(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードチップであって、
−  複数の活性領域（２）を有する半導体ボディ（１）、
を備えており、
−  前記活性領域（２）の少なくとも１つが少なくとも２つのサブ領域（２１…２８）を有し、
−  前記活性領域（２）が、前記少なくとも２つのサブ領域（２１…２８）のうちの２つの隣接するサブ領域（２１…２８）の間に配置されている少なくとも１つの障壁領域（３）を有し、
−  前記少なくとも２つのサブ領域（２１…２８）が、前記発光ダイオードチップの動作時に、相互に異なる色の光を放出し、
−  前記サブ領域（２１…２８）の少なくとも１つにおいて、光の放出が電気的に生成され、
−  前記障壁領域（３）が、前記２つの隣接するサブ領域（２１…２８）の間での電荷キャリアの熱活性化再分散を妨げるように構成されており、
−  前記活性領域（２）が主延在方向（Ｒ）を有し、
−  前記活性領域（２）の少なくともいくつかが、前記主延在方向（Ｒ）に対して横方向に延びる方向（Ｌ）において互いに隔てられている、または、前記活性領域（２）の少なくともいくつかが、前記横方向において部分的に互いに接触しており、
−  前記活性領域（２）がナノ構造であり、前記活性領域（２）の少なくとも１つが、１０００ｎｍの最大直径と、少なくとも３のアスペクト比とを有し、
−  前記サブ領域（２１…２８）が、それらの活性領域（２）の前記主延在方向（Ｒ）に沿って配置されており、隣接するサブ領域（２１…２８）の各対の間に正確に１つの障壁領域（３）が配置されており、
−  各サブ領域（２１…２８）が、インジウムを含む窒化物化合物半導体材料系であり、（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ、特に、ＩｎＧａＮ半導体材料系であり、
−  各障壁領域（３）が、前記障壁領域（３）に隣接する前記サブ領域（２１…２８）よりも大きいバンドギャップを有する少なくとも１種類の窒化物化合物半導体材料系であり、
−  各障壁領域（３）が、ＧａＮ系、ＡｌＩｎＧａＮ系、またはＩｎＧａＮ系であり、
−  各障壁領域（３）が、前記活性領域の前記主延在方向において、各サブ領域（２１…２８）よりも薄い、
発光ダイオードチップ。
【請求項２】
−  前記少なくとも１つの活性領域（２）の少なくとも２つのサブ領域（２１…２８）において、光の放出が電気的に生成され、
−  電気的に駆動される２つのサブ領域（２１…２８）の間にトンネル接合部（６）が配置されている、
請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項３】
−  前記電気的に駆動される２つのサブ領域（２１…２８）の間の前記障壁領域（３）が、前記トンネル接合部（６）として用いられている、
請求項２に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項４】
−  前記少なくとも１つの活性領域（２）の第１のサブ領域（２１…２８）において、光の放出が電気的に生成され、前記第１のサブ領域に隣接する、同じ前記活性領域（２）の第２のサブ領域（２１…２８）において、光の放出が、前記第１のサブ領域（２１…２８）の光による光学的ポンピングによる、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の発光ダイオードチップ。
【請求項５】
−  前記活性領域（２）が、前記第１のサブ領域（２１…２８）の光を前記主延在方向（Ｒ）に沿って前記第２のサブ領域に導く光ガイドを形成する、
請求項４に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項６】
前記第１のサブ領域（２１）と前記第２のサブ領域（２２）との間に厚い障壁領域（３１）が配置されており、
−  前記厚い障壁領域（３１）が、少なくとも１００ｎｍの厚さを有し、
−  前記厚い障壁領域（３１）が、前記厚い障壁領域に隣接する前記第１のサブ領域および前記第２のサブ領域（２２）よりも大きいバンドギャップを有する半導体材料系であり、
−  前記厚い障壁領域（３１）の側面に導電性材料（３１０）が形成されており、前記第１のサブ領域（２１）が前記導電性材料（３１０）を介して電気的に接触されている、
請求項４または請求項５に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項７】
−  前記活性領域（２）の少なくとも１つが、白色光を放出するように構成されている、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の発光ダイオードチップ。
【請求項８】
−  前記活性領域（２）の少なくとも１つが、白色光を放出するように構成されているサブ領域（２１…２８）を有する、
請求項１から請求項７のいずれかに記載の発光ダイオードチップ。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の発光ダイオードチップを製造する方法であって、
−  複数の活性領域（２）を有する半導体ボディ（１）をエピタキシャル成長させるステップ、
を含んでおり、
−  前記活性領域（２）の少なくとも１つが少なくとも２つのサブ領域（２１…２８）を有し、
−  前記活性領域（２）が、前記少なくとも２つのサブ領域（２１…２８）のうちの２つの隣接するサブ領域（２１…２８）の間に配置されている少なくとも１つの障壁領域（３）を有し、
−  前記少なくとも２つのサブ領域（２１…２８）が、前記発光ダイオードチップの動作時に、相互に異なる色の光を放出し、
−  前記サブ領域（２１…２８）の少なくとも１つにおいて、光の放出が電気的に生成され、
−  前記障壁領域（３）が、前記２つの隣接するサブ領域（２１…２８）の間での電荷キャリアの熱活性化再分散を妨げるように構成されており、
−  前記活性領域（２）が主延在方向（Ｒ）を有し、
−  前記活性領域（２）が、前記主延在方向（Ｒ）に対して横方向に延びる方向（Ｌ）において互いに隔てられており、
−  前記サブ領域（２１…２８）が、それらの活性領域（２）の前記主延在方向（Ｒ）に沿って配置されており、隣接するサブ領域（２１…２８）の各対の間に少なくとも１つの障壁領域（３）が配置されており、
−  前記活性領域（２）がナノ構造であり、前記活性領域（２）の少なくとも１つが、１０００ｎｍの最大直径と、少なくとも３のアスペクト比とを有し、
−  各サブ領域（２１…２８）が、インジウムを含む窒化物化合物半導体材料系であり、特に、ＩｎＧａＮ半導体材料系であり、
−  各障壁領域（３）が、前記障壁領域（３）に隣接する前記サブ領域（２１…２８）よりも大きいバンドギャップを有する少なくとも１種類の窒化物化合物半導体材料系であり、
−  前記少なくとも１つの活性領域（２）の少なくとも１つの第１のサブ領域（２１…２８）において、光の放出が電気的に生成され、同じ前記活性領域（２）の少なくとも１つの第２のサブ領域（２１…２８）において、光の放出が、前記第１のサブ領域（２１…２８）の光による光学的ポンピングにより、
−  前記活性領域（２）が、前記少なくとも１つの第１のサブ領域（２１…２８）の光を前記主延在方向（Ｒ）に沿って前記少なくとも１つの第２のサブ領域に導く光ガイドを形成し、
−  前記活性領域（２）の少なくとも１つが、白色光を放出するように構成されており、
−  前記活性領域（２）の少なくとも１つが、白色光を放出するように構成されているサブ領域（２１…２８）を有する、
方法。
【請求項１０】
発光ダイオードチップであって、
−  複数の活性領域（２）を有する半導体ボディ（１）、
を備えており、
−  前記活性領域（２）の少なくとも１つが少なくとも２つのサブ領域（２１…２８）を有し、
−  前記活性領域（２）が、前記少なくとも２つのサブ領域（２１…２８）のうちの２つの隣接するサブ領域（２１…２８）の間に配置されている少なくとも１つの障壁領域（３）を有し、
−  前記少なくとも２つのサブ領域（２１…２８）が、前記発光ダイオードチップの動作時に、相互に異なる色の光を放出し、
−  前記サブ領域（２１…２８）の少なくとも１つにおいて、光の放出が電気的に生成され、
−  前記障壁領域（３）が、前記２つの隣接するサブ領域（２１…２８）の間での電荷キャリアの熱活性化再分散を妨げるように構成されており、
−  前記少なくとも１つの活性領域（２）の第１のサブ領域（２１…２８）において、光の放出が電気的に生成され、前記第１のサブ領域に隣接する、同じ前記活性領域（２）の第２のサブ領域（２１…２８）において、光の放出が、前記第１のサブ領域（２１…２８）の光による光学的ポンピングによるものであり、
前記第１のサブ領域（２１）と前記第２のサブ領域（２２）との間に厚い障壁領域（３１）が配置されており、
−  前記厚い障壁領域（３１）が、少なくとも１００ｎｍの厚さを有し、
−  前記厚い障壁領域（３１）が、前記厚い障壁領域（３１）に隣接する前記第１のサブ領域（２１）および前記第２のサブ領域（２２）よりも大きいバンドギャップを有する半導体材料系であり、
−  前記厚い障壁領域（３１）の側面に導電性材料（３１０）が形成されており、前記第１のサブ領域（２１）が前記導電性材料（３１０）を介して電気的に接触されている、
発光ダイオードチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発光ダイオードチップを開示する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、ＩＩＩ族窒化物ナノコラムの製造方法が開示されている。この文書の開示内容は、参照によって本明細書に組み込まれている。
【０００３】
非特許文献２には、Ｎ面ＧａＮナノロッドの製造方法が開示されている。この文書の開示内容は、参照によって本明細書に組み込まれている。
【０００４】
非特許文献３には、Ｎ面ＧａＮナノロッドの製造方法が開示されている。この文書の開示内容は、参照によって本明細書に組み込まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願第２０１１／００１２０８８号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】"On the mechanisms of spontaneous growth of III-nitride nanocolumns by plasma-assisted molecular beam epitaxy", Journal of Crystal Growth 310, 2008, pp 4035-4045
【非特許文献２】"N-face GaN nanorods: Continuous-flux MOVPE growth and morphological Properties", Journal of Crystal Growth, 315, 2011, pp 164-167
【非特許文献３】"Continuous-flux MOVPE growth of position-controlled N-face GaN nanorods and embedded InGaN quantum wells", Nanotechnology 21 (2010) 305201 (5 pp)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の１つの目的は、特に良好な熱的安定性を示す、電磁放射を放出する発光ダイオードチップを開示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発光ダイオードチップの一態様によると、本発光ダイオードチップは、複数の活性領域を有する半導体ボディを備えている。例えば、ほとんどまたはすべての活性領域が、本発光ダイオードチップの動作時に電磁放射を放出するように構成されている。半導体ボディのすべての活性領域が、発光ダイオードの製造公差の範囲内で同様に構成されており、同じ光学スペクトルの電磁放射を放出することが可能である。この場合、活性領域の少なくともいくつかが、その構造、もしくは、本発光ダイオードチップの動作時に放出される電磁放射の光学スペクトル、またはその両方に関して、互いに異なっていることも可能である。
【０００９】
半導体ボディは、多数の活性領域、例えば、少なくとも１０００個の活性領域、特に、少なくとも１００万個の活性領域を有する。
【００１０】
本発光ダイオードチップの一態様によると、活性領域の少なくとも１つ、特に、活性領域のほとんど、例えば、活性領域のすべてが、少なくとも２つの隣接するサブ領域を有する。例えば、これらのサブ領域の両方が、本発光ダイオードチップの動作時に電磁放射を放出する。例えば、活性領域のサブ領域は、活性領域内で互いに隔てられて位置している。各サブ領域は、少なくとも１つのｐｎ接合部、少なくとも１つの量子井戸構造、少なくとも１つの多重量子井戸構造、少なくとも１つのダブルヘテロ構造、のうちの１つまたは複数を備えていることができる。このような構造を採用することによって、各サブ領域によって放出される光の波長を特に正確に設定することができる。代替形態として、サブ領域は上記の構造のいずれも備えずに、電磁放射の放出が、活性領域を形成している半導体ボディの半導体材料の内在的なバンドギャップによることが可能である。この場合、活性領域の作製が特に容易に達成される。
【００１１】
本発光ダイオードチップの一態様によると、活性領域は、少なくとも２つのサブ領域のうちの２つの隣接するサブ領域の間に配置されている少なくとも１つの障壁領域を有する。すなわち、活性領域の２つの隣接するサブ領域は、障壁領域によって互いに隔てられており、障壁領域は、例えば、両方の隣接するサブ領域との界面を有する。障壁領域は、２つの隣接するサブ領域の間に直接配置することができる。障壁領域と、障壁領域に隣接するサブ領域は、障壁領域および隣接するサブ領域を形成する半導体材料の組成において異なる。
【００１２】
例えば、活性領域の少なくとも１つ、特に、活性領域のほとんど、または活性領域のすべてが、３つ以上のサブ領域を有し、活性領域の隣接するサブ領域の各対の間に障壁領域が配置されている。
【００１３】
本発光ダイオードチップの一態様によると、少なくとも２つのサブ領域は、発光ダイオードチップの動作時、相互に異なる色の光を放出する。したがって、サブ領域は、紫外放射の波長スペクトルから赤外放射の波長スペクトルまでの光を放出することができる。サブ領域の少なくとも２つ、例えば２つの隣接するサブ領域は、相互に異なる色の光を放出する。したがって、例えば、一方のサブ領域が青色光を放出し、他方のサブ領域が、緑色光、黄色光、または赤色光を放出することが可能である。さらには、サブ領域の少なくとも１つが、純粋な色を含まない混合光を放出することが可能である。この場合、活性領域の少なくとも２つのサブ領域が、異なる組成の異なる混合光を放出することができる。例えば、本発光ダイオードチップの動作時に、サブ領域の１つが、青色がかった緑色光を放出し、別のサブ領域が、緑色がかった黄色光を放出する。例えば、さらなるサブ領域が、本発光ダイオードチップの動作時に赤琥珀色光を放出する。全体として、白色光を生成することができる。
【００１４】
本発光ダイオードチップの一態様によると、サブ領域の少なくとも１つにおいて、光の放出は電気的に生成される。言い換えれば、活性領域のサブ領域は、電気的にポンピングされ、光の放出は、このサブ領域の光学的ポンピングによるものではない。したがって、活性領域の各サブ領域において光の放出が電気的に生成されるように、活性領域の各サブ領域が電気的にポンピングされることが可能である。さらには、活性領域が、電気的にポンピングされるサブ領域と光学的にポンピングされるサブ領域とを備えていることが可能である。例えば、活性領域は、光の放出が電気的に生成される正確に１つのサブ領域と、この正確に１つの電気的にポンピングされるサブ領域において放出される光によって光学的にポンピングされる１つまたは複数のサブ領域とを備えている。
【００１５】
本発光ダイオードチップの一態様によると、２つの隣接するサブ領域の間の障壁領域は、これら２つの隣接するサブ領域の間での電荷キャリアの熱活性化再分散（thermally activated redistribution）を妨げるように構成されている。したがって、障壁領域は、例えば、障壁領域に隣接するサブ領域の半導体材料よりも大きいバンドギャップを有する。障壁領域が、電荷キャリアの熱活性化再分散を「妨げる」ように構成されているとは、障壁領域がない場合、障壁領域が存在する場合よりも熱活性化再分散が起こりやすいことを意味する。言い換えれば、障壁領域は、障壁領域に隣接する２つのサブ領域の間での電荷キャリアの熱活性化再分散の確率を低減する。
【００１６】
本発光ダイオードチップの一態様によると、本発光ダイオードチップは、複数の活性領域を有する半導体ボディを備えており、活性領域の少なくとも１つが少なくとも２つのサブ領域を有し、活性領域が、これら少なくとも２つのサブ領域のうちの２つの隣接するサブ領域の間に配置されている少なくとも１つの障壁領域を有し、少なくとも２つのサブ領域が、本発光ダイオードチップの動作時に相互に異なる色の光を放出し、サブ領域の少なくとも１つにおいて、光の放出が電気的に生成され、障壁領域が、２つの隣接するサブ領域の間での電荷キャリアの熱活性化再分散を妨げるように構成されている。
【００１７】
白色光を放出する発光ダイオードでは、放出される白色光の色温度および色座標が温度に強く依存しうる。さらに、蛍光体変換によって白色光を生成する場合、または異なる色の複数の発光ダイオードによって白色光を生成する場合の両方において、高い温度では効率の大幅な低減が観察され、特に、赤色発光ダイオードは、温度の影響を受けやすいＩＩＩ族リン化物からなる。さらに、例えばＩｎＧａＮ系の発光ダイオードにおけるいわゆる「ドループ」によって、放射放出がほぼ直線状に増大することと、フォノンによって支援されるオージェ再結合や、熱散逸（thermal escape）、キャリアオーバーフローなどの非放射損失（non-radiative losses）が増大することにより、高電流動作が妨げられる。
【００１８】
現在、これらの問題の真の解決策は存在せず、いくつかの方法によってこれらの問題が軽減されるにすぎない。例えば、「ドループ」効果に関して、発光ダイオードを、比較的低い動作電流において動作させる、または低い効率で高い電流において動作させることができる。発光ダイオードの動作温度に依存する色座標の変化に関しては、高い温度において変換効率が低下したり、異なる色の複数の発光チップを使用する解決策が比較的高価であるという欠点と引換えに、白色の色座標が温度に対して安定的である蛍光体変換を使用することができる。しかしながら、これらの解決策では、高い温度において効率が低下するという問題が依然として存在する。さらに、異なる色を放出する複数の発光ダイオードチップを使用する解決策では、異なる色ごとに材料が異なるため、個々のチップの寿命が異なる。これにより、このような構造の発光ダイオードの性能および寿命が制限される。
【００１９】
本明細書に記載されている発光ダイオードチップの場合、キャリアの熱活性化再分散は、少なくとも１つの障壁領域によって抑制される。したがって、各サブ領域において生成される光子の比は、動作温度と、活性領域を流れる電流の電流密度とは無関係であるままである。結果として、半導体ボディの活性領域によって白色光が放出される場合、白色光の座標をほぼ一定に維持することができる。さらに、各活性領域を、光を生成するための欠陥のない大きな体積を提供することによってドループ問題を抑制するのに十分な厚さに選択することができる。特に、活性領域が例えばナノロッドのようなナノ構造として構築される場合、活性領域の半導体材料における低い非放射損失が可能である極めて高い結晶品質を達成することができる。
【００２０】
本発光ダイオードチップの一態様によると、これらの活性領域は、主延在方向を有する。結果として、活性領域は細長い構造であり、例えば、平坦な層の形状ではない。例えば、各活性領域は、主延在方向に好ましい向きを有する。例えば、少なくとも１つの活性領域、特に、ほとんどまたはすべての活性領域が、円柱形状、円錐形状、または例えば六角形の底面を有する角柱形状を有する。活性領域の少なくとも一部またはすべては、主延在方向に対して横方向に延びる方向において互いに隔てられている。例えば、ほとんどまたはすべての活性領域は、活性領域の主延在方向に対して横方向または垂直に延びる共通の平面内に配置されている。さらには、活性領域の少なくとも一部またはすべてが、横方向に部分的に互いに接触することが可能である。言い換えれば、隣接する活性領域の側面を、（少なくとも部分的に）互いに直接接触させることができる。
【００２１】
本発光ダイオードチップの一態様によると、活性領域のサブ領域は、それぞれの活性領域の主延在方向に沿って配置されており、隣接するサブ領域の各対の間に少なくとも１つの障壁領域が配置されている。結果として、活性領域は、交互に配置された一連のサブ領域と障壁領域とによって形成されている。例えば、活性領域が円柱または角柱の形である場合、サブ領域および障壁領域は、活性領域の主延在方向に互いに積み重ねられている、この円柱または角柱のセクションによって形成することができる。
【００２２】
本発光ダイオードチップの一態様によると、活性領域はナノ構造であり、活性領域の少なくとも１つ、特に、発光ダイオードのほとんどまたはすべての活性領域は、１０００ｎｍの最大直径と、少なくとも３のアスペクト比を有する。ナノ構造とは、底面の直径が１〜１０００ｎｍ、例えば２５〜５００ｎｍ、特に７５〜３００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ〜１７５ｎｍの範囲内であるナノスケールのオブジェクトである。用語「直径」は、ナノ構造の底面が丸い形状を有することを必ずしも意味しない。最大直径とは、主延在方向に垂直な方向におけるナノ構造の最大範囲を意味する。活性領域は、例えば、極めて高い結晶品質で作製することのできるいわゆる「ナノロッド」である。
【００２３】
さらに、ナノ構造が、例えば、ナノコラム、ナノピラミッド、または両方の混合物、のうちの少なくとも１つであることが可能である。ナノ構造は、少なくとも３のアスペクト比（長さを直径で除した値）を有する。例えば、ナノ構造は、例えばマスク層を使用することによって、半導体ボディの上に直接作製することができ、この場合、マスクの開口部がナノ構造の位置を定義する。さらに、キャリア材料とは独立してナノ構造を作製し、このキャリアに移載することが可能である。さらには、半導体ボディをエッチングすることによってナノ構造を作製することができる。
【００２４】
本発光ダイオードの一態様によると、各サブ領域は、窒化物化合物半導体材料系である。
【００２５】
この場合、「窒化物化合物半導体材料系である」とは、サブ領域または少なくともその一部が、窒化物化合物半導体材料、例えば、ＧａＮ、ＡｌｎＧａ１−ｎＮ、ＩｎｎＧａ１−ｎＮ、またはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＮ（０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、ｎ＋ｍ≦１）を含んでいる、またはこのような材料からなることを意味する。この場合、この材料は、上の化学式に従った数学的に正確な組成を有する必要はない。むしろ、この材料は、例えば１種類または複数種類のドーパントと、追加の構成成分を含んでいることができる。しかしながら、説明を簡潔にする目的で、上の化学式は、結晶格子の本質的な構成成分（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ）のみを含んでおり、これらの構成成分は、その一部分を少量のさらなる物質によって置き換える、もしくは補う、またはその両方を行うことができる。しかしながら、窒化物化合物半導体材料は、窒素または窒素化合物を必ず含んでいる。
【００２６】
本発光ダイオードチップの少なくとも一態様によると、各サブ領域は、インジウムを含む窒化物化合物半導体材料系である。このようなインジウムを含む窒化物化合物半導体材料は、この材料によって放出または再放出される所望の波長において良好な熱的安定性を有する材料である。しかしながら、従来の薄膜構造、特に、より厚い膜（例えば２０ｎｍ以上の厚さを有する膜）においては、高いインジウム濃度を達成することが難しい。しかしながら、ナノ構造として具体化される活性領域におけるインジウム含有量は、発光構造（すなわち半導体ボディ）に結晶の欠陥が導入されることなく、極めて高くできることが判明した。
【００２７】
特に、各サブ領域が、インジウムを含んでいる、特に、（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）ＮまたはＩｎＧａＮ半導体材料系であることが可能である。
【００２８】
本発光ダイオードチップの一態様によると、各障壁領域は、少なくとも部分的に、障壁領域に隣接するサブ領域よりも大きいバンドギャップを有する窒化物化合物半導体材料系である。障壁自体は、異なる組成を有する半導体積層体からなることができ、したがっていくつかのバンドギャップはサブ領域のバンドギャップのオーダーまたはそれより小さいことがある。
【００２９】
例えば、サブ領域が、ＩｎＧａＮ半導体材料系である材料によって形成される場合、障壁領域は、ＧａＮ系、または隣接するサブ領域よりも少ないインジウムを有するＡｌＩｎＧａＮまたはＩｎＧａＮ系とすることができる。
【００３０】
例えば、障壁領域は、それに隣接するサブ領域よりも薄い。例えば、サブ領域は、その活性領域の主延在方向に少なくとも２０ｎｍ、特に、少なくとも１００ｎｍの厚さを有し、障壁領域は、主延在方向に１０００ｎｍ未満、特に、１００ｎｍ未満の厚さを有する。
【００３１】
例えば、各活性領域は、異なるサブ領域において異なるインジウム濃度を有する、ＩｎＧａＮ系の２つ以上のサブ領域を備えている。サブ領域は障壁領域によって隔てられており、隣接するサブ領域の各対の間に、２つの隣接するサブ領域と直接接触している障壁領域が配置されている。障壁領域は、活性領域の成長方向でもある主延在方向において薄い。例えば、障壁領域は、最大で３０ｎｍの厚さ、一般には最大で４ｎｍの厚さ、好ましくは最大で３ｎｍの厚さを有する。サブ領域の一般的な厚さは、少なくとも１０ｎｍ、特に好ましくは少なくとも２０ｎｍである。活性領域（例えばナノロッド）が、欠陥が発生せずに成長するため、これらのサブ領域は、垂直方向に（成長軸方向に）それぞれ１００ｎｍ以上延在することができる。活性領域の各サブ領域は、サブ領域の各障壁領域よりも厚いことが好ましい。
【００３２】
さまざまなサブ領域は、インジウム濃度もしくは厚さまたはその両方において異なっていてよく、各活性領域は、白色光、または全範囲のうち所望の対応する色座標を有する他の任意の光をモノリシックに（monolithically）生成するように選択される。これは、それぞれのＩｎＧａＮサブ領域の適切な厚さもしくは体積またはその両方によって達成することができる。
【００３３】
（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ障壁領域の材料組成は、隣接するサブ領域の間にほぼ等しい障壁高さが形成されるように選択される。これにより、活性領域においてより均一なキャリア分散が可能となる。例えば、青色（例：約４６０ｎｍの発光波長）のサブ領域、緑色（例：約５３０ｎｍの発光波長）のサブ領域、黄色（例：約５７０ｎｍの発光波長）のサブ領域、および赤色（例：約６１５ｎｍの発光波長）のサブ領域を有するＩｎＧａＮ系の活性領域の場合、低い効率を高いインジウム濃度によって補正し、高いＣＲＩと高い効率が得られるように放出される光の色座標を調整するため、青色光を放出する１つのサブ領域と、緑色光を放出する３つのサブ領域と、黄色光を放出する１つのサブ領域と、赤色光を放出する３つのサブ領域を選択することが有利である。
【００３４】
発光波長の増大に伴う障壁高さの増大を回避するため、緑色と青色の間の障壁領域は、紫色（約４２０ｎｍの発光波長に等しい）のバンドギャップを有するＧａＮまたはＩｎＧａＮであり、緑色のセグメントの間の障壁領域は、シアン（約４８０ｎｍの発光波長に等しい）のバンドギャップを有するＧａＮまたはＩｎＧａＮであり、緑色のセグメントと黄色のセグメントの間の障壁領域は、ある種のペトロール色（約５００ｎｍの発光波長に等しい）のバンドギャップを有するＧａＮまたはＩｎＧａＮであり、黄色のセグメントと赤色のセグメントの間の障壁領域は、緑色（約５２０〜５４０ｎｍの発光波長に等しい）のバンドギャップを有するＧａＮまたはＩｎＧａＮであり、赤色のセグメントの間の障壁領域は、黄色／琥珀色（約５６０〜５９０ｎｍの発光波長に等しい）のバンドギャップを有するＧａＮまたはＩｎＧａＮである。
【００３５】
障壁領域における再吸収は、より小さいバンドギャップを有するサブ領域における回避できない再吸収と比較して無視できる。しかしながら、障壁領域の小さい厚さは、低い吸収損失をサポートしている。活性領域における結晶品質が高く、したがってＩｎＧａＮサブ領域における非放射損失が極めて小さいものと想定すると、サブ領域の内部量子効率は極めて高くなりうる。したがって、ほぼストークス損失のみが再吸収工程の損失に寄与する。
【００３６】
例えば、さまざまな色のインジウム濃度は、青色が１５〜２０％、緑色が２５〜３０％、赤色が〜４０％である。
【００３７】
成長軸に沿ってインジウム濃度が変化するＩｎＧａＮ系の活性領域（例えばＩｎＧａＮナノロッド）を使用すると、１本の活性領域の中で白色光を生成することが可能である。これにより、白色光発光ダイオードの直径、したがって、例えばマイクロディスプレイやナノディスプレイにおけるピクセルサイズを、５０ｎｍ以下、究極的には約２０〜３０ｎｍに小さくすることができる。このようなナノロッドのアレイを、白色ＬＥＤの活性領域として使用することができる。
【００３８】
一般的には、ｐｎ接合部は軸方向であり、活性領域のＩｎＧａＮサブ領域を堆積させた後にｐ側を成長させる。
【００３９】
このような構造における問題は、温度が変化するときに色座標の安定性が限られることである。キャリアの移動性が増大し、浅い局在中心（localization centers）に対するその後の不感受性のため、より多くのキャリアが最低エネルギ状態に移行し、したがって、発光スペクトルがより長い波長の方にシフトする。
【００４０】
この問題を克服するため、活性領域の垂直方向の隣接するサブ領域の間に、上述したように障壁領域を導入することが有利であることが判明した。
【００４１】
活性領域は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料系であることも可能である。例えば、この場合、サブ領域は、障壁領域（同様にＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料系とすることができる）より小さいバンドギャップを有するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料系である。ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料は、第ＩＩ族の少なくとも１種類の元素（例えばＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇなど）と、第ＶＩ族の１種類の元素（例えばＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅなど）とを含んでいる。特に、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料は、第ＩＩ族の少なくとも１種類の元素と第ＶＩ族の少なくとも１種類の元素とを含む二元化合物、三元化合物、または四元化合物を含んでいる。このような二元化合物、三元化合物、または四元化合物は、例えば１種類または複数種類のドーパントおよび追加の構成成分をさらに含んでいることができる。ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料としては、例えば、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、ＣｄＳ、ＺｎＣｄＳ、ＭｇＢｅＯ、ＺｎＣｄＳｅ、ＺｎＳＳｅが挙げられる。
【００４２】
特に、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料系の活性領域には、光学的にポンピングされるサブ領域または活性領域が可能である。すなわち、特にこの場合、サブ領域または活性領域の１つまたは複数を光学的にポンピングすることができる。
【００４３】
さらには、発光ダイオードが、電気的にポンピングされるＩＩＩ−Ｎ化合物半導体材料系の活性領域と、このＩＩＩ−Ｎ領域によって光学的にポンピングされるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料系の活性領域とを備えていることが可能である。
【００４４】
本発光ダイオードの一態様によると、同じ活性領域の少なくとも２つのサブ領域において、光の放出が電気的に生成される。例えば、この場合、活性領域のすべてのサブ領域が電気的にポンピングされる。この場合、各サブセクションにおける光は、主としてキャリア注入によって生成される。
【００４５】
この場合、電気的に駆動される２つのサブ領域の間にトンネル接合部を配置することができる。したがって、障壁領域自体が、電気的に駆動される２つのサブ領域の間のトンネル接合部として機能することが可能である。活性領域の電気コンタクトは、例えば、複数の活性領域の上部および下部に位置する。活性領域におけるキャリア注入によって光子が生成される。
【００４６】
トンネル接合部は、例えば、次の２つの層からなることができる。
第１の層は、５％以上のインジウム含有量を有するｐ＋ドープ層（例：ｐ＋ＩｎＧａＮ）である。第２の層は、３％以上のインジウム含有量を有するｎ＋層（例：ｎ＋ＩｎＧａＮ）である。第１の層と第２の層との間にスペーサを配置することができ、このスペーサは、キャリアの補償を防止するために導入される。スペーサは、（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎからなることができる。スペーサ、もしくは、第１および第２の層、またはその両方は、短周期超格子からなることができる。
【００４７】
キャリアのオーバーフローを回避し、障壁領域の要求される光学的透過性および電気的透過性を提供するため、特に、活性層のバンドギャップエンジニアリング（内部電界または外部電界、各サブセクションにおける勾配インジウム濃度または離散インジウム濃度）によって、最適な障壁高さおよび厚さを有するＡｌＩｎＧａＮ障壁を具体的に調整することができる。一態様によると、障壁は、周囲のサブ領域よりも大きいバンドギャップを有する組成のＡｌＩｎＧａＮ、特に、周囲のサブ領域よりも大きいバンドギャップを有するＩｎＧａＮからなる。障壁層の厚さは、１００ｎｍ未満、特に、２０ｎｍ未満、特に、５ｎｍ未満である。
【００４８】
トンネル接合部として用いられる障壁領域によって、隣接するサブ領域に、より効率的に、かつ制御下でキャリアを注入することができる。トンネル接合部は、高いインジウム濃度と、バンドギャップのそれぞれの縮小によって、より効率的になる。これにより、高いドーピング濃度（ｎ型およびｐ型の両方）も可能になる。各サブ領域の発光波長に調整される高いインジウム濃度は、隣接するサブ領域の間のトンネル接合部（したがって障壁領域）の性能にとっての明らかな恩恵である。より正確かつ急峻なドーピングプロファイルが得られるように、トンネル接合部のｐ＋層とｎ＋層との間に、公称的にドープされていないスペーサを導入することができる。このスペーサは、１つまたは複数の（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ層からなる。適切なトンネル接合部は、例えば特許文献１に記載されており、この文書は参照によって本明細書に組み込まれている。スペーサ層の厚さは、例えば最大で５ｎｍ、一般には２ｎｍ未満である。このようなトンネル接合部（したがって障壁領域）の全体的な厚さは、少なくとも１０ｎｍ、最大で３０ｎｍであることが好ましい。
【００４９】
本発光ダイオードの一態様によると、少なくとも１つの活性領域の少なくとも１つの第１のサブ領域において、光の放出が電気的に生成され、同じ活性領域の少なくとも１つの第２のサブ領域において、光の放出は、第１のサブ領域の光による光学的ポンピングによる。例えば、ｐｎ接合部を、活性領域の青色光放出サブセクションまたは紫外放射放出サブセクションに局所化（localize）する目的で、障壁領域がｎ型にドープされる。このサブ領域においては、光が電気的に生成され、例えば主延在方向に続く次のサブ領域が、この光を使用して光学的にポンピングされる。後に続くサブ領域においては、例えば、光学的にポンピングされる緑色光、黄色光、琥珀色光、赤色光のうちの少なくとも１つが生成される。したがって、活性領域は、少なくとも１つの第１のサブ領域の光を主延在方向に沿って少なくとも１つの第２のサブ領域に導く光ガイド（light guide）を形成することができる。言い換えれば、ポンプ光が活性領域の縦軸線に沿って導かれ、これによってポンプ光の損失が減少する。
【００５０】
したがって、１つのみ、またはすべてではないＩｎＧａＮサブ領域が電気的にポンピングされる場合、多色光または白色光をモノリシックに放出するダイオードも提供される。この特定のバージョンにおいては、光学的にポンピングされるＩｎＧａＮサブ領域は、ｐ型サブ領域またはｎ型サブ領域の上に成長しており、同じ活性領域または隣接する活性領域の、電気的にポンピングされる部分において生成される、より短い波長の光によって励起される。この場合、短波長の光の吸収をサポートし、光を生成するための体積を増大させるため、光学的にポンピングされるサブ領域の厚さは、２０ｎｍより大きく、一般には１００ｎｍ以上として選択される。
【００５１】
良好なｐ型コンタクトが得られるように、電気的にポンピングされるサブ領域と光学的にポンピングされるサブ領域との間の障壁領域の厚さは、それぞれの高さにおける活性領域の半径方向の側面の金属またはＴＣＯ材料と電気的に接触するための十分に大きな領域を確保するため、１０ｎｍより大きく、一般には１００ｎｍより大きい。ｐ型コンタクトまたはｎ型コンタクトにおけるインジウム濃度を高めることによって、ショットキー障壁もしくは境界抵抗またはその両方の低減を達成して動作電圧を下げることができる。例えば、活性領域または各活性領域は、電気的にポンピングされる、青色光を放出する１つまたは複数のＩｎＧａＮサブ領域を備えている。続くｐ型ＩｎＧａＮ障壁領域は、上述した障壁領域よりも厚く、少なくとも１００ｎｍ、例えば約１５０ｎｍの厚さを有する。この障壁領域に続いて、光学的にポンピングされる少なくとも１つのＩｎＧａＮサブ領域が配置されている。例えば、厚い障壁領域に続いて、緑色光を放出する３つのサブ領域と、黄色光を放出する２つのサブ領域と、赤色光を放出する３つのサブ領域が配置されている。さらに、光学的にポンピングされる各サブ領域の間には、上述した障壁に似た薄い障壁領域が存在する。ｐ型サブ領域の場合、ドーパントとしてＭｇを使用することができる。電気的接触を確立するため、シェル領域（すなわちこのサブ領域の側壁）が使用される。
【００５２】
活性領域によって放出される光の色座標および色温度は、サブ領域の数もしくは合計体積またはその両方によって調整することができ、これは有利である。例えば、各サブ領域におけるインジウム濃度を調整することによって、各サブ領域において生成される光の色を設定することができる。各サブ領域におけるインジウム含有量は、活性領域を作製するときの成長温度や、材料の流量、サブ領域を成長させるときの成長速度などのパラメータによって決定することができる。活性領域によって放出される光の所望のスペクトル分布を得るため、各サブ領域の体積を、例えば、サブ領域に隣接する障壁領域の距離によって変化させることができる。
【００５３】
本発光ダイオードチップの少なくとも一態様によると、活性領域の少なくとも１つは、白色光を放出するように構成されている。白色光は、例えば、活性領域の複数のサブ領域において生成される光から構成される混合光である。例えば、活性領域は、発光ダイオードチップの動作時に青色光を放出するサブ領域と、赤色光を放出するサブ領域と、緑色光を放出するサブ領域とを備えている。
【００５４】
本発光ダイオードチップの一態様によると、活性領域の少なくとも１つ、例えば活性領域のほとんど、または活性領域のすべては、白色光を放出するように構成されているサブ領域を有する。例えば、このサブ領域におけるインジウム濃度は、例えば白色光である混合光をサブ領域自体が放出するように、サブ領域の主延在方向に沿って変化する。
【００５５】
さらには、本明細書に記載されている発光ダイオードチップを製造する方法を開示する。本方法によって、本明細書に記載されている発光ダイオードチップを製造することができる。したがって、本発光ダイオードチップのすべての特徴は、本方法にもあてはまる。
【００５６】
以下では、本発明の発光ダイオードチップについて、発光ダイオードチップの実施形態に関連してさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本明細書に記載されている発光ダイオードチップの実施形態の概略図を示している。
【図２Ａ】本明細書に記載されている発光ダイオードチップの実施形態における活性領域についてさらに詳しく説明するための図である。
【図２Ｂ】本明細書に記載されている発光ダイオードチップの実施形態における活性領域についてさらに詳しく説明するための図である。
【図２Ｃ】本明細書に記載されている発光ダイオードチップの実施形態における活性領域についてさらに詳しく説明するための図である。
【図３Ａ】本明細書に記載されている発光ダイオードチップの実施形態における活性領域についてさらに詳しく説明するための図である。
【図３Ｂ】本明細書に記載されている発光ダイオードチップの実施形態における活性領域についてさらに詳しく説明するための図である。
【図４】本明細書に記載されている発光ダイオードチップの実施形態における活性領域についてさらに詳しく説明するための図である。
【図５】本明細書に記載されている発光ダイオードチップの実施形態における活性領域についてさらに詳しく説明するための図である。
【図６】本明細書に記載されている発光ダイオードチップの実施形態における活性領域についてさらに詳しく説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
例示的な実施形態および図面において、類似する構成部分または類似する機能の構成部分には、同じ参照数字を付してある。図面に示した要素と、それらの互いのサイズの関係は、正しい縮尺ではないものとみなされたい。むしろ、便宜上、または深く理解できるようにする目的で、個々の要素を誇張したサイズで示してあることがある。
【００５９】
図１は、本明細書に記載されている発光ダイオードチップの概略図を示している。この発光ダイオードチップは、半導体ボディ１を備えている。半導体ボディ１は、第１のコンタクト層４を有する。第１のコンタクト層４は、例えば、窒化物化合物半導体材料系である半導体材料によって形成されている。第１のコンタクト層４の一方の面には、複数の活性領域２が配置されている。活性領域２はナノ構造であり、これらのナノ構造は、主延在方向Ｒを有し、横方向Ｌにおいて互いに隔てられており、隔たりはナノ構造が互いに接触するまで小さくすることができる。活性領域２は、例えば、第１のコンタクト層４の上面にエピタキシャル成長している。
【００６０】
さらには、成長基板を除去し、層４をキャリアもしくはミラー層またはその両方によって形成することが可能である。例えば、ミラー層は、例えば１００％以下のＡｇ含有量を有するＡｇ含有合金によって形成される。この場合、本発光ダイオードチップは、薄膜設計とすることができる。
【００６１】
活性領域２は、例えば、半導体ボディの上面にエピタキシャル成長したナノ構造である。ナノ構造は、例えば、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）成長によって成長させる。さらには、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）成長によってナノ構造を成長させることも可能である。
【００６２】
ナノ構造の成長は、自己組織化的に（in a self-organized way）行うことができる。さらには、マスク層を使用してナノ構造を成長させることが可能である。例えば、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ２、Ｔｉ、Ｎｉのうちの少なくとも１種類からなるマスク層を、半導体ボディの上面に形成する。この場合、各ナノ構造のためのシードを、マスク層の開口部の中、上面に直接的に形成することができる。各シードの領域においてナノ構造が成長する。マスク層を使用することにより、あらかじめ選択可能な位置にナノ構造を形成することができる。これによって、ナノ構造の密度を正確に設定することができる。例えば、ナノ構造の密度を、マスク層における開口部の数および位置によって効率的に制御することができ、マスク層は、例えばリソグラフィまたはナノインプリントリソグラフィによってパターニングすることができ、リソグラフィでは、パターンを追加のレジスト層に転写し、その後のエッチングステップによって、マスク層もしくはマスク層の開口部の範囲またはその両方に転写する。マスク層を使用することによって、規則的に並んだナノ構造を形成することと、例えば位置を制御してナノロッドを成長させることが可能である。
【００６３】
さらには、ナノ構造をＭＢＥ成長によって成長させ、半導体ボディをＭＯＶＰＥ成長によって成長させることが可能である。特に、ナノ構造は自己組織化型ＭＢＥ成長によって成長させる。これにより、高いアスペクト比と小さい直径を有する構造が得られ、例えばすべてのナノ構造の平均直径が７０ｎｍ以下、例えば５０ｎｍ以下である。結果として、ナノ構造のＭＢＥ成長を採用することにより、ナノ構造の高い密度を達成することができる。さらに、ナノ構造のＭＢＥ成長では、ＩＩＩ族窒化物におけるインジウム濃度のすぐれた制御が提供され、１００％までのインジウム濃度が可能である。したがって、ナノ構造のＭＢＥ成長は、特に高いインジウム濃度が必要であるときに採用することができる。
【００６４】
図１の実施形態においては、各活性領域２は、円柱形状を有するいわゆるナノロッドとして示してある。各活性領域２は、同じく円柱形状であるサブ領域２１，２２，２３，２４を備えており、隣接するサブ領域の間に障壁領域３が配置されている。なお、サブ領域２１，２２，２３，２４および障壁領域３は、任意の形状を示すことができることに留意されたい。隣り合うサブ領域および障壁が同じ形状である必要はない。しかしながら、説明を簡潔にする目的で、いずれの図にも、円盤状または円柱形状の領域が含まれている。
【００６５】
活性領域２は、１０００ｎｍより小さい最大直径ｄと、最大直径の少なくとも３倍の長さｌとを有する。各活性領域２は、相互に異なる色の光が生成される複数のサブ領域を備えている。サブ領域２１，２２，２３，２４の間の障壁領域３は、２つの隣接するサブ領域の間での電荷キャリアの熱活性化再分散を妨げる。例えば、各活性層のすべてのサブ領域を電気的に駆動することができる。この場合、隣接するサブ領域の間にトンネル接合部６が配置される。接合部６により、各サブ領域は、それぞれのサブ領域におけるキャリア注入によって生成される光を放出する。これにより、サブ領域によって定義される色あたりの光子の数、サブ領域のインジウム含有量およびサブ領域の体積、および各サブ領域の外部量子効率を決定することができる。
【００６６】
これに対して、コンタクト層の一方（例えば第１のコンタクト層４）に最も近いサブ領域２１のみが電気的に駆動され、それに続くサブ領域２２，２３，２４における放射の生成は、これらのサブ領域を第１のサブ領域２１からの光によって光学的にポンピングすることによることが可能である。例えばＩｎＧａＮ系のサブ領域の最高効率は、青色スペクトル領域において達成されるため、これは極めて効率的な解決策である。活性領域２の幾何学形状により、第１のサブ領域２１において生成されるポンプ光が主延在方向Ｒに沿って導かれ、より厚い領域において青色光が別の色の光に効率的に変換されることが可能である。したがって、良好な光の結合が達成され、変換されるすべての色をＩｎＧａＮ系の材料において生成することができ、これにより、隣接するサブ領域の間で屈折率が良好に一致するため、異なる色のサブ領域の間の界面損失がさらに減少する。この場合、より長い波長のサブ領域における再吸収損失を最小にする目的で、最も長い波長（例：赤色）を放出するサブ領域を、電気的に駆動されるポンプ領域の最も近くに配置し、最も短い波長（例：緑色）のサブ領域を、最も遠くに配置することが、より効率的である。
【００６７】
図１による発光ダイオードチップは、第２のコンタクト５をさらに備えている。例えば、第２のコンタクト５は、例えば、サブ領域において生成される光に対して透明または半透明の材料によって形成できる層とすることができる。第２のコンタクト５は、例えば、ＩＴＯやＺｎＯなどの透明導電性酸化物からなる。さらに、第２のコンタクト５が導電性グラフィーム（grapheme）の薄層であることが可能である。さらには、コンタクト５の別の構造も可能である。
【００６８】
図２Ａは、３つのサブ領域２１，２２，２３を有する１つの活性領域２を示している。例えば、本発光ダイオードチップの動作時に、第１のサブ領域２１は青色光を放出するように構成されており、第２のサブ領域２２は緑色光を放出するように構成されており、第３のサブ領域２３は赤色光を放出するように構成されている。図２Ｂは、類似する活性領域２を示しており、この場合、周囲のサブ領域の半導体材料よりも大きいバンドギャップを有する障壁領域３が、２つの隣接するサブ領域の間に配置されている。各活性領域は、例えば障壁領域３と同じ材料からなる第１の領域２０を有する。第１の領域２０は、例えば、ＧａＮ系であり、ｎ型にドープされている。この場合、第１の領域２０は、例えばｎ−ＧａＮからなる。サブ領域２１，２２，２３は、例えば、ＩｎＧａＮ半導体材料系であり、障壁領域３は、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、またはＩｎＧａＮ系である。
【００６９】
各活性領域は、例えばＧａＮ系でありｐ型にドープされた最後の領域３０（各図には示していない）を有することができる。最後の領域３０は、第１の領域２０とは反対側の活性領域の面に配置されている。
【００７０】
図２Ｃは、障壁のない図２Ａの活性領域２の場合のフォトルミネセンススペクトルと、障壁を有する図２Ｂの活性領域２の場合のフォトルミネセンススペクトルとの比較を示している。この比較から明らかになるように、障壁領域３を有する活性層によって生成される光の方が、障壁領域３のない活性領域の場合よりも明るく、かつスペクトルが広い。
【００７１】
図３Ａには、約５００ｎｍの長さを有する活性領域内に３つのＧａＮ障壁領域３を有する活性領域２を示してある。活性領域２は、４つのサブ領域２１，２２，２３，２４を有し、各サブ領域は、青色光、緑色光、黄色光、および赤色光を放出するため、それぞれ異なるが控えめな（discreet）インジウム濃度を有する。したがって、サブ領域２４の体積をサブ領域２３の体積より大きくすることができ、サブ領域２３の体積をサブ領域２２の体積より大きくすることができ、サブ領域２２の体積をサブ領域２１の体積より大きくすることができる。量子効率に関して考慮すると、個々のサブ領域の体積を使用して、スペクトルの全領域における対応する波長の寄与分を調整することができる。したがって、サブ領域に達するポンプ光の異なる量と、サブ領域のＩｎＧａＮ系の材料における異なる色の光の生成における異なる量子効率は、各サブ領域の体積の大きさによって補正される。
【００７２】
図３Ｂは、放出される混合光の特定の色座標および色温度を設定する目的で、さらに多くのサブ領域を有する類似する活性領域２を示している。例えば、この活性領域は、青色光を生成するための２つのサブ領域２１，２２と、緑色光を生成するための２つのサブ領域２３，２４と、黄色光の１つのサブ領域２５と、赤色光を生成するための３つのサブ領域２６，２７，２８とを備えている。
【００７３】
図４は、それぞれが混合光を放出する４つのサブ領域２１，２２，２３，２４を有する活性領域２を示している。例えば、第１のサブ領域２１が緑色がかった青色光を放出し、第２のサブ領域２２が緑色がかった黄色光を放出し、第３のサブ領域２３が橙色光を放出し、第４のサブ領域２４が赤色光を放出する。さまざまな色は、例えば、インジウム濃度の勾配によって生成され、各サブセクションがインジウムの勾配を有し、前のサブセクションの最後の部分のインジウム濃度と、次のセクションの最初の部分のインジウム濃度が同じである。
【００７４】
図５は、例えば８００ｎｍの長さｌを有する活性領域２の中に２つの障壁領域３を有する活性領域２を示しており、各サブ領域２１，２２，２３は、主延在方向Ｒにおける勾配インジウム濃度を有する。例えば、各サブ領域は白色光を放出するように構成されており、障壁はトンネル接合部である。
【００７５】
したがって、本明細書に記載されている発光ダイオードチップは、いずれも同じように構成されている複数の活性領域２を有することが可能である。さらには、１つの発光ダイオードチップが、活性領域の少なくとも２つがその組成に関して互いに異なるように、異なる組成の活性領域を備えていることが可能である。
【００７６】
図６に関連して、本明細書に記載されている活性領域２のさらなる例を示した。例えば、活性領域２は次の構造を有することができる。
【００７７】
構造Ａ
２０：  ｎ−ＧａＮの第１の領域
２１：  電気的にポンピングされる青色光を放出するＩｎＧａＮサブ領域
３１：  活性領域のｐ型電気コンタクトを形成するｐ−ＧａＮの第１の障壁領域
２２：  光学的にポンピングされる赤色光を放出するＩｎＧａＮサブ領域
３２：  第２の障壁領域
２３：  光学的にポンピングされる黄色光を放出するＩｎＧａＮサブ領域
３３：  第３の障壁領域
２４：  光学的にポンピングされる緑色光を放出するＩｎＧａＮサブ領域
３０：  ＧａＮの最後の領域
【００７８】
構造Ａにおいては、電流は、電気的にポンピングされる青色光を放出するＩｎＧａＮサブ領域２１を流れるのみである。第１の障壁領域３１は、ｐ型にドープされており、活性領域のｐ型コンタクトを形成している。この例においては、第１のサブ領域２１と第２のサブ領域２２との間に厚い障壁領域３１が配置されており、厚い障壁領域３１は、少なくとも１００ｎｍの厚さを有する。厚い障壁領域３１は、この厚い障壁領域に隣接する第１のサブ領域２１および第２のサブ領域２２よりも大きいバンドギャップを有する半導体材料系であり、厚い障壁領域３１の側面に導電性材料３１０が形成されており、第１のサブ領域２１は導電性材料３１０を介して電気的に接触されている。残りの障壁領域は、最大で３０ｎｍの厚さを有する薄い障壁領域である。導電性材料３１０は、例えば、金属またはＴＣＯ材料によって形成される。
【００７９】
構造Ｂ
２０：  ｎ−ＧａＮの第１の領域
２４：  電気的にポンピングされる青色光を放出するＩｎＧａＮサブ領域
３１：  ｎ型にドープされた第１の障壁領域
２３：  光学的にポンピングされる赤色光を放出する（ｎ）−ＩｎＧａＮサブ領域
３２：  ｎ型にドープされた第２の障壁領域
２２：  光学的にポンピングされる黄色光を放出する（ｎ）−ＩｎＧａＮサブ領域
３３：  ｎ型にドープされた第３の障壁領域
２１：  光学的にポンピングされる緑色光を放出する（ｎ）−ＩｎＧａＮサブ領域
３０：  ｐ−ＧａＮの最後の領域
【００８０】
構造Ｂにおいては、電流はすべてのサブ領域を流れる。しかしながら、青色光を放出するＩｎＧａＮサブ領域２４のみが電気的にポンピングされる。ｐ−ＧａＮ領域３０に導電性材料３１０が形成される。
【００８１】
構造Ｃ
２０：  ｎ−ＧａＮの第１の領域
２１：  青色光を放出するＩｎＧａＮサブ領域
３１：  少なくとも３．４ｅＶのギャップエネルギを有するＧａＮまたはＩｎＧａＮの障壁領域
２２：  緑色光を放出するＩｎＧａＮサブ領域
３２：  少なくとも２．８ｅＶのギャップエネルギを有するＩｎＧａＮの障壁領域
２３：  黄色光を放出するＩｎＧａＮサブ領域
３３：  少なくとも２．４ｅＶのギャップエネルギを有するＩｎＧａＮの障壁領域
２４：  赤色光を放出するＩｎＧａＮサブ領域
３０：  ｐ−ＧａＮの最後の領域
【００８２】
構造Ｃにおいては、電流はすべてのサブ領域を流れる。しかしながら、青色光を放出するＩｎＧａＮサブ領域２１のみが電気的にポンピングされる。
【００８３】
ここまで、本発明について例示的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの例示的な実施形態に限定されない。本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含しており、特に、請求項における特徴の任意の組合せと、例示的な実施形態における特徴の任意の組合せとを含んでいる。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が請求項あるいは例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、本発明に含まれる。
【図１】
0005829344.tif 000002
【図２Ａ】
0005829344.tif 000003
【図２Ｂ】
0005829344.tif 000004
【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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