(57)【要約】  本発明のエレクトロルミネッセンスデバイスは、ポンプ波長で発光する。第１のフォトルミネッセンス素子は、このエレクトロルミネッセンスデバイスの第１及び第２の領域を覆い、このエレクトロルミネッセンスデバイスの第１の領域からのポンプ光の少なくとも一部を第１の波長の光に変換する。第２のフォトルミネッセンス素子は、このエレクトロルミネッセンスデバイスの第２の領域を覆い、このエレクトロルミネッセンスデバイスの第１の領域を覆わず、ポンプ波長の光の少なくとも一部を、その第１の波長と異なる第２の波長の光に変換する。いくつかの実施形態では、第１及び第２のフォトルミネッセンス素子は、エレクトロルミネッセンスデバイスの第１及び第２の領域のそれぞれから入射するポンプ光の実質的に全てを変換する。エッチング停止層は、その第１のフォトルミネッセンス素子と第その２のフォトルミネッセンス素子とを分離することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長及び第２の波長で発光する発光デバイスであって、
ポンプ波長で発光するエレクトロルミネッセンスデバイスと、
前記エレクトロルミネッセンスデバイスの第１及び第２の領域を覆う第１のフォトルミネッセンス素子であって、前記エレクトロルミネッセンスデバイスの前記第１の領域からの前記ポンプ波長の前記入射光の少なくとも一部を、前記第１の波長の光に変換する能力を有する、第１のフォトルミネッセンス素子と、
前記第１のフォトルミネッセンス素子と前記エレクトロルミネッセンスデバイスとの間に配置された第２のフォトルミネッセンス素子であって、当該第２のフォトルミネッセンス素子が前記エレクトロルミネッセンスデバイスの前記第２の領域を覆い、かつ、前記エレクトロルミネッセンスデバイスの前記第１の領域は覆わないものであり、当該第２のフォトルミネッセンス素子が、前記エレクトロルミネッセンスデバイスの前記第２の領域からの前記ポンプ波長の前記入射光の少なくとも一部を前記第１の波長とは異なる前記第２の波長の光に変換する能力を有するものである、第２のフォトルミネッセンス素子と、を備える、発光デバイス。
【請求項２】
前記第１のフォトルミネッセンス素子が少なくとも第１のポテンシャル井戸を有し、かつ、前記第２のフォトルミネッセンス素子が少なくとも第２のポテンシャル井戸を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１のフォトルミネッセンス素子が、前記エレクトロルミネッセンスデバイスからの前記ポンプ波長の前記入射光を吸収する吸収性半導体層の間に配置される複数の第１のポテンシャル井戸を有し、前記第１のポテンシャル井戸が前記第１の波長の光を発する能力を有するものである、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第２のフォトルミネッセンス素子が、前記エレクトロルミネッセンスデバイスからの前記ポンプ波長の前記入射光を吸収する吸収性半導体層の間に配置される複数の第２のポテンシャル井戸を有し、当該第２のポテンシャル井戸が前記第２の波長の光を発する能力を有するものである、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第１及び前記第２のフォトルミネッセンス素子が、ＩＩ〜ＶＩ族半導体材料を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第１及び前記第２のフォトルミネッセンス素子のそれぞれが、カドミウムマグネシウム亜鉛セレナイド（ＣｄＭｇＺｎＳｅ）の吸収層の間に配置された複数のカドミウム亜鉛セレナイド（ＣｄＺｎＳｅ）量子井戸を有する、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第２のフォトルミネッセンス素子と前記エレクトロルミネッセンスデバイスとの間に配置された接着剤層を更に備え、当該接着剤層が前記第２のフォトルミネッセンス素子を前記エレクトロルミネッセンスデバイスに取り付けている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第２の発光素子が、前記エレクトロルミネッセンスデバイスに直接接合される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第１のフォトルミネッセンス素子が、前記第２のフォトルミネッセンス素子と一緒にエピタキシャル成長される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第１及び前記第２のフォトルミネッセンス素子との間に、エピタキシャル成長された窓層とエッチング停止層とを更に備える、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第１のフォトルミネッセンス素子が、前記エレクトロルミネッセンスデバイスの前記第１の領域からの当該第１のフォトルミネッセンス素子上の前記ポンプ波長の前記入射光の実質的に全てを吸収し、前記第２のフォトルミネッセンス素子が、前記エレクトロルミネッセンスデバイスの前記第２の領域からの当該第２のフォトルミネッセンス素子上の前記ポンプ波長の前記入射光の実質的に全てを吸収する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記第１のフォトルミネッセンス素子とともにエピタキシャル成長され、かつ、当該第１のフォトルミネッセンス素子と前記エレクトロルミネッセント素子との間に配置される窓層を更に備え、前記第１の領域からの前記ポンプ波長の光が、前記第１の発光素子へ入射する前に当該窓層を通過する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第２のフォトルミネッセンス素子によって発され、前記第１のフォトルミネッセンス素子へ入射する前記第２の波長の光が、前記第１のフォトルミネッセンス素子を実質的に透過する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
第１の波長と第２の波長とで発光する能力を有する発光デバイスであって、
ポンプ波長で発光するエレクトロルミネッセンスデバイスと、
前記エレクトロルミネッセンスデバイスの第１の領域を覆う第１のフォトルミネッセンス素子であって、前記第１のフォトルミネッセンスデバイスが、前記エレクトロルミネッセンスデバイスの前記第１の領域からの前記ポンプ波長の前記入射光の実質的に全てを前記第１の波長の光に変換する能力を有する、第１のフォトルミネッセンス素子と、
前記エレクトロルミネッセンスデバイスの第２の領域を覆う第２のフォトルミネッセンス素子であって、当該第２のフォトルミネッセンス素子が、前記エレクトロルミネッセンスデバイスの前記第２の領域からの前記ポンプ波長の前記入射光の実質的に全てを前記第２の波長の光に変換する能力を有する、第２のフォトルミネッセンス素子と、を備える、発光デバイス。
【請求項１５】
前記第１のフォトルミネッセンス素子が、前記エレクトロルミネッセンスデバイスの前記第２の領域をも覆っている、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記第２のフォトルミネッセンス素子が、前記エレクトロルミネッセンスデバイスの前記第１の領域を覆っていない、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記第２のフォトルミネッセンス素子によって発され、前記第１のフォトルミネッセンス素子へ入射する前記第２の波長の光が、前記第１のフォトルミネッセンス素子を実質的に透過する、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記第１のフォトルミネッセンス素子が、前記エレクトロルミネッセンスデバイスからの前記ポンプ波長の前記入射光を吸収する吸収性半導体層の間に配置される複数の第１のポテンシャル井戸を有し、当該第１のポテンシャル井戸が前記第１の波長の光を発する能力を有するものである、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記第２のフォトルミネッセンス素子が、前記エレクトロルミネッセンスデバイスからの前記ポンプ波長の前記入射光を吸収する吸収性半導体層の間に配置される複数の第２のポテンシャル井戸を有し、当該第２のポテンシャル井戸が前記第２の波長の光を発する能力を有するものである、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記第１及び第２のフォトルミネッセンス素子が、ＩＩ〜ＶＩ族半導体材料を含む、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記第１及び第２のフォトルミネッセンス素子のそれぞれが、カドミウムマグネシウム亜鉛セレナイド（ＣｄＭｇＺｎＳｅ）の吸収層の間に配置された複数のカドミウム亜鉛セレナイド（ＣｄＺｎＳｅ）量子井戸を有する、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記第２のフォトルミネッセンス素子と前記エレクトロルミネッセンスデバイスとの間に配置された接着剤層を更に備え、当該接着層が前記第２のフォトルミネッセンス素子を前記エレクトロルミネッセンスデバイスに取り付けている、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記第２のフォトルミネッセンス素子が、前記エレクトロルミネッセンスデバイスに直接接合されている、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記第１のフォトルミネッセンス素子が、前記第２のフォトルミネッセンス素子と一緒にエピタキシャル成長される、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記第１フォトルミネッセンス素子と前記第２のフォトルミネッセンス素子の間に、エピタキシャル成長された窓層とエッチング停止層とを更に備える、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記第１のフォトルミネッセンス素子が、前記第２のフォトルミネッセンス素子に接着剤で取り付けられている、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２７】
半導体構造体であって、
ポンプ波長の光を、当該ポンプ波長とは異なる第１の波長の光に変換する能力を有する第１の再発光半導体構造であって、前記再発光半導体構造が第１のエッチング液によってエッチングすることができる、第１の再発光半導体構造と、
前記第１の再発光半導体構造とともにエピタキシャル成長されたエッチング停止層であって、当該エッチング停止層は前記第１のエッチング液にエッチング耐性がある、エッチング停止層と、
前記エッチング停止層上でエピタキシャル成長され、かつ、前記ポンプ波長の光を前記ポンプ波長とも前記第１の波長とも異なる第２の波長の光に変換する能力を有する第２の再発光半導体構造と、を有するものであり、前記第１の再発光半導体構造及び前記エッチング停止層の両方が、前記第２の再発光半導体構造が発する前記第２の波長の前記光に対して実質的に透明である、半導体構造体。
【請求項２８】
基板を更に有し、当該基板上で前記第１の再発光半導体構造がエピタキシャル成長される、請求項２７に記載の構造体。
【請求項２９】
前記基板が、リン化インジウム（ＩｎＰ）を含む、請求項２８に記載の構造体。
【請求項３０】
前記エッチング停止層が、前記第２の波長より短い波長を有する第３の波長で蛍光を発光する能力を有する、請求項２７に記載の構造体。
【請求項３１】
前記エッチング停止層と前記第１の再発光半導体構造との間にエピタキシャル成長された窓層を更に備え、前記第２の再発光半導体構造及び前記エッチング停止層の部分が取り除かれて前記窓層が露出されている、請求項２７に記載の構造体。
【請求項３２】
光変換素子の形成方法であって、
第１の再発光部分と、第２の再発光部分と、前記第１の再発光部分と前記第２の再発光部分との間にあるエッチング停止層とを有する半導体構造体を提供する工程であって、前記第１の再発光部分と、前記エッチング停止層と、前記第２の再発光部分とが一緒にエピタキシャル成長される、半導体構造体を提供する工程と、
前記エッチング停止層の領域を露出するために前記第２の再発光部分における第１の領域をエッチングする工程と、
前記エッチング停止層が照射されて第１の波長で蛍光を発光する間に前記エッチング停止層の前記露出された領域をエッチングする工程と、
前記第１の波長の前記光を検出する工程と、
前記第１の波長の光がもはや検出されなくなった際に前記エッチング停止層のエッチングを終了する工程と、を含む、光変換素子の形成方法。
【請求項３３】
前記半導体構造体を提供する工程が、カドミウム亜鉛セレナイド（ＣｄＺｎＳｅ）で形成された前記エッチング停止層を有する前記半導体構造体を提供することを含み、かつ、前記エッチング停止層をエッチングする工程が、前記エッチング停止層をＨＢｒ／Ｈ2Ｏ／Ｂｒ2溶液に曝露することを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記第２の再発光部分が、カドミウムマグネシウム亜鉛セレナイド（ＣｄＭｇＺｎＳｅ）を含み、かつ、前記第２の再発光領域をエッチングする工程が、前記第２の再発光部分をＨＣｌ及びＨＢｒのうちの少なくとも１つの溶液に曝露することを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１及び第２の再発光部分が、それぞれ、ＣｄＭｇＺｎＳｅで形成された吸収層の間に配置されたＣｄＺｎＳｅ量子井戸構成と、緑色光を発するように構成された前記第１の再発光部分の量子井戸と、赤色光を発するように構成された前記第２の再発光部分の量子井戸とを、有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
多重波長発光ダイオード（ＬＥＤ）の形成方法であって、
第１のフォトルミネッセンス素子をＬＥＤに取り付ける工程であって、当該第１のフォトルミネッセンス素子が、前記ＬＥＤからのポンプ光で照射した際に第１の波長の光を生成する能力を有する、取付工程と、
前記第１のフォトルミネッセンス素子の部分を取り除く工程と、
第２のフォトルミネッセンス素子を前記第１のフォトルミネッセンス素子の上に取り付ける工程であって、当該第２のフォトルミネッセンス素子が、前記ＬＥＤからのポンプ光で照射した際に前記第１の波長と異なる第２の波長の光を生成する能力を有する、取付工程と、を含む、方法。
【請求項３７】
前記第２のフォトルミネッセンス素子の部分を取り除く工程を更に含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１のフォトルミネッセンス素子の部分を取り除く工程が、前記第１のフォトルミネッセンス素子の部分をエッチングすることを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１のフォトルミネッセンス素子を前記ＬＥＤに取り付ける工程が、前記第１のフォトルミネッセンス素子を接着剤で前記ＬＥＤに取り付けることを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１のフォトルミネッセンス素子を前記ＬＥＤに取り付ける工程が、前記第１のフォトルミネッセンス素子と前記ＬＥＤとの間に光学接合を形成することを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１及び第２のフォトルミネッセンス素子が、それぞれ、ＩＩ〜ＶＩ族半導体材料で形成されたポテンシャル井戸構造を有する、請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオードに関するものであり、特にＬＥＤによって発光される光の波長を変換する波長変換器を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤが通常発生しない光の色を必要とする場合や、単独のＬＥＤを、通常は複数の様々なＬＥＤを合わせて作られるスペクトルを有する光の製作に使用する場合の照明装置に関して、波長を変換する発光ダイオード（ＬＥＤ）が益々重要となっている。この様な装置の例は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のコンピュターモニターやテレビの様なディスプレイの背面照明が該当する。この様な装置では、ＬＣＤパネルの照明用に実質的に白色の光が必要である。単独のＬＥＤで白色を発生させる一つの方法としては、まずＬＥＤで青色を発生させて、次にその光の一部若しくは全部を異なる色に変換するものがある。一例として、青色発光ＬＥＤが白色源として用いられる場合には、青色光の一部分は波長変換器を用いて黄色光に変換され得る。結果として生ずる黄色と青色の組み合わせの光は、観察者には白く見える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、その白色光は２つの異なる色のみの結果であるため、結果としてもたらされる光の色（白色点）は、表示装置に用いるには最適ではない場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施形態は、第１及び第２の波長で発光する発光デバイスを対象とする。このデバイスは、ポンプ波長で発光するエレクトロルミネッセンスデバイスを含む。第１のフォトルミネッセンス素子は、エレクトロルミネッセンスデバイスの第１の領域及び第２の領域を覆う。第１のフォトルミネッセンス素子は、エレクトロルミネッセンスデバイスの第１の領域からのポンプ波長の入射光の少なくとも一部を第１の波長の光に変換する能力を有する。このデバイスは、また、第１のフォトルミネッセンス素子とエレクトロルミネッセンスデバイスとの間に配置された第２のフォトルミネッセンス素子も含む。第２のフォトルミネッセンス素子は、エレクトロルミネッセンスデバイスの第２の領域を覆い、エレクトロルミネッセンスデバイスの第１の領域は覆わない。第２のフォトルミネッセンス素子は、エレクトロルミネッセンスデバイスの第２の領域からのポンプ波長の入射光の少なくとも一部を第１の波長と異なる第２の波長の光に変換する能力を有する。
【０００５】
本発明の別の実施形態は、第１の波長及び第２の波長で発光することができる発光デバイスを対象とする。このデバイスは、ポンプ波長で発光するエレクトロルミネッセンスデバイスを含む。第１のフォトルミネッセンス素子は、エレクトロルミネッセンスデバイスの第１の領域を覆う。第１のフォトルミネッセンスデバイスは、エレクトロルミネッセンスデバイスの第１の領域からのポンプ波長の入射光の実質的に全てを第１の波長の光に変換する能力を有する。第２のフォトルミネッセンス素子は、エレクトロルミネッセンスデバイスの第２の領域を覆う。第２のフォトルミネッセンス素子は、エレクトロルミネッセンスデバイスの第２の領域からのポンプ波長の入射光の実質的に全てを第２の波長の光に変換する能力を有する。
【０００６】
本発明の別の実施形態は、ポンプ波長の光をそのポンプ波長とは異なる第１の波長の光に変換する能力を有する第１の再発光半導体構造を有する半導体構造体を対象とする。第１の再発光半導体構造は、第１のエッチング液でエッチングすることができる。エッチング停止層は、第１の再発光半導体構造とともにエピタキシャル成長される。エッチング停止層は、第１のエッチング液によるエッチングに抵抗する能力を有する。第２の再発光半導体構造は、エッチング停止層上にエピタキシャル成長され、かつ、ポンプ波長の光を、そのポンプ波長とも第１の波長とも異なる第２の波長の光に変換する能力を有する。第１の再発光半導体構造及びエッチング停止層は、両方とも、第２の再発光半導体構造が発する第２の波長の光に対して実質的に透明である。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、光変換素子の形成方法を対象とする。この方法は、第１の再発光部分と、第２の再発光部分と、第１と第２の再発光部分間にあるエッチング停止層とを有する半導体構造体を提供する工程を含む。第１の再発光部分と、エッチング停止層と、第２の再発光部分とは、一緒にエピタキシャル成長される。エッチング停止層を露出するために、第２の再発光部分において第１の領域がエッチングされる。エッチング停止層の第１の領域は、エッチング停止層が照射されて第１の波長で蛍光を発する間に、エッチングされる。第１の波長の光が検出され、かつ、この第１の波長の光がもはや検出されなくなると、エッチング停止層の第１の領域のエッチングが終了となる。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、多重波長発光ダイオード（ＬＥＤ）の形成方法を対象とする。この方法は、第１のフォトルミネッセンス素子をＬＥＤに取り付ける工程を含む。第１のフォトルミネッセンス素子は、ＬＥＤからのポンプ光で照射されたときに第１の波長の光を生成することができる。次いで、第１のフォトルミネッセンス素子の部分を取り除く。第２のフォトルミネッセンス素子を第１のフォトルミネッセンス素子の上に取り付ける。第２のフォトルミネッセンス素子は、ＬＥＤからのポンプ光で照射されたときに、第１の波長とは異なる第２の波長で光を生成することができる。
【０００９】
本発明の上記の概要は、本発明のそれぞれの図示の実施形態又は全ての実施を説明しようとするものではない。以下の図及び詳細な説明によって、これらの実施形態をより具体的に例示する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
添付の図面と共に以下の本発明の様々な実施形態の詳細な説明を検討することで、本発明はより完全に理解され得る。
【図１】本発明の原理に従う、波長を変換された発光ダイオード（ＬＥＤ）の実施形態の概略図。
【図２】本発明の原理に従う、波長変換器の実施形態の概略図。
【図３Ａ】本発明の一実施形態の波長変換ＬＥＤ製造における製作工程の概略図。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態の波長変換ＬＥＤ製造における製作工程の概略図。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態の波長変換ＬＥＤ製造における製作工程の概略図。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態の波長変換ＬＥＤ製造における製作工程の概略図。
【図３Ｅ】本発明の一実施形態の波長変換ＬＥＤ製造における製作工程の概略図。
【図３Ｆ】本発明の一実施形態の波長変換ＬＥＤ製造における製作工程の概略図。
【図４】波長変換ＬＥＤの別の実施形態の概略図。
【図５Ａ】本発明の原理に従う、波長変換ＬＥＤの他の実施形態の概略図。
【図５Ｂ】本発明の原理に従う、波長変換ＬＥＤの他の実施形態の概略図。
【図６Ａ】波長変換ＬＥＤの別の実施形態における製作工程の概略図。
【図６Ｂ】波長変換ＬＥＤの別の実施形態における製作工程の概略図。
【図６Ｃ】波長変換ＬＥＤの別の実施形態における製作工程の概略図。
【図６Ｄ】波長変換ＬＥＤの別の実施形態における製作工程の概略図。
【００１１】
本発明は種々の修正及び代替の形態に容易に応じるが、その細部は一例として図面に示されており、また詳しく説明することにする。しかしながら、その意図は、記載された特定の実施形態に本発明を限定することでないことを理解するべきである。反対に、その意図は添付の特許請求の範囲により規定されるように、本発明の趣旨及び範囲内にあるすべての変更、等価物、及び代替物を網羅しようとするもの。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、波長変換器を用いる発光ダイオードに適用可能であり、この波長変換器は、所定波長で発光するＬＥＤの光の少なくとも一部の波長を２つの追加波長に変換する。本明細書で、ある波長の光に言及する場合、その光が、ある範囲の波長を有することができ、その波長の範囲内でピーク波長となる特定の波長を伴うものと理解するべきである。例えば、光がλ波長を有すると述べた場合、その光は、その波長の範囲内のピーク波長としてλを有する、波長の範囲を含むことができるものと理解するべきである。
【００１３】
本発明の第一の実施形態による、波長変換ＬＥＤデバイス１００の例は図１に概略図で示されている。デバイス１００には、１つのタイプのエレクトロルミネッセンスデバイスであるＬＥＤ  １０２が含まれる。半導体波長変換器１０４は、ＬＥＤ  １０２の上側表面１０６に取り付けられる。変換器１０４は、ＬＥＤ  １０２から受ける波長λｐの光を変換して少なくとも２つの異なる波長（λ１及びλ２）の光を生成することができる。変換器１０４は、第２のフォトルミネッセンス素子１１０よりＬＥＤ  １０２のより近くに配置された第１のフォトルミネッセンス素子１０８を含むスタックに形成される。フォトルミネッセンス素子は半導体構造体であり、概してそれより短い波長特性の別の光によって照射された場合に、１つの波長特性の光を生成する。第１のフォトルミネッセンス素子は、ＬＥＤ  １０２からのλｐの光で照射された場合に、λ１の光を発生する。第２のフォトルミネッセンス素子は、ＬＥＤ  １０２からのλｐの光で照射された場合に、λ２の光を発生する。２つのフォトルミネッセンス素子１０８、１１０は、エッチング停止層１１２及び窓層１１４によって分離されている。更に、第２の窓層１１６が、第１のフォトルミネッセンス素子をＬＥＤ  １０２から分離する場合がある。
【００１４】
それぞれの半導体フォトルミネッセンス素子１０８、１１０は、ＬＥＤ  １０２からのλｐの光を吸収する少なくとも１つの層を含むことにより、その半導体内のキャリア対と、これらのキャリアを収集する例えば量子井戸層である少なくとも１つのポテンシャル井戸層とを生成するものであり、収集されたキャリアは再結合されて、λｐより長い波長の光を発する。第１のフォトルミネッセンス素子１０８に発生した光の波長λ１は、第２のフォトルミネッセンス素子１１０に発生した光の波長λ２より概して長いので、λ１の光は第２のフォトルミネッセンス素子１１０を通過することができる。例えば、ＬＥＤ  １０２がＧａＮ系ＬＥＤである場合、λｐの光は通常青色であり、そのＬＥＤは、赤色光を発生する第１のフォトルミネッセンス素子１０８と、緑色光を発生する第２のフォトルミネッセンス素子とを伴う。故に、ＬＥＤ装置１００は、ディスプレイに使用される赤色、緑色、青色の３色全ての光を発する能力を有することができる。
【００１５】
ＬＥＤ  １０２の第１の領域１１８は、第２のフォトルミネッセンス素子１１０のみによって覆われている。ＬＥＤ  １０２の第１の領域１１８（１１６）からの波長λｐを有する光１２０は、第２のフォトルミネッセンス素子１１０に入射し、λ２の光１２２を発生する。第２のフォトルミネッセンス素子１１０は、ＬＥＤ  １０２の第１の領域１１８（１１６）からの入射光１２０の実質的に全てを吸収する場合もあり、入射光１２０の一部のみを吸収する場合もある。
【００１６】
ＬＥＤ  １０２の第２の領域１２４は、第１及び第２のフォトルミネッセンス素子１０８、１１０の両方で覆われている。ＬＥＤ  １０２の第２の領域１２４からの波長λｐを有する光１２６は、第１のフォトルミネッセンス素子１０８に入射し、λ１の光１２８を発生する。第１のフォトルミネッセンス素子１０８は、ＬＥＤ  １０２の第２の領域１２４からの入射光１２６の実質的に全てを吸収することができる。λ１の光１２８は、第２のフォトルミネッセンス素子１１０を実質的に透過し、波長変換器１０４を出る。
【００１７】
ＬＥＤ  １０２の第３の領域１３０は、第１及び第２のフォトルミネッセンス素子１０８、１１０のいずれにも覆われていない。故に、λｐの光１３２は、波長変換器１０４を直接通過して出て行くことができる。ＬＥＤ  １０２からの光、及び同様に、第１及び第２の再発光領域１０８、１１０からの光は、多数の異なる方向に伝播することを理解されたい。故に、異なる波長の光１２２、１２８、及び１３２は、ＬＥＤデバイスを通過して出て、空間的に混合されたものになる。
【００１８】
波長変換器１０４は、ＬＥＤ  １０２に直接接合することもできれば、所望により接合層１３４を介して取り付けることもできる。接合層１３４については、米国特許出願第６０／９７８，３０４号（２００７年１０月８日付出願）に詳述されており、ＬＥＤ  １０２への波長変換器１０４の直接接合については、米国特許出願第６１／０１２，６０４号（２００７年１２月１０日付出願）に記載されている。ＬＥＤ  １０２の駆動電流を与えるために、電極１３６及び１３８をＬＥＤ  １０２のそれぞれの側面に備えることができる。また、ＬＥＤデバイス１００の１つ以上の表面に、例えば仮特許出願第６０／９７８，３０４．５号に記載されているような抽出機能を設けてもよい。
【００１９】
本発明は使用可能なＬＥＤ半導体材料のタイプを限定せず、したがってＬＥＤ内に発生される光の波長も限定しないが、本発明は青色光の変換に有用なものとして見出されるであろうと予想される。例えば、青色光を生成するＡｌＧａＩｎＮ  ＬＥＤは、青色光を吸収して赤色光及び緑色光を生成する波長変換器とともに用いることができ、結果として白色に見える空間的に混合された光をもたらす。
【００２０】
ＬＥＤデバイス１００とともに使用できる多層波長変換器は、通常ＩＩ〜ＶＩ族半導体材料（例えば、ＣｄＭｇＺｎＳｅのような多様なセレナイド金属合金）をベースとした多層量子井戸構造を採用する。そのような多層波長変換器では、半導体波長変換器は、ＬＥＤによって発光されるポンプ光の少なくとも一部が吸収されるような構造のバンドギャップ部分となるように構築される。ポンプ光の吸収によって発生した電荷キャリアは、吸収領域より小さいバンドギャップを有するように作られた量子井戸層に拡散し、ここでキャリアは再結合し、より長い波長の光を発生する。この記述は、半導体材料の種類や波長変換器の多層構造を限定するものではない。
【００２１】
代表的な波長変換器２００のバンド構造の概略図を図２に示す。波長変換器は、例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）又は他の何らかのエピタキシャル技法を用いてエピタキシャル成長される。変換器２００の異なる層をエピタキシャルスタックとして示し、それぞれの層の幅は各層のバンドギャップを表す。波長変換器は、通常、ＩｎＰ基板上に成長される。代表的な波長変換器の多様な層の厚さ、材料、及びバンドギャップを、下表Ｉにまとめた。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
窓層は、窓層への入射光の少なくとも一部に対して透明であるように設計された半導体層である。底窓層２０２は、ＬＥＤに取り付けられた層である。グレードされた層は、隣接する層の間のバンドギャップの滑らかな推移をもたらすように１つの側からもう一方の側にかけて組成が変化する層である。この代表的な構造体では、グレードされた層の層組成は、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｚｎの相対量を変えることによって変化される。フォトルミネッセンス素子は、ポテンシャル井戸層と吸収層とが交互にあるスタックを含む。故に、赤色フォトルミネッセンス素子は層２０６、２０８、及び２１０を含み、一方、緑色フォトルミネッセンス素子は層２２０、２２２（２２４）、及び２２４を含む。エッチング停止層２１２は、赤色フォトルミネッセンス素子をエッチングするために使用されるエッチング液によるエッチングに抵抗して、緑色フォトルミネッセンス素子にエッチングが到達しないようにする層である。
【００２４】
次に、デュアル波長変換器を含むＬＥＤデバイスを製作する１つのアプローチについて、図３Ａ〜３Ｆを参照して説明する。プロセスについては、一般論として説明するが、具体的な例については、図２を参照して説明したデュアル波長変換器を再び参照する。
【００２５】
最初に、図３Ａに概略的に示したようなデュアル波長変換器ウェハ３００を生産するために、フォトルミネッセンス素子のスタックを、基板上にエピタキシャル成長させる従来の技法を用いて製作することができる。デュアル波長変換器ウェハ３００は、基板３０２と、光を第１の変換波長に変換するための第１のフォトルミネッセンス素子３０４と、中間窓層３０６と、エッチング停止層３０８と、光を第２の変換波長に変換するための第２のフォトルミネッセンス素子３１０とを含む。その他の層、例えば、追加の窓層、バッファ層、及びグレーディング層は、簡略化するために省かれている。この製作法では、第２のフォトルミネッセンス層３１０はＬＥＤに最後に取り付けられる。
【００２６】
例えば従来のフォトリソグラフィ・パターニングを用いて、第２のフォトルミネッセンス層３１０の様々な領域３１２を、エッチング停止層３０８まで、好適なエッチング液を用いてエッチングする。図２の例では、第２のフォトルミネッセンス層３１０は、ＣｄＭｇＺｎＳｅ層を含み、この場合、エッチング液は、例えば、ＨＣｌ又はＨＢｒを含有する溶液であってよい。
【００２７】
第２のフォトルミネッセンス層３１０は、吸収光を第２の変換波長に変換するように設計されるものであり、その特性を用いてエッチングプロセスをモニターすることができる。第２のフォトルミネッセンス層３１０のエッチング領域３１２を、第２のフォトルミネッセンス層３１０に吸収された光で照射することができ、結果としてもたらされる第２の変換波長の変換光を検出することができる。第２の変換波長で発生した光は、目視により、又は例えば、第２の変換波長でない光を排除するフィルタ又はスペクトル分析器を結合した光検波器など任意の好適な検出器を使用して、検出することができる。第２の変換波長で発生した光の量は、第２のフォトルミネッセンス層３１０の量子井戸がエッチング領域３１２から取り除かれると減少する。第２のフォトルミネッセンス層３１０が領域３１２で完全にエッチングされると、エッチング速度は遅くなるか、又はエッチング停止層３０８の表面で実質的に停止して、図３Ｂの概略図に示されるウェハを生産する。
【００２８】
図２のデュアル波長変換器の特定の実施例では、エッチング領域３１２がＬＥＤ、レーザー、又は他の好適な光源からの青色又はＵＶ光で照射され、第２のフォトルミネッセンス層３１０からの赤色変換光が検出される。エッチング停止層３０８は橙色の蛍光を発するので、第２のフォトルミネッセンス層３１０の量子井戸がエッチング領域３１２から取り除かれると、赤色変換光の発光は停止する。
【００２９】
次いで、ウェハ３００を洗浄してから、エッチング領域３１２のエッチング停止層３０８をエッチングする。次いで、第２のエッチング液を用いてエッチング領域３１２のエッチング停止層３０８を取り除く。このエッチングプロセスは、エッチングするにつれて生じるエッチング停止層３０８の照射によってもたらされるエッチング停止層３０８からの蛍光をモニターすることによって追跡調査できる。光源で照射したときに、エッチング停止層３０８によって発生した蛍光のスペクトルが、その下の中間窓層３０６又は第１のフォトルミネッセンス層３０４によって発生した光のスペクトルと異なる場合、エッチング停止層３０８からの蛍光の減衰は、エッチング停止層３０８がエッチング領域３１２から取り除かれた際に感知できる。この時点で、エッチングプロセスを停止して、図３Ｃに概略的に示されたウェハを生産することができる。エッチング領域３１２を照射するために用いられる光の波長に依存して、その照射光は、中間窓層３０６に蛍光を発生するか、若しくは第１のフォトルミネッセンス層３０４で第１の変換波長の光を発生する。
【００３０】
図２のデュアル波長変換器の特定の実施例では、エッチング停止層３０８は、塩素をドープしたＣｄＺｎＳｅで形成され、第２のエッチングは、例えば、ＨＢｒ／Ｈ２Ｏ／Ｂｒ２（容積比２００／４０／１）の溶液でよい。ＣｄＺｎＳｅのエッチング停止層３０８を、第２のフォトルミネッセンス層３１０を照射するために使用したのと同じ青色光又はＵＶ光で照射することができる。照明光が、波長変換器が取り付けられる予定のＬＥＤによって発生される光と近接又は同一の波長であるとき、中間窓３０６はその照射光に対して実質的に透明であるので、エッチング停止層３０８がいったんエッチングによって取り除かれるとすぐに、第１のフォトルミネッセンス層によって緑色光が発生される。したがって、いったん放射光が橙色から緑色に変化したら、エッチングプロセスを停止することができる。
【００３１】
例えば、フォトリソグラフィ技法によってパターニングした後、中間窓層３０６及び第１のフォトルミネッセンス層３０４を取り除くことによってウェハ３００のいくつかの領域３１４を基板３０２までエッチングして、図３Ｄに概略図を示した構造体をもたらすことができる。これらの層は、第２のフォトルミネッセンス層３１０のエッチングに用いたのと同じエッチング液を用いてエッチングすることができる。
【００３２】
次いで、例えば、接着剤層（図示せず）を使用して、又は直接接合によって、ウェハ３００をＬＥＤウェハ３１６に取り付けて、図３Ｅに概略図を示した構造体を生産することができる。
【００３３】
次いで、例えばエッチングによって基板３０２を取り除き、図３Ｆに概略的に示した構造体を生産することができる。図２のデュアル波長変換器の例では、基板３０２はＩｎＰであり、ＨＣｌ：Ｈ２Ｏの３：１溶液中でのエッチングにより取り除くことができる。ＧａＩｎＡｓ（図示せず）のバッファ層は、エッチング液（４０ｇのアジピン酸：２００ｍＬのＨ２Ｏ：３０ｍＬのＮＨ４ＯＨ：１５ｍＬのＨ２Ｏ２）を用いて取り除くことができる。浅いエッチング領域３１２は、ＬＥＤウェハ３１６からの光が第１の変換波長の光を発生するように、中間窓層３０６から第１のフォトルミネッセンス領域３０４へ直接的に通過することを可能にする。第２のフォトルミネッセンス層３１０がＬＥＤウェハ３１６に取り付けられている領域は、第２の変換波長の光を発生するようにＬＥＤウェハ３１６からの光が第２のフォトルミネッセンス層３１０を照射することを可能にする。深いエッチング領域３１４は、ＬＥＤウェハ３１６からの光が波長変換器を直接通過して出て行くことを可能にする。
【００３４】
ＬＥＤウェハ３１６に取り付けられ、エッチングされた変換器ウェハ３００を備える変換型ＬＥＤウェハ３１８は、破線３２０で分離することにより、個別の変換型ＬＥＤデバイスにすることができる。変換型ＬＥＤウェハ３１８を、例えばウェハ用のこぎりを用いて破線３２０で切断して、個別の波長変換型ＬＥＤデバイスを生産することができる。他の方法、例えばレーザー・スクライビングやウォータージェット・スクライビング等を用いてウェハ３１８から個別のデバイスを分離しても良い。
【００３５】
デュアル波長変換ＬＥＤ装置４００の別の実施形態は図４に概略図を示す。この図のいくつかの要素は、図１に関連して上で述べたものと同様であり、同じ識別番号を有する。しかし、ＬＥＤ  ４０２は個別に指定可能な領域４１８、４２４、及び４３０を含む。各領域４１８、４２４、及び４３０の活性化に使用される電極は、図を簡略化するために省かれているが、各領域４１８、４２４、及び４３０は別々の電気接続を備えるものと理解されたい。各領域４１８、４２４、及び４３０の特有の活性化は、発光される３つの波長１２２、１２８、１３２のそれぞれにおいてデバイス４００によって生成される光の量を個別に制御することを可能にする。結果として、デバイス４００によって発される光として感知されるシェード（shade）は、１つ以上の波長λｐ、λ１、λ２で発光される光の量を変化することによって変えることができるであろう。例えば、感知される色が白色となるように異なる波長の発光を均衡化する場合、赤色光を生成するＬＥＤ領域４２４の電流を減らして、シアンとして感知されるシェードを生成することができる。
【００３６】
デュアル波長変換デバイスの別の実施形態では、変換によって又は変換器のエッチングされた領域を通過することによって、それぞれの個別に指定可能なＬＥＤが単色で光を生成するように、デュアル変換器を、ポンプＬＥＤのアレイのピクセル化と一致するようにパターニングすることができる。そのようなデバイスは、マルチカラーディスプレイとして使用することができる。
【００３７】
別の実施形態の波長変換型ＬＥＤ  ５００を図５Ａに概略図で示す。この実施形態では、波長変換型ＬＥＤ  ５００はＬＥＤ  ５０２を含み、その上に第１のフォトルミネッセンス素子５０４と第２のフォトルミネッセンス素子５０６がある。第１のフォトルミネッセンス素子５０４は、ＬＥＤ  ５０２からのλｐの光で照射されたときに、λ１の光を発生する。第２のフォトルミネッセンス素子５０６は、ＬＥＤ  ５０２からのλｐの光で照射されたときに、λ２の光を発生する。この実施形態では、２つのフォトルミネッセンス素子５０４、５０６は、互いに別々に成長されるものであり、第１のフォトルミネッセンス素子５０４がＬＥＤ  ５０２に取り付けられる前又は後のいずれかに、一体に取り付けることができる。第１のフォトルミネッセンス素子５０４は、例えば、上述したような光学接合等の任意の好適な方法を使用して、又は光学接着剤の使用によって、ＬＥＤ  ５０２に取り付けることができる。図示した例では、光学接着剤５０８を使用して第１のフォトルミネッセンス素子５０４はＬＥＤ  ５０２に取り付けられる。ＬＥＤ  ５０２の第２及び第３の領域５０２ｂ、５０２ｃの上の第１のフォトルミネッセンス素子５０４の部分は、例えばエッチングによって、取り除かれる。図示した実施形態では、第２のフォトルミネッセンス素子５０６は、光学接着剤５０８を介して第１のフォトルミネッセンス素子に取り付けられる。ＬＥＤ  ５０２の領域５０２ｃの上の第２のフォトルミネッセンス素子５０６の部分は、例えばエッチングによって、取り除かれる。
【００３８】
従って、第１のフォトルミネッセンス素子５０４は、ＬＥＤ  ５０２の領域５０２ａから受光したλｐの光５１０をλ１の光５１２に変換する。第２のフォトルミネッセンス素子５０６は、ＬＥＤ  ５０２の領域５０２ｂから受光したλｐの光５１４をλ２の光５１６に変換する。ＬＥＤ  ５０２の領域５０２ｃからのλｐの光５１８は、波長変換型ＬＥＤ  ５００から送出される。
【００３９】
図５Ｂに概略図を示した別の実施形態では、第１のフォトルミネッセンス素子５０４の上にある第２のフォトルミネッセンス素子５０６の部分もまた、例えばエッチングによって、取り除くことができる。
【００４０】
次に、図５Ａ又は５Ｂのデバイスを製造するための１つの可能なアプローチについて図６Ａ〜６Ｄを参照して説明する。基板６０８（６０６）上の第１のフォトルミネッセンス層６０４は、図６Ａの概略図に示したように、ＬＥＤデバイスに取り付けられる。第１のフォトルミネッセンス層６０４は、接着剤６０６（６０８）のような接合剤を用いて取り付けてもよい。図６Ｂに概略的に示したように、基板６０８（６０６）は取り除かれ、例えば、標準的なリソグラフィ技法を使用して、フォトルミネッセンス層６０４はパターニングされる。
【００４１】
第２のフォトルミネッセンス層６１０は、第１のフォトルミネッセンス層６０４に取り付けられる。第２のフォトルミネッセンス層６１０は、図６Ｃの概略図に示したように、接着剤６１２を使用して、又は直接接合を使用して、第１のフォトルミネッセンス層６０４に取り付けてもよい。第２のフォトルミネッセンス層６１０は、取り扱いを容易にするために、基板６１４に取り付けてもよい。図示した例のように接着剤６１２が使用される場合は、第２のフォトルミネッセンス層６１０を追加する前にまず接着剤６１２を使用して、パターニングされた第１のフォトルミネッセンス層６０４を平坦化することができる。その後に、例えば、標準的なフォトリソグラフィ技法を使用して、図６Ｄの概略図に示したように、第２のフォトルミネッセンス層をパターニングすることができる。
【００４２】
本発明は、上記の特定の実施例に限定されると考えられるべきではなく、むしろ添付の特許請求の範囲に適正に記載されるように、本発明のすべての態様を網羅すると理解されるべきである。本明細書を検討すれば、本発明が適用可能であっても良い様々な変更、等価の処理、並びに多数の構造が、本発明が対象とする技術の当業者には容易に明らかになるであろう。特許請求の範囲は、そのような修正及び工夫を網羅することを意図したものである。例えば、上記の記述はＧａＮ系ＬＥＤを論じたものであるが、本発明は他のＩＩＩ〜Ｖ族半導体材料を用いて製作されたＬＥＤにも応用でき、更にＩＩ〜ＶＩ族半導体材料を用いるＬＥＤにも応用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
2011523212.tif 000009
【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
2011523212.tif 000015
【図６Ｂ】
2011523212.tif 000016
【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【国際調査報告】
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