の底と下側障壁層３２の間の距離は、０以上２０×１０−１０メートル以下の範囲でなければならず、すなわち図３で示される、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６、Ｈ７は２０×１０−１０メートル未満でなければならず、その時凹型構造はちょうど、本発明の谷形状構造になる。もし、凹型構造の底と下側障壁層３２の間の距離が２０×１０−１０メートルよりも長ければ、例えば図３中のＨ８のように、凹型構造は本発明の谷形状構造ではない。上の制限に関し、谷形状構造が決定された後、１方向のそれぞれの放射方向の長さ（例えば、図３で示されるような、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７等、すなわちそれぞれの谷形状構造の放射方向の長さ）は、一般的に１０×１０−９〜１０００×１０−９メートルの間である。
【００１７】
好ましくは、本発明の多孔質発光層３０の密度（すべての谷形状構造の放射方向の長さの合計の多孔質発光層の放射方向の長さに対する割合）は５％〜７５％の間である。例えば、図３中のすべての谷形状構造の放射方向の長さの合計は、Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５＋Ｄ６＋Ｄ７の合計であり、多孔質発光層の放射方向の長さはＬである。そこで多孔質発光層の密度は、（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５＋Ｄ６＋Ｄ７）/Ｌである。
【００１８】
発光素子は、添付の図面を参照して、本発明の態様として下記に示される。図面中、同じもしくは似た部分は、同じもしくは似た要素の記号および名称と対応する。また、図面は単なる概要にすぎず、図面中の構造の寸法は、実際の構造寸法とは異なり得る。
【００１９】
図４を参照すると、それは、本発明の第１態様による多孔質発光層を有する発光素子５０の構造を示す。発光素子５０は基板４１、バッファ層４２、第１導電クラッド層４３、５つの多孔質発光層５１、５２、５３、５４および５５、ならびに第２導電クラッド層４４を含む。
【００２０】
発光素子(light emitting)５０はさらに外部電源と接続される２つの電極４５、４６をさらに含む。ここで、条件を満たす(implemented)好ましい材質は金（Ａｕ）である。バッファ層４２は、基板４１上に形成される。バッファ層４２上に形成される第１導電クラッド層４３は、電子を提供するＮ型クラッド層であり得る。多孔質発光層５５上に形成される第２導電クラッド層４４は、正孔を提供するＰ型クラッド層であり得る。第１導電クラッド層４３および第２導電クラッド層４４はどちらもAl(1-x-y)InyGaxNとして表すことができる窒化アルミニウムインジウムガリウム構造であり、バッファ層４２は窒化物構造である。低温窒化ガリウム核形成層が、まずサファイア基板４１で成長し、次に高温窒化シリコン層が低温窒化ガリウム核形成層上で成長し、そして高温窒化ガリウム層が、バッファ層を供に構成するために、この窒化シリコン層上で成長することが好ましい。
【００２１】
第１導電電極コンタクト層４７は、第１導電クラッド層４３および電極４５の間にある。好ましい態様では、クロム（Ｃｒ）金属層は、Ｎ型導電窒化ガリウムクラッド層４３上で、電極４５およびＮ型導電窒化ガリウム層４３のオーミックコンタクト層として蒸着される。第２導電電極コンタクト層４８は、第２導電クラッド層４４および電極４６の間にある。好ましい様態では、ＩＴＯ透明導電層が、Ｐ型導電窒化ガリウムクラッド層４４上で、電極４６およびＰ型導電窒化ガリウム層４４のオーミックコンタクト層として蒸着される。
【００２２】
５つの多孔質発光層５１、５２、５３、５４および５５は、順次第１導電クラッド層４３上に形成される。多孔質発光層５１を例として取り上げると、前記の多孔質発光層５１は、キャリアトラップ層５１１、下側障壁層５１５、および上側障壁層５１６を有する。キャリアトラップ層５１１は、複数の山形構造５１２、５１３等を有する。下側障壁層５１５は、山形構造５１２、５１３等の下に位置し、上側障壁層５１６は、山形構造５１２、５１３等の上に位置し、山形構造５１２、５１３等を覆う。下側障壁層５１５および上側障壁層５１６はどちらも、Al(1-x-y)InyGaxN（式中、ｘが０よりも大きく、ｙが０以上であり、（１−ｘ−ｙ）が０以上である）として表され得る窒化アルミニウムインジウムガリウム構造である。また、下側障壁層５１５および上側障壁層５１６の両方のエネルギーバンドギャップは、山形構造５１２、５１３等のものより大きくなければならない。
【００２３】
キャリアトラップ層５１１は、Al(1-x-y)InyGaxN（式中、ｘが０以上であり、ｙが０よりも大きく、（１−ｘ−ｙ）が０以上である）として表され得る窒化アルミニウムインジウムガリウム構造である。複数の谷形状構造５６１、５６２等は、山形構造５１２、５１３等の間に画定される。最後に谷形状構造５６１、５６２は上側障壁層５１６により覆われて充填される。谷形状構造５６１、５６２は、上記の図２および図３の寸法制限に一致しなければならず、多孔質発光層５１、５２、５３、５４、５５の密度は、好ましくは５％〜７５％の間である。
【００２４】
多孔質発光層５１は、所定の濃度の不純物でドープされる。好ましい態様では、多孔質発光層５１は、多孔質発光層５１のドープされるシリコン原子の数が５×１０１７/ｃｍ３未満で、シリコン不純物で活性ドープされる。より好ましい態様では、多孔質発光層５１が成長している時には、それは、シリコン原子では活性ドープされない。
【００２５】
本発明の第１態様による発光素子の構造を使用することによって、その素子の駆動電圧が著しく減少し得、よって発光素子の構造が、駆動電圧に影響を及ぼすこと無く発光層中のドーピング濃度を減少させるために使用され得、それによって好ましい結晶性構造を得、静電気防止能力および素子信頼性を向上させる。
【００２６】
図５を参照すると、それは、本発明の第２態様による多孔質発光層を有する発光素子６０を示す。図５では、第１態様の構造と同じ部分は、同じ要素の記号を表し、特に記載が無ければ、それらは同じ構造および機能を有する。
【００２７】
図５で示されるように、本発明の第２態様による発光素子６０は、Ｎ型導電クラッド層４３とＰ型導電クラッド層４４の間に位置し、シリコン（Ｓｉ）不純物によりドープされた５つの量子井戸発光層６１、６２等、第１波長を有する２つの多孔質発光層６３、６４等、および第２波長を有する２つの多孔質発光層６５、６６を含む。
【００２８】
シリコン（Ｓｉ）不純物によりドープされた５つの量子井戸発光層６１、６２等は、Ｎ型導電クラッド層４３上に順次形成される。量子井戸発光層６１を例として取り上げると、前記量子井戸発光層６１は、量子井戸構造６１１ならびに２つの障壁層６１２および６１３を有する。
【００２９】
第１波長を有する２つの多孔質発光層６３、６４は、シリコン（Ｓｉ）不純物によりドープされた量子井戸発光層６２の上に、順に存在する。第１波長を有する多孔質発光層６３を例として取り上げると、それは、キャリアトラップ層６３１、下側障壁層６３５、および上部障壁層６３６を有する。第１波長を有する多孔質発光層６３、６４は、本態様では、５７０ｎｍである第１波長を提供するために適用される。
【００３０】
第２波長を有する２つの多孔質発光層６５、６６は、第１波長を有する多孔質発光層６４上に、順に存在する。第２波長を有する多孔質発光層６５を例として取り上げると、それは、キャリアトラップ層６５１、下側障壁層６５５、および上部障壁層６５６を有する。第２波長を有する多孔質発光層６５、６６は、本態様では、４６７ｎｍである第２波長を提供するために適用される。第２波長は、第１波長とは異なる。
【００３１】
多孔質発光層６３、６４、６５、６６は、所定の濃度の不純物でドープされている。好ましい態様では、多孔質発光層はシリコン（Ｓｉ）不純物で活性ドープされ、該多孔質発光層のドープされるシリコン原子の数が５×１０１７/ｃｍ３未満である。より好ましい実施では、多孔質発光層が成長している時には、それらは、シリコン（Ｓｉ）原子では活性ドープされない。また、多孔質発光層６３、６４、６５、６６の構造は、図２および図３で説明されるので、ここでは詳細に説明しない。
【００３２】
先行技術では、通常、発光層の発光波長をより長くするために、発光層が高インジウム含有量を有する必要がある。従来技術では、しかしながら、高インジウム含有量を有する発光層の発光効率は、非効率的である。本発明の態様では、より長い発光波長を有する発光層は、高インジウム含有量を有する層であるが、なお、非常に優れた発光効率を有する。
【００３３】
図６を参照すると、第１波長を有する多孔質発光層６３、６４は５７０ｎｍの第１波長を提供するために適用され、１００の最大光度を有するように制御され得る。第２波長を有する多孔質発光層６５、６６は、４６７ｎｍの第２波長を提供するために適用され、１７０の最大光度を有するように制御され得る。この態様では、それぞれ上記の最大光度１００および１７０を得るために、第１波長を有する多孔質発光層６３、６４の密度を７％にし、第２波長を有する多孔質発光層６５、６６を密度は２５％にする。
【００３４】
もし第１波長を有する多孔質発光層６３、６４の密度を７％に固定し、第２波長を有する多孔質発光層６５、６６の密度を５％に調整すると、それは、第２波長の最大光度に対する第１波長の最大光度の割合が１/５である（すなわち、第２波長の光度は、第１波長の光度の５倍である）。もし、第２波長を有する多孔質発光層６５、６６の密度が４３％に調整されれば、それは、それぞれ１００および１２０の最大光度を有する。従って、最大光度ならびに第１波長および第２波長の光混色比は、第２波長を有する多孔質発光層６５、６６の密度を調整することによって調整され得る。本発明の発光素子は、このようにして、ピンク色、ピンクがかった青色、ピンクがかった黄色、ピンクがかった緑色、様々な色の暖白色の光等の光源の色の多様性を提供するために、適用され得る。
【００３５】
本発明の多孔質発光層を有する発光素子構造と、従来の量子井戸発光層の違いは、より低いエネルギーバンドギャップを有するインジウム含有化合物半導体材料が、多孔質構造を有するインジウム含有化合物半導体構造へとさらに成長し、形作られる。言い換えれば、より低いエネルギーバンドギャップを有するインジウム含有化合物半導体の一平面上には、複数の谷形状構造（より高いエネルギーバンドギャップを有する障壁材料の層に覆われ、直径寸法および奥行きは、適用において規定され、インジウム含有化合物半導体中いたるところに直接および得る）が存在する。該素子の駆動電圧および電気漏れ特性は、多孔質発光層構造を成長させることによって著しく減少され得る。また、異なる波長を有する、多数の多孔質発光層が成長する時、電子正孔再結合は、異なるエネルギーバンドギャップを有する発光層の内側で起こり得る。
【００３６】
従って、本発明の多孔質発光層は、発光素子の性能を効率的に向上させるだけでなく、高発光効率、高信頼性、高い光混色調節性、および低価格等の特徴を有するワンチップの光混色素子を得ることも出来る。また、本発明の多孔質発光層構造は、従来技術中の発光素子は、単一波長のみを放出できるという不利点を克服できる。本発明の発光素子は、高柔軟性混色光割合を有する効率的な素子を作り出すための、異なる発光振動数スペクトルを有する発光層の組み合わせを得ることが出来る。
【００３７】
図７で示されるように、本発明の第３態様による発光素子７０は、Ｎ型導電クラッド層４３とＰ型導電クラッド層４４の間に位置し、シリコン（Ｓｉ）不純物によりドープされた２つの量子井戸発光層７１、７２、第１波長を有する５つの多孔質発光層７３、７４等、および第２波長を有する２つの多孔質発光層７５、７６を含む。
【００３８】
シリコン（Ｓｉ）不純物によりドープされた２つの量子井戸発光層７１、７２等は、Ｎ型導電クラッド層４３上に、順次形成される。量子井戸発光層７１を例として取り上げると、上記量子井戸発光層７１は、量子井戸構造７１１ならびに２つの障壁層７１２および７１３を有する。
【００３９】
第１波長を有する５つの多孔質発光層７３、７４は、シリコン（Ｓｉ）不純物でドープされた量子井戸発光層７２上に、順に存在する。第１波長を有する多孔質発光層７３を例として取り上げると、それは、キャリアトラップ層７３１、下側障壁層７３５、および上側障壁層７３６を有する。第１波長を有する多孔質発光層７３、７４は、本態様では５６５ｎｍである第１波長を提供するために適用される。
【００４０】
第２波長を有する２つの多孔質発光層７５、７６は、第１波長を有する多孔質発光層７４上に、順に存在する。第２波長を有する多孔質発光層７５を例として取り上げると、それは、キャリアトラップ層７５１、下側障壁層７５５、および上側障壁層７５６を有する。第２波長を有する多孔質発光層７５、７６は、本態様では、４６５ｎｍである第２波長を提供するために適用される。第２波長は、第１波長とは異なる。
【００４１】
多孔質発光層７３、７４、７５、７６は、所定の濃度の不純物でドープされる。好ましい態様では、該多孔質発光層はシリコン（Ｓｉ）不純物で活性ドープされ、多孔質発光層のドープされるシリコン原子の数が５×１０１７/ｃｍ３未満である。より好ましい実施では、多孔質発光層が成長している時には、それらは、シリコン（Ｓｉ）原子では活性ドープされない。また、多孔質発光層７３、７４、７５、７６の構造は、図２および図３で説明されるので、ここでは詳細に説明しない。
【００４２】
図８を参照すると、第１波長を有する多孔質発光層７３、７４は、５６５ｎｍの第１波長を提供するために適用され、１２０の最大光度を有するように制御される。第２波長を有する多孔質発光層７５、７６は、４６５ｎｍの第２波長を提供するために適用され、１８０の最大光度を有するために制御される。この態様では、それぞれ上記の最大光度１２０および１８０を得るために、第１波長を有する多孔質発光層７３、７４の密度は５％であり、第２波長を有する多孔質発光層７５、７６の密度は２８％である。
【００４３】
もし、第２波長を有する多孔質発光層７３、７４の密度を２８％に固定し、第１波長を有する多孔質発光層７３、７４の密度を４３％に調整すると、それは、第２波長の最大光度に対する第１波長の最大光度の割合が３である（すなわち、第１波長の光度は、第２波長の光度の３倍である）。従って、最大光度ならびに第１波長および第２波長の光混色比は、第１波長を有する多孔質発光層７３、７４の密度を調整することによって調整され得る。
【００４４】
図９で示されるように、本発明の第４態様による発光素子８０は、Ｎ型導電クラッド層４３とＰ型導電クラッド層４４の間に位置し、シリコン（Ｓｉ）不純物によりドープされた４つの量子井戸発光層８１、８２、第１波長を有する２つの多孔質発光層８３、８４等、および第２波長を有する２つの多孔質発光層８５、８６を含む。
【００４５】
シリコン（Ｓｉ）不純物によりドープされた２つの量子井戸発光層８１、８２は、Ｎ型導電クラッド層４３上に、順に形成される。量子井戸発光層８１を例として取り上げると、上記量子井戸発光層８１は、量子井戸構造８１１ならびに２つの障壁層８１２および８１３を有する。
【００４６】
第１波長を有する２つの多孔質発光層８３、８４は、シリコン（Ｓｉ）不純物でドープされた量子井戸発光層８２上に、順に存在する。第１波長を有する多孔質発光層８３を例として取り上げると、それは、キャリアトラップ８３１、下側障壁層８３５および上側障壁層８３６を有する。第１波長を有する多孔質発光層８３、８４は、本態様では４１０ｎｍである第１波長を提供するために適用される。
【００４７】
第２波長を有する２つの多孔質発光層８５、８６は、第１波長を有する多孔質発光層８４上に、順に存在する。第２波長を有する多孔質発光層８５を例として取り上げると、それは、キャリアトラップ層８５１、下側障壁８５５、および上側障壁層８５６を有する。第２波長を有する多孔質発光層８５、８６は、本態様では、４７０ｎｍである第２波長を提供するために適用される。第２波長は、第１波長とは異なる。
【００４８】
多孔質発光層８３、８４、８５、８６は、所定の濃度の不純物でドープされている。好ましい態様では、多孔質発光層は、シリコン（Ｓｉ）不純物で活性ドープされ、多孔質発光層のドープされたシリコン原子の数が５×１０１７/ｃｍ３未満である。より好ましい実施では、多孔質発光層が成長している時には、それらは、シリコン（Ｓｉ）原子では活性ドープされない。また、多孔質発光層８３、８４、８５、８６の構造は、図２および図３で説明されるので、ここでは詳細に説明しない。
【００４９】
図１０を参照すると、第1波長を有する多孔質発光層８３、８４は、４１０ｎｍの第１波長を提供するために適用され、１２０の最大光度を有するように制御され得る。第２波長を有する多孔質発光層８５、８６は、４７０ｎｍの第２波長を提供するように適用され、１５０の最大光度を有するように制御され得る。この態様では、それぞれ上記の最大光度１２０および１５０を得るために、第１波長を有する多孔質発光層８３、８４の密度を１５％にし、第２波長を有する多孔質発光層８５、８６の密度を３４％にする。
【００５０】
最近の研究で示される好ましい光変換波長は３７０〜４５０ｎｍであるが、光変換の高効率性を得るために、黄緑色光黄色蛍光粉末を励起することが出来る青色光波長を、例えば黄橙色光、赤色光長波長蛍光粉末を励起するために同時に使用できないので、黄緑色蛍光粉末（ＹＡＧなど）によって提供される白色光を励起するために、４５５〜４７０ｎｍの波長を有する青色光を使用する現在の方法では、より良い高演色性を得ることは出来ないという事実のために、本発明の多重振動数スペクトルワンチップ技術は、蛍光粉体の変換効率を最適化する目的で、青色光波長に加えて他の４１０ｎｍの発光波長である振動数スペクトルを増加させるのに使用され得る。
【００５１】
もし、第１波長を有する多孔質発光層８３、８４の密度を１５％に固定し、第２波長を有する多孔質発光層８５、８６の密度を７％に調整すると、第１波長および第２波長の最大光度は、それぞれ４０および２１０である。従って、最大光度ならびに第１波長および第２波長の光混色比は、第２波長を有する多孔質発光層８５、８６の密度を調整することによって調整され得る。
【００５２】
本発明の発光素子は、上記の第１波長を有する多孔質発光層および第２波長を有する多孔質発光層に限定されず、Ｎ型導電クラッド層とＰ型導電クラッド層
の間に形成される複数の多孔質発光層をさらに含み得る。多孔質発光層は、第１波長および第２波長とは異なる複数の発光波長を有し、高柔軟性光混色割合を有する効率的な素子を生み出すための、異なる発光振動数スペクトルを有する発光層の組み合わせを得る。
【００５３】
上記態様は、本発明の範囲を限定するのではなく、単に本発明の原理および実行について説明したものとみなすべきである。従って、本発明の精神から逸脱することなく、様々な変形や改良が当業者によって行われ得る。本発明の範囲は、特許請求の範囲に規定したとおりであるとする。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、従来の量子井戸発光層の構造の概略図である。
【図２】図２は、本発明の多孔質発光層の構造の斜視図である。
【図３】図３は、本発明の多孔質発光層の構造の断面図である。
【図４】図４は、本発明の第１態様による発光素子の構造の概略図である。
【図５】図５は、本発明の第２態様による発光素子の構造の概略図である。
【図６】図６は、本発明の第２態様による発光素子の光度および振動数スペクトル分布を示す図表である。
【図７】図７は、本発明の第３態様による発光素子の構造の概略図である。
【図８】図８は、本発明による第３態様による発光素子の光度および振動数スペクトル分布を示す図表である。
【図９】図９は、本発明の第４態様による発光素子の構造の概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の第４態様による発光素子の光度および振動数スペクトルを示す図表である。
【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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【外国語明細書】
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