(57)【要約】【解決手段】  本発明は、光ダイオードまたはフォトダイオード（１０、１６、２４、２６、３６、４６、５４、６８，７４、８０）のような、活性領域を有する半導体構造に関する。この構造は、それぞれが異なる波長の光を放射または吸収する少なくとも２つの活性領域（ＡＺ乃至ＡＺｎ）を有する基板（ＳＵＢ）を具備する。本発明によれば、多波長ダイオードが実現される。第１（下側）活性領域（ＡＺ１）が、基板（ＳＵＢ）の表面上に成長させられ、１つまたは複数のさらなる活性領域（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）が順次エピタキシャル成長させられ、活性領域（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）は、低インピーダンス抵抗として機能するトンネルダイオード（ＴＤ１乃至ＴＤｎ）を用いて、下側活性領域（ＡＺ１）から上側活性領域（ＡＺｎ）に向かって直列接続される。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードまたはフォトダイオード（１０、１６、２４、２６、３６、４６、５４、６８、７４、８０）のような、活性領域を有する半導体構造であって、前記半導体構造は、それぞれが異なる波長の光を放射または吸収する少なくとも２つの活性領域（ＡＺ乃至ＡＺｎ）を有し且つ第１（下側）活性領域ＡＺ１が表面上に成長させられた基板（ＳＵＢ）を具備し、少なくとも１つの別の（上側）活性領域（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）がエピタキシャル成長され、前記活性領域（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）が前記下側活性領域（ＡＺ１）から前記上側活性領域（ＡＺｎ）に向かって低インピーダンス抵抗として機能する少なくとも１つの分離層（ＴＤ１乃至ＴＤｎ）を介して直列接続され、前記分離層（ＴＤ１乃至ＴＤｎ）は分離ダイオードまたはトンネルダイオードの形態を取りって相互極性（gegenpolarisierter）のｎｐまたはｐｎ接合として設計され、
前記半導体構造（１０、１６、２４、２６、３６、４６、５４、６８、７４、８０）は規定数の光波長を放射または吸収する多波長ダイオードの形態を取り、前記下側活性領域（ＡＺ１）と上側活性領域（ＡＺｎ）との間に１つ以上のさらなる活性領域（ＡＺｎ）がエピタキシャル成長され、前記下側活性領域（ＡＺ１）は低いエネルギーバンドギャップを有し、続く活性領域（ＡＺ２乃至ＡＺｎ）のそれぞれが１つ前の活性領域より高いエネルギーバンドギャップを有し、分離ダイオードまたはトンネルダイオードを成長またはエピタキシャル形成させるために用いられる半導体材料はその下で用いられている半導体材料よりも少し高い間接的バンド接合またはエネルギーバンドギャップを有することを特徴とする半導体構造。
【請求項２】
発光ダイオードまたはフォトダイオード（１０、１６、２４、２６、３６、４６、５４、６８、７４、８０）のような、活性領域を有する半導体構造であって、前記半導体構造は、それぞれが異なる波長の光を放射または吸収する少なくとも２つの活性領域（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）を有し且つ第１（下側）活性領域ＡＺ１が表面上に成長させられた基板（ＳＵＢ）を具備し、少なくとも１つの別の（上側）活性領域（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）がエピタキシャル成長され、前記活性領域（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）は前記下側活性領域（ＡＺ１）から前記上側活性領域（ＡＺｎ）に向かって低インピーダンス抵抗として機能する少なくとも１つの分離層（ＴＤ１乃至ＴＤｎ）を介して直列接続され、
前記半導体構造（１０、１６、２４、２６、３６、４６、５４、６８、７４、８０）は規定数の光波長を放射または吸収する多波長ダイオードの形態を取り、前記下側活性領域（ＡＺ１）と上側活性領域（ＡＺｎ）との間に１つ以上のさらなる活性領域（ＡＺｎ）がエピタキシャル成長され、前記下側活性領域（ＡＺ１）は低いエネルギーバンドギャップを有し、続く活性領域（ＡＺ２乃至ＡＺｎ）のそれぞれが１つ前の活性領域より高いエネルギーバンドギャップを有し、前記分離層（ＴＤ１乃至ＴＤｎ）が金属コンタクトとして設計されることを特徴とする半導体構造。
【請求項３】
前記基板（ＳＵＢ）の材料が、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、Ｃ、サファイア、またはダイアモンドであることを特徴とする請求項１または２の、活性領域を有する半導体構造。
【請求項４】
前記活性領域（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）の材料が、ＧａＡｓ、（適切な組成の）ＧａＩｎＰ、（多くの適切な組成の）ＡｌＧａＡｓ、（適切な組成の）ＧａＩｎＡｓ、（多くの適切な組成の）ＡｌＩｎＧａＰ、ＧａＡｓＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＩｎＮ、（適切な組成の）ＧａＩｎＡｌＮ、ＧａＡｌＳｂ、ＧａＩｎＡｌＳｂ、ＣｄＴｅ、ＭｇＳｅ、ＭｇＳ、６ＨＳｉＣ、ＺｎＴｅ、ＣｇＳｅ、ＧａＡｓＳｂ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓＮ、４Ｈ−ＳｉＣ、ａ−Ｓｎ、ＢＮ、ＢＰ、ＢＡｓ、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＨｇＴｅ、ＨｇＣｄＴｅ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＩｎＳｂ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＩｎＡｓ、および（または）ＡｌＳｂの１つ以上であるか含むことを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項５】
帯域放射ダイオード（１６）が、
ＧａＡｓまたはＧｅ基板（ＳＵＢ）と、
前記基板上に成長させられたＧａＡｓダイオード（ＡＺ１）（下側ダイオード）と、
この上の、交互の連なる、前記ＧａＡｓダイオード（ＡＺ１）上に成長させられた、ＧａＩｎＰ分離ダイオード（ＴＤ）またはＡｌＧａＡｓ分離ダイオード（ＴＤ１・・・ＴＤｎ）のような分離ダイオードと、これに続く、前記分離ダイオード上に成長させられたＧａＩｎＰダイオード（ＡＺ３）またはＡｌＧａＡｓダイオード（ＡＺ３乃至ＡＺｎ）と、
を有し、
帯域放射範囲が、ダイオード（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）の数および、ピークの数および幅が、１つのピークでは達成されないような同時発光範囲を形成し且つこの結果放射範囲が得られるように規定される、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項６】
活性領域（ＡＺｎ）上に、前記活性領域（ＡＺｎ）のｐｎ層と同じ材料を含む吸収層が成長させられていることを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項７】
個々の活性領域（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）のそれぞれが、接続リードとの接続のための自身用の金属コンタクト（Ｋ）を備えることを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項８】
混合色ＬＥＤ（２６）（茶色）が、
ＧａＡｓまたはＧｅ基板（ＳＵＢ）と、
前記基板上に成長させられた、例えばＧａＩｎＰ（またはＡｌＧａＩｎＰ）からなる下側活性領域（ＡＺ１）と、
前記下側活性領域上に成長させられた、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなる第１分離ダイオード（ＴＤ１）と、
前記分離ダイオード上に成長させられた、ＡｌＩｎＧａＰからなる中央活性領域（ＡＺ２）と、
第２分離ダイオード（ＴＤ２）と、
前記第２分離ダイオード上に成長させられた、ＡｌＩｎＧａＰからなる上側活性領域（ＡＺ３）と、
を有することを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項９】
混合色ＬＥＤ（３６）が、
ＧａＡｓまたはＧｅ基板（ＳＵＢ）と、
前記基板上に成長させられた下側活性領域（ＡＺ１）と、
を有し、
間にトンネルダイオード（ＴＤ１乃至ＴＤｎ）が配置された２つのさらなる活性領域（ＡＺ２乃至ＡＺｎ）と、電極との接続のための金属コンタクト（Ｋ）を有する上側活性領域（ＡＺｎ）と、が前記下側活性領域に続くことを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項１０】
前記活性領域（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）の間に配置された前記金属コンタクト（Ｋ、ＢＫ、ＬＫ）が接着、半田付け、圧着、接合、または密着されることを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項１１】
前記下側活性領域（ＡＺ１）が約６２０ｎｍの波長を有するＡｌＩｎＧａＰ材料からなり、前記中央活性領域（ＡＺ２）が約５５０ｎｍの波長を有するＡｌＩｎＧａＰ半導体材料からなり、前記上側活性領域（ＡＺ３）が約４００乃至４５０ｎｍの範囲に亘る波長を有するＧａＩｎＮ半導体材料からなる、ことを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項１２】
最上の活性領域（ＡＺｎ）が、接合コンタクトのようなコンタクト（ＢＫ）を有することを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項１３】
前記活性領域（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）、ＰＤ１乃至ＰＤｎ）を有する半導体構造（４６）が、混合色センサであって、前記活性領域（ＰＤ１乃至ＰＤｎ）がフォトダイオードとして設計され、入射する混合色光が関連する活性領域において選択的に吸収され、この活性領域から生成された電流が選択的に取り出される、ことを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項１４】
前記混合色センサ（４６）が、
下面上に金属電極（Ｋ）が付されまたは成長させられ、上面上にＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＧａＰフォトダイオード（ＰＤ１）が付されまたは成長させられた、ＧａＡｓまたはＧｅ基板（ＳＵＢ）と、
前記フォトダイオード上に付され、ＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、またはＧａＩｎＰ材料からなるｎｐ分離ダイオード（ＴＤ１）と、
ＡｌＩｎＧａＰフォトダイオード（ＰＤ２）からなる第２ｐｎ接合と、
ｎｐ分離ダイオード（ＴＤ２）と、
ＧａＡｌＮまたはＡｌＧａＩｎＮフォトダイオード（ＰＤ３）として設計された第３ｐｎ接合と、
を有することを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項１５】
前記第１フォトダイオード（ＰＤ１）がλ＝６００ｎｍ乃至６８０ｎｍの波長内にあり、前記中央フォトダイオード（ＰＤ２）がλ＝５５０ｎｍの波長内にあり、前記第３フォトダイオードがλ＝４００ｎｍ乃至４５０ｎｍの波長内にある、ことを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項１６】
前記光検出フォトダイオード（ＰＤ１乃至ＰＤｎ）が、電極との接続のための金属コンタクト（Ｋ）を備えることを特徴とする、先行する請求項の少なくも１つの半導体構造。
【請求項１７】
発光ダイオードまたはフォトダイオードのような、前記活性領域を有する半導体構造が、カラーディスプレイ（８０）を形成することを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項１８】
前記カラーディスプレイ（８０）が、請求項１乃至１７の少なくとも１つの複数の発光半導体装置（８２）から形成され、前記カラーディスプレイ（８０）の１つのピクセル（８２）が発光半導体装置に該当し、各ピクセル（８２）および対応する色が選択的に活性化されることを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに係る、活性領域を有する半導体構造に関し、そのような半導体構造の製造方法に関する。本発明は、また、混合色センサに関し、活性領域を有する半導体構造を含むカラーディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記したようなタイプの、活性領域を有する半導体構造が、Applied Physics LettersのVol. 79, No. 16, 2001の2532乃至2534ページにおけるI. Ozden等による“A dual-wavelength indium gallium nitride quantum well light emitting diode”の記事に記載されている。この記事は、２つの活性インジウム窒化ガリウム／窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ／ＧａＮ）多量子井戸部分を有するモノリシックの２波長（青／緑）発光ダイオード（ＬＥＤ）を扱っている。この部分は、ｐ＋＋／ｎ＋＋／ＩｎＧａＮ／ＧａＮトンネル接合がＬＥＤ間に挿入される１つの垂直エピタキシャル構造の一部である。この部分は、それぞれ、４７０ｎｍ５３５ｎｍで放射する。
【０００３】
EP-A-1 403935は、第１活性領域、第２活性領域、トンネル接合を有する発光ダイオードを説明する。トンネル接合は、第１導電型の１つの層と第２導電型の１つの層とを具備し、これらの層のいずれもが第１活性領域を囲む第１導電型の１つの層および第２導電型の１つの層より薄い。トンネル接合によって活性領域を垂直方向に積層することが可能となり、これにより、光源のサイズを大きくすることなく素子が発する光を増加させることができる。
【０００４】
EP-A-0 727 830は、接続片と接続された隣接する第１、第２層を具備する複数層を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）を生成する方法に関する。製造は、ウェハ接合法によって実行されることができる。複数のＬＥＤ構造は、媒介層が、素子を通じて高導電率を保証できるように設計されているならば、他の層と接続されることができる。上側ＬＥＤ構造の層内の添加物のタイプは、下側ＬＥＤ構造の層内の添加物のタイプに一致する。このようにして、２つのＬＥＤ構造が、相互に同じ極性で配置される。相互に接合される表面（ウェハ接合）は、非常に高い添加物を有する必要がある。これらの構造が接合されるとき、ＬＥＤと反対の極性で高濃度に添加されたトンネル接合が形成される。または、トンネル接合は、エピタキシャル成長される。
【０００５】
WO-A-00/77861から、活性領域を有する半導体構造が知られている。この構造は、様々な波長に対して選択的な複数の活性領域を具備する。各層は、基板上に垂直方向に積層されており、このため、入射光が一様に減少可能なバンドギャップで、各層を通過できる。異なるエネルギーのフォトンは、選択的に活性領域に吸収され、活性領域から放射される。コンタクト素子が、各層の外面上または同じパラメータを有する層の組上に個別に、フォトン吸収層で生成される電荷を除去するために、また（または）電荷キャリアをフォトン放射層に導入するために配置される。この素子は、例えばディスプレイまたは太陽電池に用いられることが意図されている。
【０００６】
EP-B-0 649 202は、半導体レーザーおよびその製造方法に関する。この半導体レーザーは、複数の半導体チップが、各レーザー放射面が相互に平坦になるように順次積層され、各レーザーチップは、１つの活性層を含むエピタキシャル層を付された基板を有している。
【０００７】
WO 99/57788から、上記したタイプのさらなる発光半導体装置が知られている。この広報では、２色発光半導体装置が記載されている。この半導体装置は、その表面と裏面との間に、第１波長の放射を発する、第１活性領域を有する第１表面放射発光ダイオードと、第２波長の放射を発する、第２活性領域を有する第２表面放射発光ダイオードとを有している。２つの活性領域間には、第１波長を反射し第２波長を透過する第１反射層が配置されている。さらに、第２活性領域と裏面との間には、第２波長を反射する第２反射層が配置されている。これらの反射層は、裏面の方向において両方のダイオードから放射された光のより良い利用を可能とし、好ましくは、交互に高、低の反射指数を有する層の多層システムから形成される。層は、好ましくは、格子整合された半導体材料から製造される。
【０００８】
従来の半導体装置では、活性領域は、基板の２つの対向する面に付されるので、下側の活性領域から発せられた光のビームは、基板および少なくとも１つの反射層を通過しなければならず、よって光度の損失が生じ得る。また、既知の発光半導体装置では、２つの光ビームのみの生成が可能である。よって、カラーディスプレイでの用途に制限がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
先行技術としてのこれらの記載に基づいて、本発明の目的は、先行技術の不都合が解消され得る、活性領域を有する半導体構造およびそのような構造の製造方法を、さらに開発することである。特に、光の出力が改善され、製造方法が簡略化され、異なる波長の複数のフォトン放射ピークが半導体材料内で生成され得るような、発光半導体装置およびそのような装置の製造方法をさらに開発することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的は、本発明の第１の実施形態によって達成される。この実施形態において、半導体構造は所定数の光波長を放射および吸収するものとして設計され、下側活性領域と上側活性領域との間に１つ以上のさらなる活性領域がエピタキシャル成長され、最下の活性領域は低いエネルギーバンドギャップを有し、続く活性領域は先行する活性領域より高いエネルギーバンドギャップを有し、分離ダイオードまたはトンネルダイオードを成長またはエピタキシャルするために用いられる半導体材料が、各場合においてより下層に用いられる半導体材料よりもいくらか高い、間接的なバンド接合またはエネルギーバンドギャップを有する。
【００１１】
多波長ダイオードとしても特徴付けられ得る本発明の半導体装置によって、異なる波長の複数のフォトン放射ピークが１つのチップによって生成されることができる。この原理は、エピタキシャル半導体材料が、ある適切な基板上で成長されるという事実に基づいている。ｐｎまたはｎｐ接合として設計される発光活性領域が、チップの下端から上端へと直列に接続される。そして、この接続は、分離ダイオードのような、低インピーダンス抵抗として用いられる分離層を介してエピタキシャル成長で実行される。これらの分離ダイオードは、ごく小さな逆方向電圧が印加されるｎｐまたはｐｎ接合から構成される。
【００１２】
他の実施形態によれば、上記の目的は、半導体構造は所定数の光波長を放射および吸収するものとして設計され、下側活性領域と上側活性領域との間に１つ以上のさらなる活性領域がエピタキシャル成長され、最下の活性領域は低いエネルギーバンドギャップを有し、続く活性領域は先行する活性領域より高いエネルギーバンドギャップを有し、分離層は金属コンタクトとして設計される、ことにより達成される。
【００１３】
別の実施形態は、導電性の、例えば金属の、コンタクトが、直列接続のための媒介層として用いられることを提示する。
【００１４】
基板材料が、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、Ｃ、サファイア、またはダイアモンドであることが提示される。
【００１５】
また、活性領域の材料が、以下の１つ以上の材料であるか、これらの１つ以上の材料を含んでいることが提示される。その材料は、ＧａＡｓ、（適切な組成の）ＧａＩｎＰ、（多くの適切な組成の）ＡｌＧａＡｓ、（適切な組成の）ＧａＩｎＡｓ、（多くの適切な組成の）ＡｌＩｎＧａＰ、ＧａＡｓＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＩｎＮ、（適切な組成の）ＧａＩｎＡｌＮ、ＧａＡｌＳｂ、ＧａＩｎＡｌＳｂ、ＣｄＴｅ、ＭｇＳｅ、ＭｇＳ、６ＨＳｉＣ、ＺｎＴｅ、ＣｇＳｅ、ＧａＡｓＳｂ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓＮ、４Ｈ−ＳｉＣ、ａ−Ｓｎ、ＢＮ、ＢＰ、ＢＡｓ、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＨｇＴｅ、ＨｇＣｄＴｅ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＩｎＳｂ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＩｎＡｓ、および（または）ＡｌＳｂである。
【００１６】
帯域放射ダイオードは、以下の構造により特徴付けられる。
【００１７】
・ＧａＡｓまたはＧｅ基板、
・基板上に成長させられたＧａＡｓダイオード（下側ダイオード）、
・この上の、交互に連なる、ＧａＡｓダイオード上に成長されたＧａＩｎＰ分離ダイオードまたはＡｌＧａＡｓ分離ダイオードのような分離ダイオードと、これに続く、分離ダイオード上に成長されたＧａＩｎＰダイオードまたはＡｌＧａＡｓダイオード（ここで、ダイオード（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）の数は、帯域放射範囲のピークの数を規定する）
帯域放射範囲は、ダイオードの数および、ピークの数および幅が、１つのピークでは達成されないような同時発光範囲を形成し且つこの結果放射範囲が得られるように規定される。
【００１８】
また、活性領域上に活性領域のｐｎ接合と同じ材料を含む吸収層が成長されることが提示される。これは、直列接続において関連する活性領域から発せられる光の強度を調整する目的で実行される。
【００１９】
個々の活性領域のそれぞれは、各活性領域または選択された活性領域が個別に活性化される場合、接続リードとの接続のための自身用の金属コンタクトを備え得る。
【００２０】
１つのみのチップを伴った、茶色の混合色ＬＥＤは、好ましくは、以下の構造を有する。
【００２１】
・ＧａＡまたはＧｅ基板、
・基板上に成長させられ、適切な放射波長が赤の範囲内にある、例えばＧａＩｎＰ（ＡｌＧａＩｎＰも可）からなる下側活性領域、
・下側活性領域上に成長させられ、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなり、下方の活性領域よりも高いバンドエネルギーを有する第１分離ダイオード、
・分離ダイオード上に成長させられ、ＡｌＩｎＧａＰからなり、放射波長が黄色の範囲内にある中央活性領域、
・下方の活性領域のバンドエネルギー未満のバンドエネルギーを有する第２分離ダイオード、
・第２分離ダイオード上に成長させられ、ＡｌＩｎＧａＰからなり、放射波長が緑の範囲内にある上側活性領域、
を具備する。
【００２２】
別の好適な実施形態は、混合色ＬＥＤが、
・ＧａＡｓまたはＧｅ基板（ＳＵＢ）、
・基板上に成長された下側活性領域、これに続く、間にトンネルダイオード（ＴＤ１乃至ＴＤｎ）が配置された２つのさらなる活性領域（ＡＺ２乃至ＡＺｎ）（ここで、上側活性領域（ＡＺｎ）は電気端子と接続されるための金属コンタクト（Ｋ）を有する）、
を具備する。
【００２３】
活性領域間に、接着、半田付け、圧着、接合、または密着された、金属コンタクトが設けられてもよい。
【００２４】
所望の混合色の一部は、分離ダイオードを伴った様々な活性領域を有する１チップ部品によって生成され、所望の混合色の別の一部は、他のチップによって生成される。活性領域は、金属接続によって相互に結合される。このようにして、所望の混合色の全体のスペクトルが形成される。
【００２５】
１つの具体的な好適な実施形態では、下側活性領域は、約６２０ｎｍの波長を有するＡｌＩｎＧａＰ材料から構成される。中央活性領域は、約５５０ｎｍの波長を有するＡｌＩｎＧａＰ半導体材料から構成される。上側活性領域は、約４００乃至４５０ｎｍの範囲内にある波長を有するＧａＩｎＮ半導体材料から構成される。この実施形態では、「白」の混合色が１つのチップから生成される。
【００２６】
更なる好適な実施形態は、混合色センサとして設計され、フォトダイオードとして設計された活性領域を具備する。好適な混合色センサは、以下の構造を有する。
【００２７】
・下面上に金属コンタクトが取り付けまたは成長されられた、上面上にＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＧａＰフォトダイオードが取り付けまたは成長されられた、ＧａＡｓまたはＧｅ基板、
・フォトダイオードの上に取り付けられた、ＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、またはＧａＩｎＰ材料からなるｎｐ分離ダイオード、
・ＡｌＩｎＧａＰフォトダイオードからなる第２ｐｎ接合、
・ｎｐ分離ダイオード、
・ＧａＡｌＮまたはＡｌＧａＩｎＮフォトダイオードとしての第３ｐｎ接合。
【００２８】
最初のフォトダイオードは、λ＝６００乃至６８０ｎｍ内の波長範囲内に位置し、中央のダイオードは、λ＝５５０ｎｍの波長範囲内に位置し、３番目のダイオードは、λ＝４００乃至４５０ｎｍの波長範囲内に位置する。これにより、１チップの白光分析器である。光検出フォトダイオードのそれぞれは、電気配線との接続のための金属コンタクトを備えている。
【００２９】
活性領域がフォトダイオードとして設計される混合色センサとして本発明により特定される設計によって、入射混合色光は関連する活性領域に選択的に吸収され、そして、そこで生成された電流が選択的に取り出される。
【００３０】
ＡｌＧａＩｎＮフォトダイオードとしての設計によって、３つの基本色である青、緑、赤の組成をその強度によって、換言すれば関連する活性領域で生成された電流を用いて分析可能な、全体として白光検出器が形成される。
【００３１】
最後に、本発明は、カラーディスプレイを形成する、活性領域を伴った半導体構造に関する。ここで、カラーディスプレイは、本発明に係る複数の発光半導体装置を具備することができる。カラーディスプレイのピクセルは、発光半導体装置に該当し、各ピクセルおよび対応する色は、選択的に活性化されることができる。
【００３２】
本発明のさらなる細部、利点、特徴付けする要素は、請求項およびそこで見出される特徴付ける要素の一方または両方からだけでなく、以下の、図面の組において説明される例示的な実施形態の記載によって見出される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１は、活性領域ＡＺを有する半導体構造１０の概略的な構成を示している。この構造は、２ピーク発光ダイオードとして特徴付けられることができる。２ピークダイオード１０は、例えばＧａＡｓまたはＧｅ材料からなる基板ＳＵＢを具備する。基板ＳＵＢの下側表面１２には、金属コンタクトＫ１が設けられ、上側表面１４上には、第１（下側）活性領域ＡＺ１が、例えばＧａＡｓダイオードとして、成長させられている。下側活性領域ＡＺ１の上方には、分離層ＴＤ１が、分離ダイオード、例えばＧａＩｎＰ分離ダイオードとして、配置されている。分離層ＴＤ１の厚さは約４０ｎｍである。この分離ダイオードＴＤは、ｐｎ接合として設計されている下側活性領域ＡＺ１の直接接続のための低インピーダンス接続抵抗として、機能および作用する。トンネルダイオードＴＤの上方には、別の、上側活性領域ＡＺ２が成長させられている。上側活性領域ＡＺ２は、例えばＧａＩｎＰダイオードとして設計されている。図１（ｂ）は、例示的なスペクトル分布を示している。図１（ｂ）において、第１のピーク１６は、波長６８０ｎｍ（ＧａＩｎＰ）の範囲内にあり、第２のピーク１８は、波長８７０ｂｍ（ＧａＡｓ）の範囲内に収まっている。
【００３４】
本発明の半導体装置の作製に用いられる半導体材料は、好ましくは、以下の基準に従って選択される。
【００３５】
・基板ＳＵＢ上でのエピタキシャル成長が可能であること。
【００３６】
・所望の放射波長を生成する適切なバンドギャップおよび適切なドーピングレベルを有すること。
【００３７】
・最下のｐｎ接合ＡＺ１が、光の生成に関して最小のエネルギーバンドギャップを有し、順次配置され且つｐｎ接合として設計されたた活性領域ＡＺ１乃至ＡＺｎのそれぞれが、１つ前の活性領域よりも高いエネルギーバンドギャップを有すること、なぜなら、そうでないなら、ＬＥＤ１の下で発せられた光が吸収されてしまうからである。
【００３８】
分離ダイオードＴＤを構成するための半導体材料のバンドギャップが、このダイオードの下方の活性領域ＡＺｘのエネルギーバンドギャップよりも高くなければならない、なぜなら、そうでなければ、ここでも吸収が発生してしまうからである。分離ダイオードＴＤは、理想的には、間接的な半導体接合を構成する。
【００３９】
・ある層の上に用いられる半導体層材料が、エピタキシャルまたは結晶成長されること。
【００４０】
図１に概略的に示される、活性領域を有する半導体構造１０は、一連の可能な構成の基礎となり得る原理を示している。よって、例えば、多ピークダイオードが、具体的な応用例として、製造されることができる。また、ある具体的な初期波長からある具体的な最終波長まで準連続的に光を発する帯域放射ダイオードが製造されることができる。さらに、混合色ＬＥＤが、１つのチップのみによって製造されることができる。
【００４１】
以下に、多波長ダイオードの付加的な概略構成が記載される。
【００４２】
例示的なエピタキシャル地図から、例えば適切な材料系が取り出され得る。例えば、基板ＳＵＢは、ＧａＡｓ基板またはＧｅ基板として選択されることができる。活性領域ＡＺのエピタキシャル成長については、以下が、適切な材料の例である。ＧａＡｓ、ＧａＡｓ、（適切な組成の）ＧａＩｎＰ、（多くの適切な組成の）ＡｌＧａＡｓ、（適切な組成の）ＧａＩｎＡｓ、（多くの様々な組成の）ＡｌＩｎＧａＰ、またはＧａＡｓＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＧａＩｎＮ、（適切な組成の）ＧａＩｎＡＩＮ、ＧａＡｌＳｂ、ＧａＩｎＡｌＳｂ、ＣｄＴｅ、ＨｇＴｅ、ＨｇＣｄＴｅ、ＣｄＳ、ＺｕＳｅ、ＩｎＳｂ、ＡＩＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＩｎＡｓ、ＡｌＳｂ、ＭｇＳｅ、ＭｇＳ、６ＨＳｉＣ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳｅ、ＧａＡｓＳｂ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓＮ、４Ｈ−ＳｉＣ、ａ−Ｓｎ、ＢＮ、ＢＰ、ＢＡｓ、ＡＩＮ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅである。
【００４３】
ＩｎＰ、ＧａＳｂ、ＩＡｓ、Ｓｉ、ＧａＰ、ダイアモンド、サファイア、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、Ｃ、のような基板も用いられ得る。
【００４４】
図３において、例示的な帯域放射ダイオード１６の構成が、概略的に描かれている。帯域ダイオード１６は、ＧａＡｓまたはＧｅ基板等の基板ＳＵＢを具備し、下側コンタクトＫ１および基板上にＧａＡｓダイオード（下側ダイオード）として成長させられた活性領域ＡＺ１を伴う。ＬＥＤ１上には、分離ダイオードＴＤが、次なるＬＥＤ２との直列接続のための低インピーダンス接続抵抗として設けられている。分離ダイオードＴＤ１は、ＡｌＧａＡｓまたはＧａＩｎＰからなる。この上には、次なる活性領域ＡＺ２が、ｐｎ接合（Ａｌ量の少ないＡｌＧａＡｓダイオード）として成長させられている。別のｎｐ分離ダイオードＴＤ２が挿入され、最終的に分離ダイオードＴＤと活性領域ＡＺが交互になる。最上の（例えば）活性領域ＡＺ６上には、コンタクトＫ２が設けられている。
【００４５】
スペクトル分布１８が、図３（ｂ）に示されている。図３（ｂ）は、６つのピークＰ１乃至Ｐ６の経路およびそれから得られる包絡線を示している。それは、また、帯域放射範囲を意味している。
【００４６】
例えば、λ＝８７０ｎｍの波長範囲を有するＧａＡｓダイオードが下側活性領域ＡＺ１として用いられ、ＴＤ１として用いられるＡｌＧａＡｓダイオード（８７５乃至６２５ｎｍのλ、調整可能）およびＡｌＩｎＧａＰの混合結晶系（６５０ｎｍ乃至５４０ｎｍのλ、調整可能）内の適切な組成が続く場合、λ＝８７０ｎｍ乃至５４０ｎｍの帯域放射範囲Ｅが生成されることができる。これは、赤外から緑に亘る帯域放射を意味する。
【００４７】
この概念は、また、オープンレンジ、換言すれば放射ギャップを有する帯域放射ダイオードの製造を可能にする。
【００４８】
図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、ある１つの活性領域ＡＺｎ（発光ダイオード）が、より明るいまたはより強度の高いピーク２０を示す場合、適切な厚さで、ｐｎ層ＡＺｎを構成する材料と同じ材料からなる吸収層ＡＢＳを活性領域の上に直接配置することができる。
【００４９】
図４（ｂ）は、吸収層無しのピーク２０と、吸収層ＡＢＳによって補正されたピーク２２を示している。
【００５０】
図５は、発光半導体装置２４の概略的な構成を示している。この半導体装置は、基板ＳＵＢを具備する。基板は、基板上に成長させられた活性領域ＡＺ１乃至ＡＺ６を有している。活性領域ＡＺ１乃至ＡＺ６は、活性領域ＡＺ１乃至ＡＺ６の間に配置されたトンネルダイオードＴＤ１乃至ＴＤ５を介して直列に相互に接続されている。発光半導体装置２４の本実施形態は、各活性領域ＡＺ１乃至ＡＺ６が、金属コンタクトＫ１乃至Ｋ６を備えていることを特徴とする。多波長ダイオードスタックとしても特徴付けられ得る半導体構造内で、ある波長ピークが、対応する信号を用いて明白に活性化され得ることが可能となっている。この手法によって、それらの輝度／強度、ピークの選択を通じてそれらの色、ピークおよび所望の混合色または所望の帯域放射部分領域に応じて、発光ピークを具体的に制御、詳しくは制限することができる。
【００５１】
図６（ａ）は、混合色ＬＥＤとして特徴付けられ得、また茶色の光を発する、発光半導体装置２６の概略的な配置を示している。この例示的な発光半導体装置２６は、ＧａＡｓまたはＧｅ基板としての基板ＳＵＢを具備する。この上には、ほぼλ＝６８０ｎｍの範囲に亘るＧａＩｎＰダイオードＡＺ１が成長させられている。これに、ｎｐ分離ダイオードＴＤ１が続く。好ましくは、分離ダイオードＴＤ１は、多層として設計されており、これの下方のＡＺ１より高いエネルギーバンドギャップを有しており、ＴＤ１は、次なるｐｎ接合ＡＺ２との直列接続のための低インピーダンス接続抵抗として機能する。ｐｎ接合ＡＺ２は、ほぼλ＝５９０ｎｍの波長を有し、材料系ＡｌＩｎＧａＰ内で設計されている。最後に、別のｎｐ分離ダイオードＴＤ２が成長させられており、この上には、活性領域ＡＺ３としての第３のｐｎ接合が位置する。この第３のｐｎ接合は、ほぼλ＝５５０ｎｍの波長範囲を有する材料ＡｌＩｎＧａＰによって作られる。
【００５２】
図６（ｂ）は、スペクトル分布２８を示している。スペクトル分布２８は、３つの色ピーク３０、３２、３４の経路を描いている。このスペクトル分布は、人間の目には「茶色のＬＥＤ」との印象を与える。様々な茶色のトーンが可能であるため、本質的な要素は、用いられる波長と生成される発光ピーク３０、３２、３４の強度である。茶色の印象は、より赤みを帯びたり、黄色みを帯びたり、緑みを帯びたりしたものへと調整されることができる。
【００５３】
図７（ａ）は、白光を発するよう設計された混合色ＬＥＤ３６の概略的な構成を示している。この混合色ＬＥＤ３６は、基板ＳＵＢを具備する。基板ＳＵＢ上には、ＡｌＩｎＧａＰ材料（赤）からなる下側活性領域ＡＺ１が成長され、高いバンドギャップを有するＡｌＩｎＧａＰ材料からなるトンネルダイオードＴＤ１、ＡｌＩｎＧａＰ材料（緑）からなる活性領域ＡＺ２、（より高いエネルギーバンドギャップの）ＡｌＩｎＧａＰ材料からなる別のトンネルダイオードＴＤ２、λがほぼ４００乃至４５０ｎｍの波の範囲内のＧａＩｎＮ材料またはＡｌＧａＩｎＮ材料からなる上側活性領域ＡＺ３が続く。
【００５４】
スペクトル分布３８が、図７（ｂ）に示されている。スペクトル分布３８は、３つの色ピーク４０、４２、４４を具備する。この分布は、人間の目に対して「白」色を有するＬＥＤの印象を作り出す。
【００５５】
多くの白の印象があるため、用いられる波長および放射ピーク４０、４２、４４の対応する強度が、決定的な重要度を有する。白の印象は、より赤みを帯びたり、緑みを帯びたりしたものへと調整されることができる。
【００５６】
さらに、白色の印象は、色度図の（２色の場合に）直接接続経路が白の点を通過する各色を用いて生成されることができる。３色が用いられる場合、色度図内に色の三角形が形成される。この場合、色および強度の使用に応じて、所望の白の点が達成されることができる。上記した原理に従って、ほぼあらゆる数の混合色を実現できる。色／波長および強度レベルのバリエーションは、要求される色調に従って決定される必要がある。
【００５７】
図８（ａ）は、活性領域ＰＤ１乃至ＰＤ３がフォトダイオードとして設計されている、混合色センサ４６の純粋な概略的構成を示している。この混合色センサ４６は、基板ＳＵＢを具備する。基板ＳＵＢの下面上には、第１電極コンタクトＫ１が取り付けられている。基板ＳＵＢの上面上には、例として、ほぼ６００ｎｍ乃至６８０ｎｍの波長範囲λに亘るＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＧａＰフォトダイオードとしての第１活性領域ＰＤ１が成長させられている。この材料のバンドギャップは、検出される光よりも少し長い波でなければならない。フォトダイオードＰＤ１の上面の領域には、導電コンタクトＫ１が付されており、他の上面領域には、ＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、またはＧａＩｎＰ材料からなるｎｐ分離ダイオードＴＤ１が配置されている。分離ダイオードＴＤ１は、第２のｐｎ接合との直接接続のための低インピーダンス接続抵抗として機能する。分離ダイオードＴＤ１上には、別のフォトダイオードＰＤ２が成長させられている。フォトダイオードＰＤ２は、ほぼλ＝５５０ｎｍの波の範囲またはより長い波のＡｌＩｎＧａＰダイオードとして設計されている。この上には、別のｎｐ分離ダイオードＴＤ２が成長させられており、４００乃至４５０ｎｍのλの範囲内の波長のＧａＩｎＮダイオードとしての別のフォトダイオードＰＤ３が続く。ＲＧＢ・白色ＬＥＤの具体的な波長は、フォトダイオード層ＰＤ１乃至ＰＤ３において選択的に吸収され、電気信号を生成する。この電気信号は、読み取られて、評価される。信号４８、５０、５２の対応する強度は、図８（ｂ）の強度分布において見て取れる。上記の原理に従って、ほぼあらゆる数の混合色センサが実現されることができる。
【００５８】
上記のように、多ピークダイオードまたは多波長ダイオードは、分離ダイオードコンタクトＴＤ１乃至ＴＤｎまたは導電コンタクトＬＫによって直列接続されることができる。このことが、図９（ａ）の白光ＲＧＢダイオード５４の例において記載されている。この混合色ＬＥＤ５４は、下面上にコンタクトＫ１を有し且つ下側活性領域ＡＺ１を伴った基板ＳＵＢを具備する。分離ダイオードＴＤ１および中央活性領域ＡＺ２がこれに続く。ある材料系がこの下の系の上に成長させられることが、例えば格子定数、結晶構造、成長温度等が違い過ぎるために、できない場合、金属コンタクトのような導電コンタクトＬＫが直列接続に用いられることができる。チップオンチップ接合を用いて、接着剤、半田付け、接合、密着、圧着等によって取り付けられることができる。これにより、２つのチップの接触が可能となる。基板（ＳＵＢ）、活性領域ＡＺ１、分離ダイオードＴＤ１、中央発光ダイオードＡＺ２からなるダイオードスタック５８は、表面においてただ１つの接合コンタクトＢＫを備えている。基板ＳＵＢ、活性領域ＡＺ３を有する発光ダイオードを具備する別のチップ５６は、下面上に配置された金属コンタクトＫを介して、下側のチップ５８の接合コンタクトＢＫと接続される。この結果、遷移が滑らかになる。
【００５９】
例えば、下側チップは、波長λが６００ｎｍ乃至６８０ｎｍ（赤）の範囲内にあるＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＧａＰダイオードＡＺ１が、発光ダイオードとして基板上に成長させられるという特徴を有する。この上に、ＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ材料のｎｐ分離ダイオードＴＤ１が成長させられる。これは、直列接続のための低インピーダンス接続抵抗として、中央ｐｎ接合ＡＺ２に続く。発光ダイオードＬＥＤ２としての中央ｐｎ接合は、波長λが５５０ｎｍ（緑）の範囲内にあるＡｌＩｎＧａＰダイオードとして設計されている。発光ダイオードＡＺ２は、導電性のＢＫを備えている。このチップ５８を用いて、上側チップ５６が、例えば接着剤で接着され、半田付けされ、接合され、密着され、圧着される等によって、固定される。このチップは、青色を発光し、透明または導電性基板を用いて例えばＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、またはＧａＮ材料のような材料からなる。上側チップ５６のダイオードＡＺ３は、ほぼ４００乃至４５０ｎｍの範囲内の波長λを有する。
【００６０】
スペクトル分布６０は、図９（ｂ）に示されており、３つの色ピーク６２、６４、６６の経路を示している。これは、人間の目に対して、白色の印象を生成する。
【００６１】
多くの白の組み合わせがあるので、ここでも主要な要素は、用いられる波長およびその結果の発光ピークの強度である。白の印象は、より赤みを帯びたり、緑みを帯びたり、青みを帯びたりしたものへと調整されることができる。
【００６２】
白色の印象は、色度図の（２色の場合に）直接接続経路が白の点を通過する各色を用いて生成されることができる。３色が用いられる場合、色度図内に色の三角形が形成される。この場合、色およびその強度の使用に応じて、所望の白の点が達成されることができる。これらの原理に従って、多くの混合色を実現することができる。色／波長および強度のバリエーションは、所望の色調に対して、調整される必要がある。
【００６３】
更なる実施形態である発光半導体装置６８が図１０に示されている。この半導体装置は、個々の複数のピークの強度が構造的構成内にまとめられることを可能とし、表面を増やし、表面面積を広げることによって、強度の増加を可能とする。加えて、この手法では、全体の構造について、成長させられた構造の一部のみが電気信号を供給されることが可能である。
【００６４】
下面上に配置されたコンタクトＫ１を伴った基板ＳＵＢ上に、ダイオード構造の全体が成長させられる。成長させられた構造を技術的に分離し、技術的に取り除くことによって、縮小されたダイオード構造７２が得られる。第１ダイオード構造７０は、分離ダイオードＴＤ１乃至ＴＤ５を介して順次直列に接続された一連の発光ダイオードＡＺ１乃至ＡＺ５を具備する。コンタクトＫ２は、最上のＡＺ５に付される。
【００６５】
ダイオード構造７２は、ダイオードスタック７０のダイオード層に並列に、分離ダイオードＴＤ１、ＴＤ２によって分離された発光ダイオードＡＺ１乃至ＡＺ３を具備する。コンタクトＫ３は、上側発光ダイオードＡＺ３上に設けられる。
【００６６】
この配置によって、発光ダイオードＡＺ１、ＡＺ２、発光ダイオードＡＺ３からの強度の増加が、部分的な表面面積の増加によって達成されることができる。
【００６７】
別の実施形態は、構造的構成７４を具備する。この構造において、基板ＳＵＢ上に２つのダイオード構造７６、７８が配置されている。このダイオードスタックは、上記のように、分離ダイオードＴＤ１乃至ＴＤ５を介して相互に接続された、例えば５つの一連の発光ダイオードＡＺ１乃至ＡＺ５を具備する。
【００６８】
ダイオード構造７８は、分離ダイオードＴＤ１、ＴＤ２を介して直列接続された発光ダイオードＡＺ１、ＡＺ２を具備する。構造的構成７４は、発せられた光が部分領域７８を介して電気信号を供給される特徴を有する。
【００６９】
上記した技術的な変化形は、ある強度ピークが、構造構成６８、７４内にまとめられることを可能とする。加えて、表面の増加の結果、強度の増加が可能となる。また、このようにして、構造７０、７２、または７６、７８の全体について、部分領域は電気信号を供給されることができる。
【００７０】
ここまでで羅列したシステム的または技術的な変化形の全ては、チップ構造においてまたはディスプレイとして適用されることができる。例えば下側電極Ｋ１を伴った下地基板ＳＵＢを具備するカラーディスプレイ８０の概略的な構造が図１２に示されている。ピクセル８２ごとに、対応する色が選択的に活性化される。
【００７１】
この接続におけるピクセル８２は、図１乃至１１と共に記載された上記の実施形態の構造を具備している。これらは、ＲＧＢチップから構成される。このディスプレイ構成によって、非常に明るく照らされ且つ非常に小さなピクセル構造であるために非常に高い解像度を有するディスプレイのスクリーンが生成されることができる。
【００７２】
多波長ダイオードの原理は、広い範囲の応用例に用いられることができる。例えば、
・１チップを用いた高輝度の白色ＬＥＤおよび混合色ＬＥＤの製造に起因して、照明分野において
・混合色光の観測および光スペクトルの組成の検出において用いられる多波長フォトダイオード（センサ）
・センサ技術（スペクトル分析、色彩測定、その他）における帯域放射ダイオード
・個々の仕様に応じて、１チップ設計が製造されることが可能
・非常に高い解像度および光度を有する小サイズまたは中サイズディスプレイ
・同じ送信周波数での異なる色の信号のデータ送信（グラスファイバー送信）等
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１は、２ピークダイオードの概略的構成とこれに関連する波長強度分布を示す。
【図２】図２は、様々な半導体材料の材料特性の概要を示す。
【図３】帯域放射ダイオードの例とこれに関連する例示的な波長強度分布を示す。
【図４】図４は、図３に活性領域と分離ダイオードとの間に配置された吸収層を付加した例示的な帯域放射ダイオードと、例示的な波長強度分布を示す。
【図５】図５は、明白に活性可能な活性領域を有する例示的な多波長ダイオードの概略的な構成を示す。
【図６】図６は、例示的な混合色発光ダイオード（茶色）の概略的な構成と例示的な波長強度分布を示す図。
【図７】図７は、例示的な混合色発光ダイオード（白色）の概略的な構成と例示的な波長強度分布を示す図。
【図８】図８は、例示的な混合色センサの概略的な構成と、これに関連する波長強度分布を示す。
【図９】図９は、分離ダイオードコンタクトまたは金属コンタクトを有する例示的な多ピーク発光ダイオードの概略的な構成と例示的な波長強度分布を示す。
【図１０】図１０は、個別に活性化可能なダイオード構造を有する半導体構造の概略的な構成を示す。
【図１１】図１１は、個別に活性化可能なダイオード構造を有する半導体構造の概略的な構成を示す。
【図１２】図１２は、カラーディスプレイの概略的な構成を示す。
【図１】
2007520071.tif 000003
【図２】
2007520071.tif 000004
【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】
2007520071.tif 000009
【図８】
2007520071.tif 000010
【図９】
2007520071.tif 000011
【図１０】
2007520071.tif 000012
【図１１】
2007520071.tif 000013
【図１２】
2007520071.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成18年3月6日(2006.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
規定数の光波長を放射または吸収する多波長ダイオードの形態を取った、発光ダイオードまたはフォトダイオード（１０、１６、２４、２６、３６、４６、５４、６８、７４、８０）のような、活性領域を有する半導体構造であって、前記半導体構造は、それぞれが異なる波長の光を放射または吸収する少なくとも２つの活性領域（ＡＺ乃至ＡＺｎ）を有し且つ第１（下側）活性領域ＡＺ１が表面上に成長させられた基板（ＳＵＢ）を具備し、
少なくとも１つの別の（上側）活性領域（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）がエピタキシャル成長され、前記活性領域（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）が前記下側活性領域（ＡＺ１）から前記上側活性領域（ＡＺｎ）に向かって低インピーダンス抵抗として機能する少なくとも１つの分離層（ＴＤ１乃至ＴＤｎ）を介して直列接続され、前記分離層（ＴＤ１乃至ＴＤｎ）は分離ダイオードまたはトンネルダイオードの形態を取って相互極性（gegenpolarisierter）のｎｐまたはｐｎ接合として設計され、前記下側活性領域（ＡＺ１）と上側活性領域（ＡＺｎ）との間に１つ以上のさらなる活性領域（ＡＺｎ）がエピタキシャル成長され、前記下側活性領域（ＡＺ１）は低いエネルギーバンドギャップを有し、続く活性領域（ＡＺ２乃至ＡＺｎ）のそれぞれが１つ前の活性領域より高いエネルギーバンドギャップを有し、分離ダイオードまたはトンネルダイオードを成長またはエピタキシャル形成させるために用いられる半導体材料はその下で用いられている半導体材料よりも少し高い間接的バンド接合またはエネルギーバンドギャップを有し、
前記活性領域（ＡＺｎ）のｐｎ層と同じ材料を有する吸収層が、活性領域（ＡＺｎ）上に成長させられていることを特徴とする半導体構造。
【請求項２】
規定数の光波長を放射または吸収する多波長ダイオードの形態を取った、発光ダイオードまたはフォトダイオード（１０、１６、２４、２６、３６、４６、５４、６８、７４、８０）のような、活性領域を有する半導体構造であって、前記半導体構造は、それぞれが異なる波長の光を放射または吸収する少なくとも２つの活性領域（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）を有し且つ第１（下側）活性領域ＡＺ１が表面上に成長させられた基板（ＳＵＢ）を具備し、少なくとも１つの別の（上側）活性領域（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）がエピタキシャル成長され、前記活性領域（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）は前記下側活性領域（ＡＺ１）から前記上側活性領域（ＡＺｎ）に向かって低インピーダンス抵抗として機能する少なくとも１つの分離層（ＴＤ１乃至ＴＤｎ）を介して直列接続され、前記下側活性領域（ＡＺ１）と上側活性領域（ＡＺｎ）との間に１つ以上のさらなる活性領域（ＡＺｎ）がエピタキシャル成長され、前記下側活性領域（ＡＺ１）は低いエネルギーバンドギャップを有し、続く活性領域（ＡＺ２乃至ＡＺｎ）のそれぞれが１つ前の活性領域より高いエネルギーバンドギャップを有し、前記分離層（ＴＤ１乃至ＴＤｎ）が金属コンタクトとして設計され、
前記活性領域（ＡＺｎ）のｐｎ層と同じ材料を有する吸収層が、活性領域（ＡＺｎ）上に成長させられていることを特徴とする半導体構造。
【請求項３】
前記基板（ＳＵＢ）の材料が、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、Ｃ、サファイア、またはダイアモンドであることを特徴とする請求項１または２の、活性領域を有する半導体構造。
【請求項４】
前記活性領域（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）の材料が、ＧａＡｓ、（適切な組成の）ＧａＩｎＰ、（多くの適切な組成の）ＡｌＧａＡｓ、（適切な組成の）ＧａＩｎＡｓ、（多くの適切な組成の）ＡｌＩｎＧａＰ、ＧａＡｓＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＩｎＮ、（適切な組成の）ＧａＩｎＡｌＮ、ＧａＡｌＳｂ、ＧａＩｎＡｌＳｂ、ＣｄＴｅ、ＭｇＳｅ、ＭｇＳ、６ＨＳｉＣ、ＺｎＴｅ、ＣｇＳｅ、ＧａＡｓＳｂ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓＮ、４Ｈ−ＳｉＣ、ａ−Ｓｎ、ＢＮ、ＢＰ、ＢＡｓ、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＨｇＴｅ、ＨｇＣｄＴｅ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＩｎＳｂ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＩｎＡｓ、および（または）ＡｌＳｂの１つ以上であるか含むことを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項５】
帯域放射ダイオード（１６）が、
ＧａＡｓまたはＧｅ基板（ＳＵＢ）と、
前記基板上に成長させられたＧａＡｓダイオード（ＡＺ１）（下側ダイオード）と、
この上の、交互の連なる、前記ＧａＡｓダイオード（ＡＺ１）上に成長させられた、ＧａＩｎＰ分離ダイオード（ＴＤ）またはＡｌＧａＡｓ分離ダイオード（ＴＤ１・・・ＴＤｎ）のような分離ダイオードと、これに続く、前記分離ダイオード上に成長させられたＧａＩｎＰダイオード（ＡＺ３）またはＡｌＧａＡｓダイオード（ＡＺ３乃至ＡＺｎ）と、
を有し、
帯域放射範囲が、ダイオード（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）の数および、ピークの数および幅が、１つのピークでは達成されないような同時発光範囲を形成し且つこの結果放射範囲が得られるように規定される、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項６】
個々の活性領域（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）のそれぞれが、接続リードとの接続のための自身用の金属コンタクト（Ｋ）を備えることを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項７】
混合色ＬＥＤ（２６）（茶色）が、
ＧａＡｓまたはＧｅ基板（ＳＵＢ）と、
前記基板上に成長させられた、例えばＧａＩｎＰ（またはＡｌＧａＩｎＰ）からなる下側活性領域（ＡＺ１）と、
前記下側活性領域上に成長させられた、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなる第１分離ダイオード（ＴＤ１）と、
前記分離ダイオード上に成長させられた、ＡｌＩｎＧａＰからなる中央活性領域（ＡＺ２）と、
第２分離ダイオード（ＴＤ２）と、
前記第２分離ダイオード上に成長させられた、ＡｌＩｎＧａＰからなる上側活性領域（ＡＺ３）と、
を有することを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項８】
混合色ＬＥＤ（３６）が、
ＧａＡｓまたはＧｅ基板（ＳＵＢ）と、
前記基板上に成長させられた下側活性領域（ＡＺ１）と、
を有し、
間にトンネルダイオード（ＴＤ１乃至ＴＤｎ）が配置された２つのさらなる活性領域（ＡＺ２乃至ＡＺｎ）と、電極との接続のための金属コンタクト（Ｋ）を有する上側活性領域（ＡＺｎ）と、が前記下側活性領域に続くことを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項９】
前記活性領域（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）の間に配置された前記金属コンタクト（Ｋ、ＢＫ、ＬＫ）が接着、半田付け、圧着、接合、または密着されることを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項１０】
前記下側活性領域（ＡＺ１）が約６２０ｎｍの波長を有するＡｌＩｎＧａＰ材料からなり、前記中央活性領域（ＡＺ２）が約５５０ｎｍの波長を有するＡｌＩｎＧａＰ半導体材料からなり、前記上側活性領域（ＡＺ３）が約４００乃至４５０ｎｍの範囲に亘る波長を有するＧａＩｎＮ半導体材料からなる、ことを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項１１】
最上の活性領域（ＡＺｎ）が、接合コンタクトのようなコンタクト（ＢＫ）を有することを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項１２】
前記活性領域（ＡＺ１乃至ＡＺｎ）、ＰＤ１乃至ＰＤｎ）を有する半導体構造（４６）が、混合色センサであって、前記活性領域（ＰＤ１乃至ＰＤｎ）がフォトダイオードとして設計され、入射する混合色光が関連する活性領域において選択的に吸収され、この活性領域から生成された電流が選択的に取り出される、ことを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項１３】
前記混合色センサ（４６）が、
下面上に金属電極（Ｋ）が付されまたは成長させられ、上面上にＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＧａＰフォトダイオード（ＰＤ１）が付されまたは成長させられた、ＧａＡｓまたはＧｅ基板（ＳＵＢ）と、
前記フォトダイオード上に付され、ＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、またはＧａＩｎＰ材料からなるｎｐ分離ダイオード（ＴＤ１）と、
ＡｌＩｎＧａＰフォトダイオード（ＰＤ２）からなる第２ｐｎ接合と、
ｎｐ分離ダイオード（ＴＤ２）と、
ＧａＡｌＮまたはＡｌＧａＩｎＮフォトダイオード（ＰＤ３）として設計された第３ｐｎ接合と、
を有することを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項１４】
前記第１フォトダイオード（ＰＤ１）がλ＝６００ｎｍ乃至６８０ｎｍの波長内にあり、前記中央フォトダイオード（ＰＤ２）がλ＝５５０ｎｍの波長内にあり、前記第３フォトダイオードがλ＝４００ｎｍ乃至４５０ｎｍの波長内にある、ことを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項１５】
前記光検出フォトダイオード（ＰＤ１乃至ＰＤｎ）が、電極との接続のための金属コンタクト（Ｋ）を備えることを特徴とする、先行する請求項の少なくも１つの半導体構造。
【請求項１６】
発光ダイオードまたはフォトダイオードのような、前記活性領域を有する半導体構造が、カラーディスプレイ（８０）を形成することを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【請求項１７】
前記カラーディスプレイ（８０）が、請求項１乃至１７の少なくとも１つの複数の発光半導体装置（８２）から形成され、前記カラーディスプレイ（８０）の１つのピクセル（８２）が発光半導体装置に該当し、各ピクセル（８２）および対応する色が選択的に活性化されることを特徴とする、先行する請求項の少なくとも１つの、活性領域を有する半導体構造。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルまたは請求項２のプリアンブルに係る、活性領域を有する半導体構造に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
請求項１のプリアンブルに係る、活性領域を有する半導体構造は、例えば、J.P. Contour, i.a. “(GaAl)As tunnel junctions grown by molecular beam epitaxy: intercell ohmic contacts for multiple-band-gap solar cells”, IEE, Stevenage, GB, November 1984から知られている。記載されている内容は、エピタキシャル成長され、他の活性領域の上に位置し且つ分離ダイオードによって相互に分離された光電子活性領域を有する半導体構造である。各活性領域は、この活性領域の下方の活性領域よりも高いエネルギーバンドギャップを有し、分離ダイオードの半導体材料は、各場合において、これの下に位置する半導体材料よりも少し高いエネルギーバンドギャップを有する。
US-A-5,166,761から、モノリシックでカスケードセル構造の多波長ダイオードが知られている。このダイオードは、２つのｐｎ接合を有し、この少なくとも２つのｐｎ接合のそれぞれが本質的に異なるバンドギャップを有し、電気的接続素子がこの少なくとも２つのｐｎ接合を介して共にエネルギーを供給される。また、このダイオードは、トンネル接合を具備する。
請求項２のプリアンブルに係る、活性領域を有する半導体構造は、EP-B-0 649 202に記載されている。この記載は、半導体レーザーおよびこのレーザーを生成するための方法に関する。半導体レーザーは、複数の半導体チップが、各レーザー放射面が相互に平坦になるように順次積層され、各レーザーチップは、１つの活性層を含むエピタキシャル層を付された基板を有している。
活性領域を有する他の半導体構造は、Applied Physics LettersのVol. 79, No. 16, 2001の2532の2534ページにおけるI. Ozden等による“A dual-wavelength indium gallium nitride quantum well light emitting diode”の記事に記載されている。この記事は、２つの活性インジウム窒化ガリウム／窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ／ＧａＮ）多量子井戸部分を有するモノリシックの２波長（青／緑）発光ダイオード（ＬＥＤ）を扱っている。この部分は、ｐ＋＋／ｎ＋＋／ＩｎＧａＮ／ＧａＮトンネル接合がＬＥＤ間に挿入される１つの垂直エピタキシャル構造の一部である。この部分は、それぞれ、４７０ｎｍ、５３５ｎｍで放射する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記の記載に基づいて、本発明の目的は、活性領域を有し、関連する活性領域の発光強度の調整が達成されるような、半導体構造をさらに発展させることである。
【課題を解決するための手段】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
この目的は、本発明によって、活性領域上に、活性領域のｐｎ層と同じ材料を有する吸収層を成長させることで達成される。これは、直列接続の場合の関連する活性領域から発せられた光の強度を調節する目的のために行われる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
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