(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のナノワイヤの組及びコンタクト手段を具備し、前記複数のナノワイヤの組の各ナノワイヤは基板から突出し、前記複数のナノワイヤの組の各ナノワイヤはｐｎ接合又はｐｉｎ接合（１６０）を具備し、前記組の上面および側面は光反射コンタクト層又は透明コンタクト層（１３０）で被覆され、かつ前記組のナノワイヤとナノワイヤとの間の間隙には前記光反射コンタクト層又は透明コンタクト層（１３０）が充填され、前記光反射コンタクト層又は透明コンタクト層（１３０）は前記組のためのコンタクトグループを形成し、前記コンタクト手段は各ナノワイヤの底部（１４５）と電気的にコンタクトし、前記光反射コンタクト層又は透明コンタクト層（１３０）は前記ｐｎ接合又はｐｉｎ接合を介して前記コンタクト手段と電気的にコンタクトしている、ナノ構造のＬＥＤであって、前記コンタクト手段は、前記組の外側に配置された第１グループのコンタクトパッド（１９０）であり、前記第１グループのコンタクトパッド（１９０）は、分散され且つ互いに離間して配置され、前記ナノ構造のＬＥＤは、前記組の上面を被覆する前記光反射コンタクト層又は透明コンタクト層（１３０）の上面の上に分散された、第２グループの分散されたコンタクトパッド（１８０）を更に具備することを特徴とするナノ構造のＬＥＤ。
【請求項２】
前記基板は、前記基板と前記少なくとも１つのナノワイヤとの間にバッファ層（１２０）を具備する請求項１記載のナノ構造のＬＥＤ。
【請求項３】
前記光反射コンタクト層又は透明コンタクト層（１３０）は、複数のコンタクトグループのナノワイヤ（１１０）を規定する請求項１記載のナノ構造のＬＥＤ。
【請求項４】
少なくとも１つのコンタクトグループのナノワイヤ（１１０）を個別に且つ他のグループのナノワイヤ（１１０）とは無関係にアドレス指定可能なように、前記第２のグループのコンタクトパッド（１８０）のうち１つ以上のコンタクトパッドは、前記少なくとも１つのコンタクトグループのナノワイヤ（１１０）と個別にコンタクトしている請求項１記載のナノ構造のＬＥＤ。
【請求項５】
個別に且つ前記他のグループのナノワイヤ（１１０）とは無関係にアドレス指定可能であるような複数のコンタクトグループのナノワイヤが存在する請求項４記載のナノ構造のＬＥＤ。
【請求項６】
前記第１グループの分散されたコンタクトパッド（１９０）のすべてのコンタクトパッドは、前記バッファ層（１２０）を介して接続される請求項２から５のいずれか１項に記載のナノ構造のＬＥＤ。
【請求項７】
前記ナノワイヤ及び前記第１グループの分散されたコンタクトパッド（１９０）は、前記基板の同一の側に配置される請求項１から６のいずれか１項に記載のナノ構造のＬＥＤ。
【請求項８】
前記ナノ構造のＬＥＤは、前記第１グループのコンタクトパッド（１９０）及び第２グループのコンタクトパッド（１８０）に結合されたキャリア構造（２８０）を具備する請求項１から７のいずれか１項に記載のナノ構造のＬＥＤ。
【請求項９】
前記第１グループのコンタクトパッド（１９０）及び／又は前記第２グループのコンタクトパッド（１８０）は、アレイを形成する請求項４から８のいずれか１項に記載のナノ構造のＬＥＤ。
【請求項１０】
前記光反射コンタクト層（１３０）はアルミニウム又は銀である請求項１から９のいずれか１項に記載のナノ構造のＬＥＤ。
【請求項１１】
前記光反射コンタクト層（１３０）は、前記第１の領域の周辺ナノワイヤの側壁に沿って下方へ延出している請求項１から１０のいずれか１項に記載のナノ構造のＬＥＤ。
【請求項１２】
前記透明コンタクト層（１３０）はＺｎｘＯ１−ｘ又はＩｎｘＳｎｙＯ１−ｘ−ｙである請求項１から７のいずれか１項又は請求項９に記載のナノ構造のＬＥＤ。
【請求項１３】
前記ナノ構造のＬＥＤはキャリア構造に接着される請求項１から１１のいずれか１項に記載のナノ構造のＬＥＤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤに関する。特に、本発明はナノ構造のＬＥＤに関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノワイヤ系ＬＥＤ（発光ダイオード）は、例えば、シリコン又はＧａＮのような基板の上に成長させた半導体ナノワイヤ又は半導体ナノワイヤのアレイから構成される。通常、そのような基板上に平坦なバッファ層をまず成長させ、その後、バッファ層の面上にナノワイヤのアレイを成長させる。バッファ層はナノワイヤを成長させるための基層として使用される。更に、バッファ層は電流を搬送する働きをしてもよい。通常、バッファ層はＬＥＤにより放射される光を透過する。
【０００３】
各ナノワイヤはバッファ層から突出し、ナノワイヤコアの周囲に又はナノワイヤ軸に沿ってｐｉｎ接合を形成する複数の材料領域を含む。ｐ領域及びｎ領域にそれぞれ電荷キャリアが注入された場合、それらの電荷キャリアはｉ領域で再結合し、この再結合により光が発生する。光は各ナノワイヤの内側で無作為に発生し且つあらゆる方向に放射される。このような構造の１つの問題点は、発生する光のうち所望の方向に放射される光がごく一部であるため、光の大部分が浪費されてしまうことである。
【０００４】
ナノワイヤ系ＬＥＤのもう１つの問題点は、活性領域、ｐｉｎ接合への電流搬送に際して、この構造がバッファ層の導電率に依存することである。大型デバイスの場合、コンタクトとＬＥＤ内部のナノワイヤとの離間距離は相当に長くなるので、バッファ層に沿って電圧降下及び抵抗損失が発生する。電荷キャリアの再結合及び発光はｎコンタクト側のコンタクトパッドで主に起こるため、電流が集中し、輝度は不均一になってしまう。光を発生させるためにＬＥＤデバイスに電流を供給するキャリアにＬＥＤを実装する場合にも、この問題が依然として起こる。
【０００５】
ｐｎ接合とｐｉｎ接合との違いは、ｐｉｎ接合の活性領域が広いことである。ＬＥＤデバイスにおいて光を発生させるためにｐｎ接合及びｐｉｎ接合の双方を使用可能ではあるが、活性領域が広いと、ｉ領域における再結合の確率、従って発光の確率は高くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ナノ構造のＬＥＤの効率を向上し且つ大量生産に適合することが可能であるかということに関して、従来の構造は欠点を有する。
【０００７】
本発明の目的は、従来の技術の欠点のうち少なくともいくつかを克服することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的は、請求項１において定義されるようなデバイスにより達成される。
【０００９】
本発明に係るデバイスは、少なくとも１つのナノワイヤ及びコンタクト手段を有するナノ構造のＬＥＤを具備する。各ナノワイヤは、基板上のバッファ層から突出し且つｐｎ接合又はｐｉｎ接合を具備する。各ナノワイヤ又は少なくとも選択されたナノワイヤの上端部は、光反射コンタクト層又は透明コンタクト層で被覆される。コンタクト手段は、各ナノワイヤの底部と電気的にコンタクトし、光反射コンタクト層又は透明コンタクト層は、ｐｎ接合又はｐｉｎ接合を介してコンタクト手段と電気的にコンタクトする。従って、コンタクト手段と光反射コンタクト層又は透明コンタクト層との間に電圧が印加された場合、ナノワイヤの活性領域で光が発生する。平均直列抵抗を減少するために、フリップチップボンディングのための第１グループのコンタクトパッドが分散され且つ互いに離間してバッファ層の上面に配置される。
【００１０】
ナノワイヤＬＥＤチップのｐコンタクトパッド及びｎコンタクトパッドの位置に対応する位置にコンタクトパッドを有するキャリアの上に、このようなナノ構造のＬＥＤは配置され且つはんだ付け、超音波溶接、ボンディング又は導電性接着剤の使用により装着されてもよい。キャリア上のコンタクトパッドは、ＬＥＤパッケージの適切な給電リードに電気的に接続されてもよい。
【００１１】
本発明の１つの目的は、フリップチップ実装ＬＥＤに関連する問題を克服すること、すなわち、効率を向上し且つバッファ層における直列抵抗に関連する損失を減少することである。エネルギー消費が少ないことは、本発明の更なる利点である。
【００１２】
本発明の別の目的は、排他的且つ個別にアドレス指定可能である１つ以上のコンタクトグループのナノワイヤを具備するナノワイヤＬＥＤを提供することである。
【００１３】
本発明の実施形態は、従属請求項に定義される。本発明の他の目的、利点及び新規な特徴は、添付の図面及び請求の範囲と関連させて以下の本発明の実施形態の詳細な説明を考慮することにより明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ナノワイヤＬＥＤの概略構造を示す図である。
【図２】ａは、ナノワイヤＬＥＤの活性領域を厳密に規定する底面コンタクト及び上面コンタクトを有するナノワイヤＬＥＤを示す図であり、ｂは、排他的且つ個別にアドレス指定可能な２つの活性領域を有するナノワイヤＬＥＤを示す図である。
【図３】上面コンタクト及び底面コンタクトを有するナノワイヤＬＥＤを示す図である。
【図４】ナノワイヤＬＥＤ上にコンタクトパターンをどのようにして設計するかをいくつかの個別のコンタクトによって示唆する図である。
【図５】ナノワイヤＬＥＤ上にコンタクトパターンをどのようにして設計するかをいくつかの個別のコンタクトによって示唆する別の図である。
【図６】ｐコンタクトとｎコンタクトとの間にコンタクトバンプを有するキャリアに接合されたナノワイヤ構造を示す図である。
【図７】冷却フランジとして作用するナノワイヤが除去されているコンタクトナノワイヤ群の間の領域を有するＬＥＤデバイスを示す図である。
【図８】電子制御回路を有するキャリアに実装されたフリップチップＬＥＤを示す図である。
【図９】車両のスマートヘッドライトとして使用可能なＬＥＤデバイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１６】
以下に説明される実施形態は、すべてナノ構造のＬＥＤに基づくものであり、そのようなナノ構造のＬＥＤの従来の構造は国際公開ＷＯ第２００８／０４８７０４号に記載される。
【００１７】
以下の説明中、「ナノ構造」又は「ナノ素子」という用語は、少なくとも２つの寸法が約１μｍ以下であるような構造を意味する。
【００１８】
図１に示される本発明に係るナノ構造のＬＥＤの一実施形態において、基板又は基板上（基板は図示されない）に堆積されたバッファ層１２０からナノワイヤ１１０が突出している。基板又はバッファ層１２０は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、石英、ガラス、ＧａＮ又はナノワイヤの成長及びその後の処理に適する他の任意の材料でありうる。バッファ層１２０は基板材料とは異なる材料から形成されてもよい。通常、所望のナノワイヤ材料に適合していて、その後の処理におけるナノワイヤを成長させるためのベースを形成するように、バッファ層１２０は選択される。すなわち、ナノワイヤ及びバッファ層の格子パラメータがナノワイヤの成長を受け入れるようにバッファ層１２０は選択される。先に引用した出願の中で説明される方法を利用することにより、ナノワイヤの成長が実現されてもよく、その場合、周知のマスク技術によりｐｎ接合又はｐｉｎ接合１６０が形成される。ナノワイヤは任意の半導体材料から形成されうるが、ＬＥＤの製造には、ＧａＮ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ及びＩｎＧａＮなどのＩＩＩ−Ｖ族半導体が好適である。次に、指定されるいくつかの領域においてバッファ層１２０に達するまでエッチングすることにより、ナノワイヤは除去される。その結果、ナノワイヤが基板から突出する第１の領域と、ナノワイヤがなく、第１の領域のナノワイヤの底部１４５と電気的にコンタクトする第２の領域とが形成される。コンタクト手段を形成するために、第２の領域に金属又は大量の不純物がドープされた半導体が配置される。以下の説明において、「ｐｉｎ接合」という用語は、特に示さない限り、ｐｎ接合及びｐｉｎ接合の双方を含むことを意図する。
【００１９】
従って、原則として、ナノワイヤが除去されているためにバッファ層又は基板とコンタクトする第１グループのコンタクトパッド１９０の場所を除いて、基板はナノワイヤで被覆されている。本発明によれば、第２グループのコンタクトパッド１８０及び光反射コンタクト層又は透明コンタクト層１３０は、図２のａに示されるようにナノワイヤ１１０上に規定され、従って、ＬＥＤデバイスの発光活性領域を厳密に規定する。第２グループのコンタクトパッド１８０及び光反射コンタクト層又は透明コンタクト層１３０により規定される領域の外側に配置されたすべてのナノワイヤ１１０は、電気的には機能せず、第１グループのコンタクトパッド１９０と第２グループのコンタクトパッド１８０との間に電圧が印加された場合の光の発生には寄与しない。活性領域の外側に配置されたナノワイヤに対する電流の漏れは起こらない。従って、ナノワイヤ技術は、プレーナ技術においては不可能であった第２グループのコンタクトパッドによる活性領域の厳密な規定を可能にするという独自の特徴を有する。
【００２０】
図２のｂは、第２グループのコンタクトパッド１８０のコンタクトパッドが２つある本発明の一実施形態を示す。先に説明したように、第２グループのコンタクトパッド１８０及び光反射コンタクト層１３０又は透明コンタクト層１３０の下方に配置されたナノワイヤ１１０のみが、電圧印加時の光の発生に寄与する。図２のｂにおいて、ナノワイヤの上端部に２つのコンタクトが分散されていることにより、第２グループのコンタクトパッド１８０及び光反射コンタクト層又は透明コンタクト層１３０により規定される２つのコンタクトグループのナノワイヤを排他的且つ個別に制御することが可能になる。活性領域の外側のナノワイヤへの電流漏れはないので、活性領域の分解能はコンタクトパターンの分解能により厳密に決定される。従って、複数のコンタクトグループのナノワイヤを有し、すべてのコンタクトグループのナノワイヤを排他的且つ個別にアドレス指定可能である基板を、例えば、ディスプレイ、赤‐緑‐青ＬＥＤ構成（ＲＧＢ）、調光器、車両のヘッドライトなどとして使用可能である。
【００２１】
図３を参照すると、第１の領域において突出するナノワイヤの上端部１４０に、光反射コンタクト層１３０、すなわちミラー層を形成する金属反射鏡が形成されていることがわかる。光反射コンタクト層１３０はいくつかの方法で形成できるが、ＰＶＤ（物理気相成長）法及び周知のマスク技術の使用は好適な方法である。反射鏡はアルミニウム又は銀から製造されるのが好ましいが、他の金属又は合金が使用されてもよい。光反射コンタクト層１３０の目的は、光が構造から好適な方向以外の方向へ反射されるのを阻止し且つ放射された光を１つの方向に集束することである。更に、光反射コンタクト層１３０はナノワイヤの上端コンタクトとしても通常機能する。
【００２２】
ナノワイヤ系ＬＥＤは正面発光型又は背面発光型である。すなわちナノワイヤの中で発生された光は、ナノワイヤの上端から放射されるか、又はナノワイヤの底部、バッファ層及び基板を介して放射されるかのいずれかである。このようなナノワイヤ系ＬＥＤは、通常、機械的支持体を構成すると共に電気的な接続も実現するキャリアに実装される。キャリアは、光を吸収してはならないか又はデバイスからの光の放射を制限してはならない。効率のよいＬＥＤを構成する１つの方法は、フリップチップデバイスを製造することである。光スペクトルの可視領域で高い反射率を有する金属層がナノワイヤの上端に形成される。ナノワイヤのためのベースを形成するバッファ層１２０を通して光を放射させるために、ナノワイヤ成長後の基板は、処理の一部として、バッファ層１２０を残しながら除去される。ナノワイヤの上端に向かって誘導された放射光は、その後に金属層に入射した時点で反射され、図３に示されるように構造から射出する光に関して明らかに優勢な放射方向を規定する。このような構造の製造方法により、放射光のうちはるかに多くの部分が所望の方向に誘導されるようになるので、ＬＥＤの効率は向上する。
【００２３】
構造をキャリアウェハ２８０（図６）又は超小型電子構造に装着可能にするために、底面層とも呼ばれるバッファ層１２０及び上面層とも呼ばれる光反射コンタクト層１３０の上にコンタクトパッドが形成されなければならない。これを実行する第１の方法は、バッファ層の上に１つのコンタクトを形成し且つミラー層の上に１つのコンタクトを形成することにより、当該層自体が電流をナノワイヤに配分するような構造を形成する。この場合、ナノワイヤのグループの個別アドレス指定を可能にするために１つのコンタクト層の少なくとも１つのコンタクトパッドを配分しなければならなくなるので、１つのナノワイヤ又は１つのナノワイヤのグループを残りのナノワイヤ又はナノワイヤのグループから独立してアドレス指定することは不可能になる。更に、コンタクト層ごとに１つのコンタクトを設けることにより、その層における導通距離が相対的に長くなってしまうので、例えば抵抗損失などの損失が発生する。コンタクトを形成する第２の好適な方法は、バッファ層１２０の面全体にわたる電流密度を均等化するために、例えば、コンタクトパッドの介在アレイから成る層を形成することにより、バッファ層１２０の面全体にいくつかのコンタクトパッドを形成し且つ分散させる。これにより、バッファ層における直列抵抗に起因する抵抗損失が減少するため、ＬＥＤデバイスの効率は改善される。層の抵抗率が増加するにつれて、抵抗損失の影響は大きくなる。抵抗率の低い金属層の場合、利得は小さいが、半導体バッファ層のように高い抵抗率を有する層の場合には、利得は著しく大きくなる。バッファ層の上の第１グループのコンタクトパッド１９０はカソードとも呼ばれうる。光反射コンタクト層の上の第２グループのコンタクトパッド１８０はアノードとも呼ばれうる。
【００２４】
ナノワイヤのコンタクトグループは少なくとも１つのナノワイヤを具備するが、各コンタクトグループは複数のナノワイヤを具備するのが好ましい。１つのナノワイヤグループが複数のナノワイヤを含むことにより、ナノワイヤのグループが１つのナノワイヤの機能性による影響を大きく受けることがなくなるので、デバイスの信頼性は向上する。しかし、本明細書における用語「グループ」は、１つのナノワイヤのコンタクトグループがナノワイヤを１つしか含まない場合も含むように定義される。
【００２５】
分散形コンタクトパッドを使用する方法は、光反射コンタクト層１３０の上の第２の領域にも適用可能である。この層は金属層である場合が非常に多いが、高い光反射率及び相対的に高い導電率を有する複合材料から形成されてもよい。光反射コンタクト層１３０が正しく設けられている場合、分散形コンタクトパッドは、少なくとも１つのグループのナノワイヤの排他的且つ個別のアドレス指定を可能にする。金属光反射コンタクト層１３０が使用される場合であっても、分散形コンタクトパッドを使用することのもう１つの本質的な利点は、構造がキャリアウェハ２８０に接合される場合にコンタクトの数が増すことによる構造支持の能力が向上することである。
【００２６】
第１グループのコンタクトパッド１９０に関して、コンタクトパッドが上面層及び底面層と短絡しないのであれば、コンタクトパッドの分散は、多くの異なる方法により且つ多くの幾何学形状で、原則として任意のパターンを使用して実行されてよい。分散形コンタクトパッドの利点は、それらのコンタクトパッドが塗布される層に対する電流分布を均等化できることであり、これは、不規則パターンの分散形コンタクトパッドでも実現可能な利点である。従って、電流分布効果が実現される限り、コンタクトパッドの幾何学的配列は重要な問題ではない。
【００２７】
本発明の一実施形態において、コンタクトパッドのコンタクトパターンは、上面層及び底面層の各々に対して複数のアレイを使用し且つ上面相及び底面層のコンタクトパッドのアレイを単純に互いに対して横方向にずらすことにより形成される。底面層のコンタクトパッドは、例えばバッファ層を介してすべて接続されてもよく、従って、このコンタクト層が個別アドレス指定に使用されない限り、コンタクトパッドは、ナノワイヤ間、又はナノワイヤのグループ間で分散されてもよい。上面層のコンタクトパッドも分散されるが、光反射コンタクト層１３０が個別アドレス指定に使用される場合、図７及び図８に示されるように光反射コンタクト層１３０を介してコンタクトパッドが互いに接続されることはまったくない。
【００２８】
別の実施形態において、上面層及び底面層の第１グループのコンタクトパッド１９０及び第２グループのコンタクトパッド１８０は、図４に示されるように互いに垂直なアレイとして形成される。図４及び図５に示される構造からわかるように、電気絶縁性材料であるか又は単に導電性材料が存在しない領域であってもよい電気絶縁性部分２５０がコンタクトパッドのグループを分離している。図５において、コンタクトパッドは、第１の領域及び第２の領域で正方形又は矩形の形状のマトリクスパターンとして形成され、その後、互いに対して横方向に位置をずらされる。コンタクトパッドの幾何学的構成の組み合わせも可能である。図４及び図５の構造並びにその組み合わせは、デバイスの導通パターンを形成するために使用可能ないくつかの方法を示しているにすぎず、無限の数の方法が存在することは言うまでもない。
【００２９】
ＬＥＤ構造がはんだ付けにより別のウェハに実装される場合、コンタクトパッドはボンディング処理におけるはんだ付けバンプ２６０（図６及び図８）として機能してもよい。コンタクトパッド及びウェハの材料の種類が適切に選択された場合、それら２つの構成要素を互いに加熱ボンディングすることが可能である。別の方法はボンディング前にコンタクトパッドの上にはんだ付けバンプを実装する。はんだ付けバンプを使用してキャリアウェハにボンディングされたフリップチップＬＥＤが図６及び図８に示される。はんだ付けバンプの形状は現実の状況における形状を示すことをまったく意図しておらず、図示される形状は図を理解しやすくするためのものである。
【００３０】
図７に示される本発明の一実施形態において、ナノワイヤは、第１グループのコンタクトパッド１９０に対して１つの共通コンタクト層、例えばバッファ層を有する。ナノワイヤのグループが他のナノワイヤのグループとは無関係に排他的且つ個別にアドレス指定可能であり、その結果、１つのグループのナノワイヤが、例えば１つの画素を示すように、第２グループのコンタクトパッド１８０及び光反射コンタクト層１３０は分散され且つ電気的に分離される。これにより、異なるグループのナノワイヤが異なる特性を有する構成が得られる。例えば、異なるグループのナノワイヤが赤‐緑‐青（ＲＧＢ）構成において１つの色を示すような構成が可能である。図（図７）において、ナノワイヤのコンタクトグループはエッチングにより形成されたトレンチにより分離される。しかし、分散形ナノワイヤコンタクトの場合、これは不要である。活性領域、すなわち活性であるナノワイヤコンタクトグループは、光反射コンタクト層及びコンタクトパッドにより厳密に規定され且つ各活性ナノワイヤグループは個別にアドレス指定可能であるので、ナノワイヤコンタクトグループの間の電気的に無効な領域は、非活性ナノワイヤであってもよい。これは、漏れ電流などによってＬＥＤの個別性が破壊されてしまうＬＥＤのプレーナ製造技術においては不可能な構造である。
【００３１】
ＲＧＢ構成において個々のコンタクト領域にそれぞれ異なる色を示す方法はいくつかある。第１の電圧レベルが赤色光を示し、第２の電圧レベルが緑色光を示し且つ第３の電圧レベルは青色光を示すように、１つのグループのナノワイヤは異なる電圧レベルに対して異なる応答を示すように構成されてもよい。それにより、ナノワイヤコンタクトグループは、所望の波長の光、従って所望の色の光を放射するように制御されてもよい。使用可能な別の方法は、異なるナノワイヤのコンタクトグループを材料組成の異なるナノワイヤから製造し、それにより、同一の電圧レベルに対して異なるグループのナノワイヤが異なる応答を示すようにする。同様に、電圧が高いほど輝度は高くなり、従ってある特定のナノワイヤコンタクトグループが高電圧に対してより強い放射を発生するように、ナノワイヤコンタクトグループが印加電圧に対して応答するように構成されてもよい。このように、例えば、ＲＧＢのカラー光放射の輝度を色ごとに制御可能である。
【００３２】
別の実施形態において、各ナノワイヤグループを排他的且つ個別にアドレス指定可能であるように、基板上に複数のナノワイヤグループが配列される。活性ナノワイヤグループと呼ばれるナノワイヤグループは、電圧が印加された場合にすべて同一の特性を有してもよいが、活性ナノワイヤグループの数は所望の光の量に応じて変更されてもよい。これは、例えば車両（例えば、乗用車、トラック、貨物自動車など）のヘッドライトとしてＬＥＤを使用する場合に有用である。活性ナノワイヤ群の数によって、光の量（ハイビーム又はロービーム）を調性可能である。すなわち、活性ナノワイヤグループの数が多いほど、放射される光は増加する。更に、異なる照明モードにそれぞれ異なるナノワイヤグループを関与させてもよい。例えば、図８に示されるように、高速道路を運転する場合の照明モード、郊外を運転する場合の照明モード及び悪天候の中で運転する場合の照明モードなどがある。
【００３３】
このようなデバイスを製造するための１つの方法は、基板上のｎ型不純物添加ＧａＮバッファ層の上に１つ以上のナノワイヤアレイを成長させる。ナノワイヤは均一なアレイとして又は間隙を含む１組のサブアレイとして配列され、各サブアレイは１つの画素に対応する。ナノワイヤは、ｎ型不純物添加ＧａＮコア、活性半径方向ＩｎＧａＮ層及びｐ型不純物添加シェルから構成される。後処理中、シェルに対するｐコンタクト、金属反射鏡及び金属接合パッドを形成する金属スタックでナノワイヤはまず被覆される。デバイスの個別の画素を形成するために、金属層はパターニングされる。それらの画素は互いに電気的に絶縁される。その後、ディスプレイの活性領域の外側の領域に、バッファに対する共通ｎコンタクトが形成される。その後、例えば、エッチングによりナノワイヤは局所的に除去され、ＧａＮバッファ層を露出させるために下方の絶縁マスク層が除去される。ｎコンタクトがバッファ層に塗布され、コンタクトパッドが形成される。基板上に製造されたナノワイヤＬＥＤダイの上のｐコンタクトパッド及びｎコンタクトパッドの位置に対応するコンタクトパッドを有するサブマウントウェハの上に、基板上に製造されたナノワイヤＬＥＤダイが配置され、はんだ付け又は超音波溶接を使用して実装される。サブマウントウェハは、ＬＥＤ画素を駆動するための活性トランジスタ電流源マトリクスを更に含んでもよい。その後、研磨、エッチング、ラッピング又はそれらの方法の組み合わせにより、元の基板の材料が除去される。最後に、例えば、青色光放射から白色光を発生するために、構造から光が射出する面に色変換蛍光体層が塗布されてもよい。
【００３４】
本発明の別の実施形態において、ナノワイヤの上に位置する光反射コンタクト層１３０は、アルミニウム又は銀である。金属の中でも、銀は光スペクトルの可視領域において最良の反射係数を有するが、構造内部で被覆されない場合、通常の大気中で腐食による損傷を受けやすい。被覆層としてＳｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３又は他の任意の安定な誘電体を使用可能である。被覆層の堆積後、個々のナノワイヤ又はナノワイヤグループのミラー層への排他的且つ個別の電気的コンタクトを可能にするために、被覆層はパターニングされるのが好ましい。アルミニウムも適切な選択肢である。アルミニウムは、可視領域において銀より幾分低い反射率を有するが、乾燥した大気環境の中で非常に優れた耐腐食性を示す。デバイスの信頼性を向上するために、先に述べた被覆に加えて更なる誘電体被覆が望まれる場合もある。採用できる他の被覆材料は、例えば、加工ブラッグ反射鏡スタックに集積された場合に特定の波長間隔で銀より高い反射係数に実際に到達可能な非金属高反射率材料である。それらの材料は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４及びＡｌ２Ｏ３などの化合物から形成される多層誘電体を含む。そのような誘電体ミラーは不導体である。従って、それらの誘電体材料は、多層誘電体ミラーに先立ってナノワイヤ上に堆積される酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明導電性材料と組み合わされる。その後、透明導体への電気的接続、従ってデバイスへの電気的接続を可能にするために、多層誘電体ミラーはパターニングされなければならない。
【００３５】
本発明の別の実施形態において、第１の領域の少なくとも１つのナノワイヤグループに対して周囲ナノワイヤの側壁に沿って光反射コンタクト層１３０が下方へ延出するように、光反射コンタクト層１３０はナノ構造のＬＥＤの上面に堆積される。この構造により発生された光が構造から射出する方向は１つに限定され、その方向はユーザにより定義された好適な方向であるので、ナノ構造のＬＥＤの効率が更に向上される。他のあらゆる方向の光はただ１つの開いた射出口から射出されるまで反射される。
【００３６】
本発明の別の実施形態において、ナノ構造のＬＥＤは、高い導電率を有する接着剤を使用して新たなキャリアウェハ２８０に接着される。これは、新たなキャリアウェハ２８０が複雑なリードのパターンを含まず、ＬＥＤに電力を供給するための単なる広いコンタクト領域である場合に実行されるのが好ましい。しかし、複雑なリードのパターンを含む条件のより厳しい用途に接着技術が使用されてもよい。
【００３７】
新たなキャリアウェハ２８０として機能するキャリアは種々の形態を有してもよい。キャリアは更なる処理に使用される新たな基板であってもよい。また、超小型電子構造であってもよく、その場合、ＬＥＤチップは完成したデバイスに別の重要な機能を追加する。新たなウェハは、一体に組み立てられた場合にＬＥＤ構造に給電するための電子リードのみを提供するウェハであってもよい。この意味で、ウェハは限定的ではなく半導体材料のみから製造されることを意図しない。例えば、ウェハはガラス基板又は十分な構造支持を実現する他の任意の基板であってもよい。
【００３８】
本発明の別の実施形態において、ナノ構造のＬＥＤは少なくとも１つのナノワイヤ及び１つのコンタクト手段を具備し、各ナノワイヤは基板から突出し、各ナノワイヤはｐｎ接合又はｐｉｎ接合（１６０）を具備し且つ各ナノワイヤの上端部（１４０）は透明コンタクト層で被覆される。コンタクト手段は各ナノワイヤの底部（１４５）と電気的にコンタクトし且つ透明層はｐｎ接合又はｐｉｎ接合を介してコンタクト手段と電気的にコンタクトし、コンタクト手段は分散され且つ互いに離間して配置された第１グループのコンタクトパッド（１９０）である。
【００３９】
本実施形態において、各コンタクトパッドがいずれも１つのナノワイヤ又は１つのナノワイヤグループに排他的且つ個別に電気的に接続するように、透明コンタクト層も分散され且つコンタクトパッドとして配列されるのが好ましい。このように、光がナノワイヤの上端部において反射され且つ底部から放出されるのではなく、ナノワイヤの上端部を通して放射されるという相違点を除いて、本実施形態は先に説明した実施形態と同様に適用されてよい。従って、本実施形態において、例えばキャリアウェハにナノ構造のＬＥＤを接合する必要はない。
【００４０】
ｐコンタクト及びｎコンタクトは互いに入れ替えて使用されてもよく、従って、ｐコンタクトがナノワイヤの上端部とコンタクトする上端部コンタクトとしての使用に限定されず且つｎコンタクトがナノワイヤの底部とコンタクトするコンタクトとしての使用に限定されないことは当業者により理解されるべきである。現時点で最も実用的且つ好適な実施形態であると考えられるものに関連して本発明を説明したが、開示された実施形態に本発明は限定されてはならず、本発明は、添付の請求の範囲の範囲内にある種々の変形及び同等の構成を含むことを意図すると理解されるべきである。
【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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