(57)【要約】本発明は、実質的に平行で、電子−正孔対のフォトンへの変換手段（７）と電子および正孔の生成手段（６、８）とを囲む、第１（１４）および第２（５）のミラーを有するタイプの電界発光素子（１）に関する。変換手段（７）ならびに第１（１４）および第２（５）のミラーは導波伝搬モードに関連する少なくともある選択された波長を示す第１（１４）および第２（５）のフォトンミラーの間での閉じ込めを確実にするように設計される。さらに、この素子は、変換手段および生成手段の少なくとも一部と通じ、第１および第２のミラーの間に含まれ、これらからフォトンの少なくとも一部を導波モードで取り出すように設計された光取り出し手段（１３）を有し、その結果フォトンは外部へ達する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に平行で、電子−正孔対のフォトンへの変換手段（７）と電子および正孔の生成手段（６、８）とを囲む、第１（１４）および第２（５）のミラーを有するタイプの電界発光素子（１）において、前記変換手段（７）ならびに第１（１４）および第２（５）のミラーは導波伝搬モードに関連する少なくともある選択された波長を示す第１（１４）および第２（５）のフォトンミラーの間での閉じ込めを確実にするように配置され、第１および第２のミラーの間に含まれる変換手段および生成手段の少なくとも一部と連絡する光取り出し手段（１３）が変換手段および生成手段の周辺に配置され、これらから導波モードにあるフォトンの少なくとも一部を取り出すことを特徴とする電界発光素子。
【請求項２】
前記取り出し手段（１３）は少なくとも第１（１４）および／または第２（５）のミラーおよび／または生成手段および／または変換手段の一部において、少なくとも導波モードにあるフォトンの波長に基づいて選択された寸法を持つ回折性の三次元構造の形態で実現されていることを特徴とする請求項１記載の素子。
【請求項３】
前記構造は、実質的に、回折要素を構成する孔またはカラムからなるフォトニック準結晶を規定し、ほぼ導波モードにあるフォトンの波長の寸法を持つことを特徴とする請求項２に記載の素子。
【請求項４】
前記準結晶は、実質的につながった多角形で、それらの辺の各々を唯一の隣と共有している凸面のタイリングであり、前記辺のサイズは選択された平均値に対し、ほぼ＋１５％と−１５％の範囲内に近い百分率で実質的に等しいことを特徴とする請求項３に記載の素子。
【請求項５】
前記タイリングは、実質的に等しい割合の正方形と正三角形、または異なる頂点で第１および第２の角度の菱形からなり、実質的に等しいサイズの辺を持つことを特徴とする請求項４に記載の素子。
【請求項６】
前記タイリングは、選択された数の正三角形および正方形を含むパターンの周期化、または異なる頂点で第１および第２の角度の菱形によって形成されていることを特徴とする請求項４に記載の素子。
【請求項７】
前記タイリングは、選択された数の正三角形および正方形を含むパターンのスタンフリー(Stampfli)膨張、または異なる頂点で第１および第２の角度の菱形によって形成されていることを特徴とする請求項４に記載の素子。
【請求項８】
前記タイリングは、選択された割合の正三角形および正方形の実質的にランダムな分布、または異なる頂点で第１および第２の角度の菱形によって形成されていることを特徴とする請求項４に記載の素子。
【請求項９】
前記タイリングを曲げて、前記生成手段（６、８）および前記変換手段（７）を少なくとも部分的に囲むようにすることを特徴とする請求項４ないし８のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１０】
前記タイリングは湾曲し環状領域の少なくとも一部の上に広がりうることを特徴とする請求項４ないし９のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１１】
前記準結晶は回折要素の少なくともが省略されて非晶質タイプの構造を形成していることを特徴とする請求項４ないし１０のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１２】
第１のミラー（１４）は半反射性タイプのものであり、生成手段（８）と他の材料の層との間の界面によって形成されていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１３】
前記他の材料は、空気、エポキシおよび基板を形成する材料を含む群から選択されることを特徴とする請求項１２に記載の素子。
【請求項１４】
第２のミラー（５）は、基板上に設けられたブラッグミラータイプの反射ミラーであることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１５】
変換手段（７）と、生成手段（６、８）の少なくとも一部は、半導体および有機電界発光材料を含む群より選択される材料からなることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の素子。
【請求項１６】
前記有機材料は、共役または非共役の有機ポリマー、および有機金属錯体を含む群より選択されることを特徴とする請求項１５に記載の素子。
【請求項１７】
前記半導体は、シリコン、ガリウム、アルミニウム、インジウム、窒素、リン、ヒ素およびアンチモン系の化合物、ならびにこれらの合金を含む群より選択されることを特徴とする請求項１５に記載の素子。
【請求項１８】
ｉ）ＧａＡｓ基板（４）と、前記第２のミラー（５）を形成するＧａＡｓとＡｌＡｓの交互層と、生成手段の一部を形成するｎドープトＧａＡｓ層（６）と、ＩｎＧａＡｓ中の量子井戸を囲む２つのＡｌＧａＡｓバリアからなり、前記変換手段を形成する活性層（７）と、生成手段の一部および外部の空気と前記第１のミラー（１４）を形成するｎドープトＧａＡｓ（８）とをこの順に積層した積層体と、ii)ｐドープトＧａＡｓ層（８）を正極性にさせる第１の電極コンタクト手段（１０）およびｎドープトＧａＡｓ層（６）を負極性にさせるのに適した第２の電極コンタクト手段（９）とからなることを特徴とする請求項１５および１７のいずれか１項に記載に素子。
【請求項１９】
第１のミラー（１４）および第２のミラー（１５）は、非対称のマグネトジェニックキャビティ、特にファブリ−ペロ型のものを規定することを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の素子。
【請求項２０】
第１のミラー（１４）および第２のミラー（１５）は、変換手段（７）によって発せられるフォトンの波長を持つアンチマグネトジェニックキャビティを規定することを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の素子。
【請求項２１】
前記全請求項のいずれか１項の素子（１）を有することを特徴とする電界発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界発光素子、たとえば電界発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
電界発光ダイオード（すなわちＬＥＤ）は発光素子であり、特に、それらの低コスト、全体の寸法が小さいこと、信頼性、頑強性および高出力により、ますます使用されている。これらのＬＥＤは、可視スペクトルにおいて発光する場合には、特に、ディスプレイ、照明および信号の分野で、また赤外において発光する場合にはリモートコントロールの分野で用いられる。これらは一般的に（特にIII−Ｖ族の）半導体材料からなり、基板上に堆積され、ベースに接合され、２つの電極に接続され、このアセンブリーはエポキシ樹脂ドームに収容される。
【０００３】
これらのＬＥＤの出力を改善するために、最近、これらを積層体の形態で実現することが示唆されており（特に特許文献１参照）、電子および正孔を生成する手段ならびに電子−正孔対をフォトンに変換する手段が、基板上に設けられた下部ミラー（反射性）と、下部ミラーに平行で外部に通じている上部ミラー（半反射性）との間に設けられている。しかし、上部ミラーの面に実質的に垂直な方向に上部ミラーへ向かって発せられるフォトンおよび下部ミラーの面に実質的に垂直な方向に下部ミラーへ向かって発せられた後に上部ミラーへ反射されたフォトンのみが素子の外部へ達することができる。したがって、生成したフォトンの無視できない部分は、素子の外部へ達しない。
【特許文献１】米国特許第５４０５７１０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、この種の電界発光素子のフォトン取り出し出力を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的のために、上記で示したタイプの素子を提案する。この素子においては、変換手段ならびに上部および下部ミラー（または第１および第２）が、少なくとも導波伝搬(guided propagation)モードに関連するある選択された波長を示すフォトンをミラー間での閉じ込めること確実にするように配置され、さらに変換手段および生成手段の周辺に配置され、ミラー間に含まれる変換手段および生成手段の少なくとも一部と通じ、少なくとも一部のフォトンを導波モードで取り出す光取り出し手段を含む。
【０００６】
ここで、「選択された波長」とは電界発光素子の発光スペクトルのピーク波長または主波長と理解される。
【０００７】
したがって、ミラー間に閉じ込められ、取り出し手段に達する多数のフォトンは、素子の外部へ伝わることができる。
【０００８】
本発明の他の特徴によれば、取り出し手段は、第１および／または第２のミラーおよび／または生成装置および／または変換装置の少なくとも一部において、回折性の三次元構造の形態で実現され、その寸法は、少なくとも、波動光学の法則に従う導波モードでのフォトンの波長により選択される。
【０００９】
好ましくは、この構造は、実質的に、回折要素を構成する孔またはカラム（これらの寸法は、典型的には、おおよそ導波モードにあるフォトンの波長である）からなるフォトニック結晶またはフォトニック準結晶を規定する。
【００１０】
好ましくは、準結晶は、凸面で実質的に辺がつながった多角形で、それらの辺の各々を単一の隣のものと共有しており、一方で辺のサイズは、実質的に平均の選択値に対しておおよそ＋／−１５％である。
【００１１】
このタイリングは多くの形態を持つことができ、特に：
それは同等の割合の正方形と正三角形を示すか、または異なる頂点で第１および第２の角度の菱形を示し、その辺はほぼ近似した大きさでありうる；
それは選択された数の正三角形および正方形を含むパターンによる周期化もしくはスタンフリー(Stampfli)膨張、または異なる頂点で第１および第２の角度の菱形によって形成することができる；
それは選択された割合の正三角形と正方形のほぼランダムな分布、または異なる頂点で第１および第２の角度の菱形によって形成することができる。
【００１２】
さらに、タイリングの形状がどのようなものであろうと、それを少し曲げて、生成手段および変換手段を少なくとも部分的に囲んでもよい。
【００１３】
さらに、準結晶のタイリングは、１つまたはいくつかのギャップ（これは構造における１つまたはいくつかの回折要素の不在によって表される）を含んで非晶質タイプの構造を形成してもよい。
【００１４】
本発明のさらに他の特徴によれば、第１のミラーは半反射性であり、生成手段の層と他の材料（たとえば空気または外側のエポキシまたは基板を形成する材料［たとえばガラス、ＧａＰ、サファイア、シリコンカーバイドまたはルチルなど］の層との間の界面からなる。
【００１５】
さらに、第２のミラーは、ブラッグ分布ミラーを形成する、その場で成長、堆積または形成された半導体層と酸化物層との積層体によって形成されていることが好ましい。このためには、半導体材料、たとえばシリコン、またはガリウム−、ヒ素−、アルミニウム−、インジウム−、窒素−、リン−およびアンチモン−系の化合物、ならびにこれらの合金（たとえばＧａＡｓ，ＡｌＡｓ，ＧａＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡｓおよびＡ１ＧａＩｎＰ）を用いることもできる。酸化物に関しては、特に、ＳｉＯ2，ＴｉＯ2，ＨｆＯ2，Ｔａ2Ｏ5およびＡｌ2Ｏ3を用いることができる。たとえば、非常に反射性のある分布ミラーを得るためには、積層体をＧａＡｓとアルミニウム酸化物（Ａｌ2Ｏ3［ＡｌＧａＡｓ層の側面酸化によって得られる］に近い化学量論を持つ）の交互層で形成してもよい。これはJ. M. Dallesasse, N. Holonyak Jr, A. R. Stugg, T. A. Richard and N. Elzein, Appll. Phys. Lett., Vol. 57, pp. 2844-2846, 1990に記載されている。その代わりに、非常の反射性の高いミラーをたとえば金のような金属堆積物によって形成してもよい。
【００１６】
好ましい実現化は、分布タイプの非常に反射性の高いミラー（たとえばＧａＡｓ／ＡｌＯx）と、外部のＧａＡｓ／空気界面によって形成される半反射性のミラーとを組み合わせることにある。
【００１７】
別の代替例では、両方のミラーが分布タイプのものでもよい。
【００１８】
ミラーとこれらを含む材料の特性を分ける距離は、好ましくは、変換手段によって発せられるフォトンの波長に対して、マグネトジェニック(magnetogenic)なマイクロキャビティ、特にファブリ−ペロ型のもの、またはアンチマグネトジェニック(antimagnetogenic)なキャビティを規定するように選択する。
【００１９】
好ましい実施形態においては、変換手段および生成手段の少なくとも一部は、電界発光有機材料たとえば有機ポリマー（共役または非共役）および有機金属錯体、例えばＡｌ2Ｏ3、半導体たとえば特にシリコン、ゲルマニウム、アルミニウム、インジウム、窒素、リン、砒素およびアンチモンならびにこれらの合金からなる群より選択される材料で形成される。
【００２０】
以上で示した本発明に係る素子は、電界発光ダイオードの一部として適用される場合に特に利点がある。
【００２１】
本発明の他の特徴および長所は、以下の詳細な説明および添付の図面を健闘することによって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
添付の図面は本質的に確実な性質のものである。したがって、これらは本発明を完成するために用いられるだけでなく、場合によっては、これらはその定義のためにも寄与することができる。
【００２３】
以下の説明においては、図１に示したタイプの電界発光ダイオード（すなわちＬＥＤ）の一部としての電界発光素子を参照する。
【００２４】
より正確には、図１のダイオードは電界発光素子１を有する従来技術のダイオードであり、この電界発光素子１はカップ状のレフレクター２内に配置され、２つの電力供給ピン３−１および３−２に接続されている。当業者に知られているように、一方のピン３−２は正電位に置かれ他方のピンは負電位になっているか、または逆になっている。
【００２５】
前に示したように、半導体材料によって実現される電界発光素子中において生成されるフォトンの取り出し出力は比較的弱い。半導体材料内で発したフォトンのおおよそ５％が上面から外部へ回収されるであろう。最近（特に米国特許第５４０５７１０号明細書を参照のこと）、ルーセントLUCENT社は従来の電界発光素子に対する理想を提唱している。これは、電子−正孔対のフォトンへの変換手段を、ファブリ−ペロ型のマグネトジェニックなマイクロキャビティを平らにした２つのミラーの間に配置することにある。上部ミラーに向かって発し、この上部ミラーに対して実質的に垂直な方向に［「臨界角」（当業者に周知である）まで］外部の空気に通じるフォトンは、素子の外部に達し、発光に寄与する。同様に、下部ミラーに向かい、この下部ミラーに対して実質的に垂直な方向に（数度の範囲で）発したフォトンは、上部ミラーの方向へ反射され、外部に達し、発光に寄与する。このことは特に、H. Benisty, H. De Neve and C. Weisbuch, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 34, pp. 1612-1631, 1998に記載されている。Lausan Federal Polytechnic Schoolも、変換手段とキャリア生成手段との特殊な光学スタッキングに基づく、この種のキャビティの改良を提案しており、これも本発明に対する基本的な構造として役立つであろう。このようなダイオードにより、約３０％の出力に到達することが可能である。
【００２６】
換言すれば、電界発光素子の変換手段によって生じたフォトンの約７０％は構造の内部で失われる。これらの７０％のうち、約２０％は下部ミラーが設けられている基板へ向かい、これに吸収される。一方、残りの５０％は２つのミラーの間に閉じ込められる。これは、半反射性ミラーが単純な界面からなる場合には上面のちょうど下であり、それ自身がキャリア生成手段の層と素子の外の材料からなり、大部分が導波モードの形態で伝搬し構造のエッジに達し、そこで基板に回折され、吸収される。
【００２７】
したがって、本発明の範囲は、フォトン取り出し手段を備えた電界発光素子を提供することによりこの状況を改善することにあり、ここで図２および図３を参照して説明する。
【００２８】
図２に示した例において、本発明に係る素子は、第１に、下部反射ミラーが接合された基板４を有する。このミラー５の上側は、キャリアたとえば電子を生成するように構成された層６に接合されている。
【００２９】
この層６の上側は電子／正孔対のフォトンへの変換手段に接合されている。これらの変換手段７の上側は、層６のキャリアと別の種類のキャリアたとえば正孔を生成するように構成された第２の層８に接合されている。
【００３０】
キャリア生成層６および８は金属コンタクト９および１０に接合され、これらはそれぞれダイオードの負端子３−２および正端子３−１に接続される。代替例は、基板４およびミラー５がキャリアを生成する性質をも持っている場合には、コンタクト９をミラー５または基板４（可能であれば基板４の下面から）に接合することからなる。当業者によく知られているように、コンタクト９および１０が選択された反対の極性を示す場合には、キャリア生成層６および８はそれぞれ電子および正孔を生成し、これらは変換手段７で再結合してフォトンを生成する。
【００３１】
好ましくは、変換手段７は、量子井戸構造の形態にあり、その特性はダイオードによって発せられるフォトンが有すべき波長に応じて選択される。
【００３２】
ブラッグミラーＧａＡｌＡｓ層の側面酸化を可能にするように、素子を規定する積層体は、部分的または全体的に、層８から下に基板４にまで延びる１つまたはいくつかの深いトレンチ１１によって囲まれている。
【００３３】
図２に示された例においては、コンタクト１０（正）は正孔生成層８の上面にあり、一方でコンタクト９（負）は電子生成層６の上面にある。このコンタクト９を形成するには、当業者に公知の蝕刻技術（および／または選択エッチング）の１つにより、変換手段７および正孔生成層８に上部メサ１２を規定することによって電子生成層６の一部を露出させる。好ましくは、これらのコンタクトは、金属電極の形態で実現される。また、コンタクト９はメサの全体を囲むことが好ましい。
【００３４】
図２に（例示としてのみ）示すように、メサ１２は円形でありうる。この場合、好ましくは、コンタクト９はメサ１２を囲むリングの形状に実現される。
【００３５】
もちろん、メサはたとえば三角形、正方形または長方形のように、多くの他の形状を持つことができる。
【００３６】
次に、本発明に係る電界発光素子を実現するように組み合わせる材料例を説明する。
【００３７】
第１に、この素子はガリウム砒素（ＧａＡｓ）の基板を有し、その上にたとえば電子線エピタキシーにより下部ミラー５が成長している。この例では、ミラーは、初めは交互積層されたＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓの半導体層の積層体の形状で実現される。その後、トレンチ１１からなされる側面酸化により、ＧａＡｌＡｓをＡｌＯxに変え、高反射率のブラッグ分布ミラーを規定する。
【００３８】
電子生成層6は好ましくはｎドープトＧａＡｓ型の半導体材料で形成される。電子／正孔対の変換手段７（または活性層）は、たとえばＩｎＧａＡｓ量子井戸を２つのＡｌＧａＡｓバリア層で囲んだ形態で実現される。最後に、正孔生成層８は、たとえばｐドープトＧａＡｓのような半導体材料で実現される。
【００３９】
この例においては、上部ミラー１４は正孔生成層８（ｐドープトＧａＡｓ）と外部の空気との間の上部界面からなる
下部ミラー５および上部ミラー１４は、この非限定的な例では、ファブリ−ペロ型のマグネトジェニックな電磁波マイクロキャビティを規定し、量子井戸において上部および下部ミラーにほぼ垂直な方向に生成したフォトンは外部へ透過し、他の残りはミラーの間、特に変換手段７の量子井戸を構成する層において導波モードの形態で閉じ込められる。
【００４０】
この変形例においては、上部ミラーおよび下部ミラーはアンチマグネトジェニックなキャビティを規定することができ、変換手段７において生成したフォトンはミラーの間に強制的に残る（実際上、ミラー面に実質的に垂直な方向には全く光が出ない）。
【００４１】
本発明の範囲は、ミラーの間の変換手段７とキャリア生成手段６および８において閉じ込められたフォトンの全てまたは一部を、変換手段およびミラーの特性によって規定される導波モードの形態で回収することにある。この目的のために、本発明は、これから説明する取り出し手段１３を提案する。
【００４２】
本発明の光取り出し手段１３は、変換手段７およびキャリア生成手段８（好ましくは６も）に通じている。図２に示すように、取り出し手段１３は好ましくはキャリア生成手段（層６および８）の少なくとも一部と変換手段７の回折性の三次元構造の形態で実現される。三次元構造１３は生成層８の上側でオープンになっていることが製造には便利である。さらに、生成層８に形成される構造の一部は、全体的にまたは少なくとも一部が、コンタクト１０と接合する生成層８の残りから分離され、特にフォトン生成ペアの変換に反対に作用しないようにすることが好ましい。このために、構造領域１３の直前に、８の生成層全膜厚に（またはこの膜厚の一部のみに）トレンチ１５を形成してもよい。
【００４３】
この構造１３は回折要素を規定する。したがって、構造の寸法は、波動光学の法則を実証するように選択される。換言すれば、三次元構造１３の特徴的な寸法は、典型的には「導波」フォトンの波長のオーダーである。
【００４４】
特に有利な仕方で、構造は近似的に孔または物質カラムからなるフォトニック結晶または準結晶を規定する。これらの孔またはカラムは回折要素を構成し、回折により、導波フォトンの取り出しを可能にする。これらは一般的に、マイクロエレクトロニクスに由来し、当業者によく知られた平面的なリソグラフィック法により形成される。この素子は、まず感光性樹脂で被覆され、局所的に（ポジ型樹脂の場合には、蝕刻する孔の位置で）電子ビームまたは紫外線を受ける。劣化した樹脂は露出した表面から除去され、孔を形成するように、湿式または乾式化学エッチングを受ける。最終結果を得るためには種々の方法があり、それらのいくつかは蝕刻深さを増加させるシリコン型の中間層を必要とするか、または紫外線の局所変調を得るためのホログラフィックネットワークの使用を必要とする。これらの方法は、素子の他の部分、たとえば深いトレンチ１１または電極１０を実現するために使用することができる。回折構造を形成する他の方法は、特に有機材料に適用され、エンボス、スタンプまたはパンチを必要とする。
【００４５】
フォトニック結晶または準結晶は当業者によく知られたものであるので、それらの機能の仕方は本明細書においては詳細に説明しない。
【００４６】
フォトニック結晶または準結晶は、数々の形状をとりうるタイリングによって規定される。それは６またはそれ以下の対称のレベルを持つ通常のネットワークを規定するタイリングでありうる。ネットワークのパターンは、たとえば正三角形、正方形または六角形である。より一般的には、タイリングはあらゆるタイプの凸面でほぼ結合した多角形からなり、それらの辺の各々を唯一の隣のものと共有し、それらの辺は±１５％の範囲内でほぼ同じ大きさである。
【００４７】
しかし、取り出し率をさらに増加させるためには、より複雑なタイリング、すなわち６より高い対称のレベルを持つものを用いることが好ましい。事実、当業者に知られているように、回折はネットワークの法則に支配される。この法則によれば、入射波動ベクトルＫｉを持つフォトンは、最終的な波動ベクトルＫｆが下記の関係に従うならば、波数ベクトル空間のベクトルＧによって規定されるネットワークによって回折される。
Ｋｆ＝Ｋｉ＋Ｇ。
【００４８】
さらに、スネル−デカルト(Snell-Descartes)の法則によれば、フォトンの最終波動ベクトルＫｆは垂直成分Ｋｆ⊥と水平成分Ｋｆ//に分けることができる。したがって、入射フォトンは実質的に垂直方向へ出射するので、この最終波動ベクトルの水平成分Ｋｆ//は非常に小さいことが必要である（さもなければ換言すれば次の関係Ｋｉ＋Ｇ〜０が得られる）。この場合、フォトンは、回折により、それらが導波される平面に実質的に垂直に出射するであろう。
【００４９】
最大の可能なフォトン数を収集することを可能にするように、波数ベクトルネットワークは、したがって、異なるベクトルＧで可能な最大数によって、しかし全て実質的にＫｉのそれに等しい標準によって（非周期的な場合に対応する、その数が無限になろうとすることなく）規定されるべきである。
【００５０】
このような「ネットワーク」は６より高い対称のレベルを示す。以下において提案している一群の実現化においては、これらのネットワークは典型的にはマイクロメーターの、例えば２μｍの超周期を持っている。取り出し機能を満足するためには、それらは、幅において、少数の超周期、例えば３〜４の超周期にわたって広がる必要があるだけである。
【００５１】
多くのタイリングがこれらの特性に対応する。例えば、（図３Ａ〜図３Ｃに示すように）その辺が全て同じサイズである正三角形および正方形から形成されるアルキメデスのタイリングである。他の例は、図３Ｄに示すように、２種（第１および第２）の菱形（頂点における角度は異なるが、同じサイズの辺を有する）からなるペンローズ(Penrose)のタイリングである。
【００５２】
このようなタイリングは、実質的に等しい（または同等の）割合の正方形と正三角形（図３Ａを参照のこと。前記「正方形」のネットワークは単位セルあたり４つの原子をもつ）、または第１および第２の菱形からなる。しかし、それらは選択された数の正三角形と正方形を含むパターンの繰り返し（図３Ｃおよび図３Ｄに示すように、前記「正三角形」のネットワークは、単位セルあたりそれぞれ７つおよび８つの原子を含む；これらは、特に、S. David, A. Chelnokov and J. -M. Lourtioz, 「アルキメデス様タイリングを持つ二次元フォトニック結晶により得られる広いバンドギャップ」, Optics letters, vol 25, Issue 14, pp. 1001-1003, July 2000に記載されている）、または第１および第２の菱形で構成してもよい。それらは選択された数の正三角形と正方形を含むパターンからのスタンフリー(Stampfli)膨張（図３Ｅに示す。また、M. Oxborrow and C. L. Henley, 「ランダム正方形−三角形タイリング：１２回対称準結晶のモデル」, Phys. Rev. B, val 48, Issue 10, pp. 6966-6998, 1993に記載されている）、または第１および第２の菱形で構成してもよい。それらは実質的にランダム分布の選択された割合の正三角形と正方形（図３Ｆに示す）、または第１および第２の菱形で構成してもよい。
【００５３】
この種の構造において、第１および第２の隣接する孔またはカラムは非常に変化できるが、それらの間の「原子間」距離はほぼ等しいままである。
【００５４】
もちろん、孔またはカラムは、選択によっては、タイリングの辺またはそのノードの上に生成してもよい。
【００５５】
そのほか、タイリングの辺のサイズは選択された平均値に実質的に等しいことが好ましい。しかし、このサイズは選択された平均値の近くで約＋１５％と−１５％との間を含む範囲内で可変であってもよい。したがって、図２に示すように、（たとえば）実質的に直角のバンド上に広がるタイリングから始めて、このタイリングを曲げて、特にこれを湾曲させて、環状領域の少なくとも一部または環状領域の全部の上に広がるようにすることができる。
【００５６】
さらに、フォトニック結晶または準結晶は上記で示したタイプのタイリングの形態で実現できるが、回折要素（孔またはカラム）の少なくとも一部を省略して非晶質タイプの構造を形成することもできる（図３Ｇに示す）。
【００５７】
さらに、キャリア生成層６を通して蝕刻を行い、ミラー５が絶縁性である場合、フォトニック結晶または準結晶を形成する導電性材料は電流のために接続されていなければならず、したがって電流は孔の間またはカラムの下を流れることができる。
【００５８】
図２に示すように、導波フォトンを取り出すためのフォトニック結晶または準結晶は、電子−正孔対の変換によってフォトンが生成する領域の周辺で実現されていることが好ましい。
【００５９】
説明のための例として、ほぼ３に等しい屈折率を持つ材料中で導波される、約１μｍの波長λを持つフォトンを取り出すためには、タイリングの原子間距離（λ／ｎ）は約３００ナノメーターと４００ナノメーターとの間に含まれていなければならない。例えば、径が約１５０ナノメーターで互いに約３５０ナノメーターだけ離れた孔を実現することができる。さらに、孔の深さ（またはカラムの高さ）は、変換手段およびキャリア生成手段を形成するのに用いられた層の厚さによって変わり得る。典型的には、これらの回折要素の厚さまたは高さは約数百ナノメーター、たとえば２００または３００ナノメーターである。
【００６０】
本発明は以上で説明した素子の実施形態（これらは例にすぎない）に限定されず、当業者が請求項の範囲内で考えることができる全ての変形を含む。
【００６１】
事実、素子の構成は少し逆にして、光が生成層を通して出射するようにできる（たとえば転送の場合）。しかし、この場合、取り出し手段は上の層から、必要ならば上部ミラーを通して、蝕刻されるであろう。たとえば、選択された波長で非吸収性の基板を用い、その上に下部半反射性ミラーを持ち、一方で上部ミラーは高度に反射性であってもよい。この素子は、透明基板に移すこともできる。そのほか、ミラーは半導体よりもむしろ金属材料で実現することもできる。したがって、以上で示したもの以外のタイプの半導体材料を異なる波長を得るために用いることができる。たとえば、赤色光を得るためには、ＡｌＧａＡｓ合金またはＡｌＧａＩｎＰ合金、およびＧａＡｓ基板上に設けたＡｌＯx分布ミラーを用いることができる。この場合、タイリングの辺は約２００〜３００ｎｍの長さを持つであろう。しかし、半導体以外の種々の材料、たとえば有機材料たとえば有機ポリマー（共役または非共役）、および有機金属錯体を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】電界発光ダイオードの非常に模式的な断面図。
【図２】電界発光ダイオードにおける発光を確実にする、本発明に係る素子の非常に模式的な断面図。
【図３Ａ】フォトン取り出しを確実にするために、本発明に係る素子において用いることができるフォトニック準結晶のタイリングを示す模式図。
【図３Ｂ】フォトン取り出しを確実にするために、本発明に係る素子において用いることができるフォトニック準結晶のタイリングを示す模式図。
【図３Ｃ】フォトン取り出しを確実にするために、本発明に係る素子において用いることができるフォトニック準結晶のタイリングを示す模式図。
【図３Ｄ】フォトン取り出しを確実にするために、本発明に係る素子において用いることができるフォトニック準結晶のタイリングを示す模式図。
【図３Ｅ】フォトン取り出しを確実にするために、本発明に係る素子において用いることができるフォトニック準結晶のタイリングを示す模式図。
【図３Ｆ】フォトン取り出しを確実にするために、本発明に係る素子において用いることができるフォトニック準結晶のタイリングを示す模式図。
【図３Ｇ】フォトン取り出しを確実にするために、本発明に係る素子において用いることができるフォトニック準結晶のタイリングを示す模式図。
【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】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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