(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フル・カラー発光ダイオード表示装置（３１０）であって：
光学的に透明な基板（３１１）；
前記光学的に透明な基板（３１１）上に形成され、第１波長の光を発するように構成された複数の第１発光ダイオード（３１２，３１６，３１９）であって、有機発光ダイオードである複数の第１発光ダイオード（３１２，３１６，３１９）；
半導体基板（３２２）；
第２波長の光を発するように構成された複数の第２発光ダイオード（３１３，３１７，３２３）、および前記第２波長とは異なる第３波長の光を発するように構成された複数の第３発光ダイオード（３１３，３１７，３２３）であって、該複数の第２発光ダイオード（３１３，３１７，３２３）のそれぞれと、該複数の第３発光ダイオード（３１３，３１７，３２３）のそれぞれとは、前記半導体基板（３２２）上に積層して構成され、双方とも同一方向に光を発するように配置されており、積層された第２および第３発光ダイオード（３１３，３１７，３２３）の一方の発光ダイオードは、積層された第２および第３発光ダイオード（３１３，３１７，３２３）の他方の発光ダイオードによって発光された光に対して透明である、複数の第２および第３発光ダイオード（３１３，３１７，３２３）；および
前記光学的に透明な基板（３１１）上の複数の取付パッド（３３０）であって、前記光学的に透明な基板（３１１）上の複数の取付パッド（３３０）の各々は、前記半導体基板（３２２）上の対応する取付パッド（３２６）と対向配置され、かつ電気的に接続されている、複数の取付パッド（３３０）
から成り、
前記複数の取付パッド（３３０）によって、前記光学的に透明な基板（３１１）は前記半導体基板（３２２）と合体し、前記複数の第１発光ダイオード（３１２，３１６，３１９）のそれぞれと、複数の積層された第２および第３発光ダイオード（３１３，３１７，３２３）のそれぞれとは部分的に重なり、かつ交互に配列され、前記複数の第１の発光ダイオード（３１２，３１６，３１９）のそれぞれは、隣接する積層された第２および第３発光ダイオード（３１３，３１７，３２３）と協同して前記表示装置の画素を構成する、
ことを特徴とするフル・カラー発光ダイオード表示装置（３１０）。
【請求項２】
フル・カラー発光ダイオード表示装置（３４０）であって：
光学的に透明な基板（３１１）；
第１波長の第１光を発生し、かつ前記第１波長とは異なる第２波長の第２光を発するように構成された複数の第１発光ダイオード（３４３，３４８，３５３）であって、該複数の第１発光ダイオード（３４３，３４８，３５３）は前記光学的に透明な基板（３１１）上に構成された有機発光ダイオードであり、前記透明基板（３１１）を通過する方向に前記第１および第２光を発するように構成された、複数の第１発光ダイオード（３４３，３４８，３５３）；
半導体基板（３２２）；
前記半導体基板（３２２）上に構成され、前記第１および第２波長とは異なる第３波長の光を発する複数の第２発光ダイオード（３４２，３４９，３５２）；および
前記光学的に透明な基板（３１１）上の複数の取付パッド（３３０）であって、前記光学的に透明な基板（３１１）上の複数の取付パッド（３３０）の各々は、前記半導体基板（３２２）上の対応する取付パッド（３２６）と対向配置され、かつ電気的に接続されている、複数の取付パッド（３３０）
から成り、
前記複数の取付パッド（３３０）によって、前記光学的に透明な基板（３１１）は前記半導体基板（３２２）と合体し、前記複数の第２発光ダイオード（３４２，３４９，３５２）は前記複数の第１発光ダイオード（３４３，３４８，３５３）と同一方向に光を発し、前記複数の第２発光ダイオード（３４２，３４９，３５２）のそれぞれと、前記複数の第１発光ダイオード（３４３，３４８，３５３）のそれぞれとは部分的に重なり、かつ交互に配列され、前記複数の第２発光ダイオード（３４２，３４９，３５２）のそれぞれは、隣接する第１発光ダイオード（３４３，３４８，３５３）と協同して前記表示装置の画素を構成する、
ことを特徴とするフル・カラー発光ダイオード表示装置（３４０）。
【請求項３】
フル・カラー発光ダイオード表示装置（３１０，３４０）であって：
半導体発光ダイオードである発光ダイオード（３１３，３４２）の第１アレイを有する半導体基板（３２２）；
有機発光ダイオード（３１２，３４３）の第２アレイを有する光学的に透明な基板（３１１）；および
前記光学的に透明な基板（３１１）上の複数の取付パッド（３３０）であって、前記光学的に透明な基板（３１１）上の複数の取付パッド（３３０）の各々は、前記半導体基板（３２２）上の対応する取付パッド（３２６）と対向配置され、かつ電気的に接続されている、複数の取付パッド（３３０）
から成り、
前記複数の取付パッド（３３０）によって、前記光学的に透明な基板（３１１）は前記半導体基板（３２２）と合体し、前記第１アレイにおける各発光ダイオード（３１３，３４２）と、前記第２アレイにおける各発光ダイオード（３１２，３４３）とは部分的に重なり、かつ交互に配列され、前記発光ダイオード（３１３，３４２）の第１アレイは前記発光ダイオード（３１２，３４３）の第２アレイと協同して、前記フル・カラー発光ダイオード表示装置（３１０，３４０）の画素アレイを形成する、
ことを特徴とするフル・カラー発光ダイオード表示装置（３１０，３４０）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に表示装置に関し、更に特定すれば、発光ダイオード表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、発光ダイオード（ＬＥＤ：light emitting diode) を用いて、通信および視覚表示装置を含む様々な用途において、視覚表示装置用画像を形成してきた。フル・カラー表示を得るためには、ＬＥＤに純粋な赤色、緑色、および青色を発生させ、これらを異なる強度で組み合わせることによって、フル・カラー表示に必要な全カラーの生成を可能とすることが重要である。マルチカラー画像即ち表示を形成するためのマルチカラー有機ＬＥＤは、単一基板上でも製作されている。かかるマルチカラー有機ＬＥＤアレイの一例が、１９９５年６月１３日にNorman et al. に特許された、米国特許番号第５，４２４，５６０号に見られる。従来のマルチカラー有機ＬＥＤ表示装置の問題の１つに、赤色または緑色のいずれかがフル・カラー表示を生成するのに適切な波長ではないことがあげられる。例えば、有機ＬＥＤは、通常、赤色に望ましい約６５０ナノメートルではなく、約６１０ナノメートルのピークを有する赤を生成する。その結果、かかる有機ＬＥＤを用いた表示装置は、適正なフル・カラー表示を生成することができない。
【０００３】
加えて、青色に望まれる４００ないし４７０ナノメートル当たりにピークがある青色光を発光する、砒化ガリウム半導体ＬＥＤを製造するのは非常に困難である。
【０００４】
更に、単一基板上に、所望の波長の赤色および緑色光と共に、所望の波長の青色光を発する半導体ＬＥＤを製造するのも非常に困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、所望の範囲にピークを有する赤色、青色、および緑色ＬＥＤを有し、フル・カラー画像が得られるフル・カラー発光表示装置を有することが望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のフル・カラー発光ダイオード表示装置は、半導体発光ダイオードを利用して赤色光を生成し、有機または半導体いずれかの発光ダイオードを利用して青色光を生成する。緑色光は、半導体発光ダイオードまたは有機発光ダイオードのいずれかによって生成する。半導体発光ダイオードのアレイを半導体基板上に形成し、有機または半導体発光ダイオードのアレイを光学的に透明な基板上に形成する。光学的に透明な基板および半導体基板を合体し、多波長発光ダイオード表示装置(multi-wavelength light emitting diode display) を形成する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、フル・カラー表示即ち画像を形成するのに好適な、赤色、緑色、および青色光を発する、フル・カラー発光ダイオード表示アセンブリ、即ち、フル・カラー発光ダイオード表示装置３１０の一部を示す拡大断面図である。表示装置３１０は、赤色、緑色、および青色を通過させる、光学的に透明な基板３１１を含む。典型的に、基板３１１はガラスまたは透明なプラスチックである。基板３１１の上面上に、複数の有機発光ダイオードを有機発光ダイオード・アレイに形成してあり、これら複数の有機発光ダイオードによって発せられた光が基板３１１を通過する。複数の有機発光ダイオードは、第１発光ダイオード（ＬＥＤ）３１２、第２発光ダイオード（ＬＥＤ）３１６、および有機発光ダイオード（ＬＥＤ）群３１９を含む。ダイオード３１２，３１６，３１９は、典型的に、約４７０ナノメートルを中心とするスペクトルと、約８０ないし１５０ナノメートルのスペクトル幅を有する青色光を発する。かかる発光ダイオードの一例は、１９９５年６月１３日、Norman et al. に特許された、米国特許番号第５，４２４，５６０号に開示されている。
【０００８】
ダイオード３１２，３１６，３１９は、表示装置３１０によって発生される所望の画像の画素間隔に適した間隔で、その中心の位置が決められる。加えて、ダイオード３１２，３１６，３１９間には介在空間が設けられており、他のダイオードからの光が透過可能となっている。これについては以下で説明する。好適実施例では、ダイオード３１２，３１６，３１９の幅は約１０ミクロンであり、中心間距離を２０ミクロンとして配列され、約１０ミクロンの介在空間を残す。各ダイオード３１２，３１６，３１９は多層素子であり、基板３１１上に形成された光学的に透明なホール供給導体を含む。第１カラー有機層がホール供給層上に配置され、第２カラー有機層が第１カラー有機層上に配置されている。第２カラー有機層は、電子供給導体のために規定された領域と、この規定された領域上で電子供給導体として機能する低仕事関数導体とを有する。例えば、光学的に透明なホール供給導体は、酸化インディウム錫とすることができ、第１有機層は、Ｎ、Ｎ’−ジフェニル−Ｎ、Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）１−１’ビフェニル−４、４’ジアミンを用いることができ、第２有機層は、アルミニウム・トリス（８−ヒロドキシレン）とすればよく、電子供給導体は、マグネシウム−銀またはリチウム−銀、あるいは当業者には既知の他の適切な物質とすることができる。
【０００９】
表示装置３１０は、更に、半導体基板３２２も含む。半導体基板３２２上には、複数の多波長半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）がアレイ状に形成されている。複数の多波長ＬＥＤは、第１多波長発光ダイオード３１３、第２多波長発光ダイオード３１７、および多波長発光ダイオード群３２３を含む。ダイオード３１３，３１７，３２３は、各々赤色光および緑色光を発する。赤色光は、典型的に、約６５０ナノメートルにピークがあり、約２０ナノメートルのスペクトル幅のスペクトルを有し、緑色光は、典型的に、約５７０ナノメートルにピークがあり、約１５ナノメートルのスペクトル幅のスペクトルを有する。かかるＬＥＤについて、以下にその製造技術と共により詳しく説明する。ダイオード３１３，３１７，３２３は、ダイオード３１２，３１６，３１９間の介在空間を通して光を発するように配列されている。加えて、ダイオード３１３，３１７，３２３は、典型的に、介在空間の幅よりも大きいので、基板３１１，３２２間の多少の不整合が表示装置３１０の各画素の精度または整合に影響することはない。好適実施例では、ダイオード３１３，３１７，３２３の幅は約１５ミクロンであり、中心間距離を２０ミクロンとして配列されている。
【００１０】
半導体発光ダイオード・アレイを有機発光ダイオード・アレイと整合するように、基板３２２を基板３１１と合体する。取り付け領域３３０を基板３１１上に形成し、対応する取り付け領域３２６を基板３２２上に形成する。取り付け素子３３１を利用して、基板３２２を取り付け領域３３０に取り付ける。また、素子３３１は、通常、基板３２２，３１１間に電気接続も与える。取り付け素子３３１は、はんだバンプまたは導電性エポキシ・バンプを含む多数の取り付け技法のいずれかとすることができる。好適実施例では、領域３２６，３３０は複数の取り付けパッドであり、素子３３１は約４０ミクロンの直径を有する複数のはんだバンプであり、これによって、複数のバンプと複数の取り付けパッドは、基板３１１，３２２の合体を容易にしている。かかる取り付け領域の一例は、１９９５年７月１１日にNelson et al. に特許された米国特許番号第５，４３２，３５８号において提供されている。その結果、多波長半導体発光ダイオード・アレイは有機発光ダイオード・アレイと協同して、表示装置３１０の画素アレイを形成する。ダイオード３１２，３１３は、破線のボックスで示す、表示装置３１０の多波長画素３１４を形成する。多波長画素３１８は、ダイオード３１６，３１７間の協同によって形成され、破線ボックスで示す画素３２１も同様に、ダイオード３１９，３２３間の協同によって形成される。半導体ＬＥＤを利用して赤色光および緑色光を得て、更に有機ＬＥＤを利用して青色光を得ることによって、画素３１４，３１８，３２１は正確な赤色、緑色、および青色を発生し、表示装置３１０上でのフル・カラー画素の発生が容易となる。
【００１１】
表示装置３１０の他の実施例では、ダイオード３１２，３１６，３１９は、約４７０ナノメートルを中心とするスペクトルを有する青色光を発する半導体ダイオードとすることができる。典型的に、かかる青色発光半導体ダイオードは窒化ガリウムである。この代替実施例では、光学的に透明な基板３１１は、サファイア、炭化シリコン、または窒化ガリウム、あるいはダイオード３１２，３１６，３１９を上に形成するのに適した他の光学的に透明な物質とすることができる。ダイオード３１２，３１６，３１９から発せられた光は、基板３１１を通過する。かかる青色発光半導体ダイオードは、当業者には既知である。
【００１２】
図２は、図１に示した表示装置３１０の他の実施例である、フル・カラー発光ダイオード表示装置３４０の一部を示す拡大断面図である。図１と同一の参照番号を有する図２の素子は、対応する図１の素子と同一である。表示装置３４０も可視光を発し、基板３１１上で有機発光ダイオード・アレイに形成された複数の有機発光ダイオードを含む。複数の有機発光ダイオードは、第１有機発光ダイオード３４３、第２有機発光ダイオード３４８、および第３有機発光ダイオード３５３を含む。ダイオード３４３，３４８，３５３は各々２つの発光領域、即ち、各々異なるカラーの光を発する２つの素子を含む。例えば、ダイオード３４３は、青色光を発する第１発光素子３４４と、緑色光を発する第２発光素子３４６とを含む。素子３４４，３４６の各々は、基板３１１上にあり、双方の素子３４４，３４６に共通な、光学的に透明なホール供給導体を含む。第１カラー有機層がホール供給導体上に配置され、第２カラー有機層が第１カラー有機層上に配置されており、第２カラー有機層は、電子供給導体のために規定された領域を有する。第１および第２有機層は青色光を発生するように選択されている。第２発光領域は、第２カラー有機層の一部の上に第３カラー有機層を有し、第３カラー有機層は、電子供給導体のために規定された領域を有する。第３有機層は、緑色光を発生するように選択されている。第１および第２発光ダイオードは各々、電子供給導体用に規定された領域上に別個の電子供給導体を有するので、素子３４４，３４６は別個に活性化し、Ｘ−Ｙマトリクスとして指定することができる。かかる多波長有機ＬＥＤの一例は、１９９５年６月１３日にNorman et al. に特許された、米国特許番号第５，４２４，５６０号に記載されている。
【００１３】
ダイオード３４３，３４８，３５３は、それぞれ多波長画素３４１，３４７，３５１を形成するために、十分離れた中心上に配列されている。加えて、ダイオード３４３，３４８，３５３間の介在空間が、半導体発光ダイオードからの光の介在空間および基板３１１の透過を可能にする。
【００１４】
表示装置３４０は半導体基板３２２も含み、この半導体基板３２２上で、複数の半導体発光ダイオードがアレイに形成されている。複数の半導体発光ダイオードは、第１半導体ダイオード３４２、第２半導体ダイオード３４９、および第３半導体ダイオード３５２を含む。ダイオード３４２，３４９，３５２は、ダイオード３４３，３４８，３５３間の介在空間を光が透過するのに適した中心上に配列されている。加えて、ダイオード３４２，３４９，３５２は、基板３２２，３１１間の多少の不整合を考慮するために、介在空間よりも広い幅を有する。基板３２２，３１１は、図１の検討で示したように、取り付け領域３３０および取り付け素子３３１によって接続されている。
【００１５】
図２の実施例では、ダイオード３４２，３４９，３５２は各々赤色光のみを発して、多波長画素３４１，３４７，３５１を形成する。破線のボックスで示すように、ダイオード３４２，３４３は互いに協同して画素３４７を形成し、一方ダイオード３５２，３５３も互いに協同して表示装置３４０の画素３５１を形成する。
【００１６】
この配列によって、表示装置３４０は有機発光ダイオードを利用して緑色および青色光の双方を生成することができ、更に半導体発光ダイオードを用いて赤色光を生成することができる。この配列は、表示装置３４０によるフル・カラー画像の発生を容易にするものである。
【００１７】
図３および図４を概略的に参照すると、多波長発光ダイオード即ち素子１０の平面図および断面図がそれぞれ示されている。素子１０は、図１で論じたダイオード３１３と同様、１波長以上の光を発する。図４を参照することによって最良に見ることができるように、素子１０は、全体的に上面が平坦な基板１２を含む。導電性物質の接触層１３を基板１２の平坦面上に配置する。閉じ込め層(confinement layer) １４を接触層１３の表面上に配置する。活性層１５を閉じ込め層１４の表面上に配置し、別の閉じ込め層１６を活性層１５の表面上に配置するので、層１５は２つの閉じ込め層１５の間に狭持されることになる。導電性物質の接触層１７を閉じ込め層１６の表面上に配置し、表面発光ヘテロ構造発光ダイオード（ＬＥＤ）２０の基本構造が完成する。
【００１８】
導電性物質の接触層２３を接触層１７の表面上に配置する。閉じ込め層２４を接触層２３の表面上に配置する。活性層２５を閉じ込め層２４の表面上に配置し、別の閉じ込め層２６を活性層２５の表面上に配置する。導電性物質の接触層２７を閉じ込め層２６の表面上に配置し、第２表面発光ヘテロ構造発光ダイオード（ＬＥＤ）３０の基本構造が完成する。
【００１９】
一実施例では、上述のように、種々の層の配置は、これらを堆積する順に連続的にエピタキシャル成長させることによって行われる。本実施例では、具体例として、基板１２を半絶縁砒化ガリウム(GaAs)で形成し、エピタキシャル成長層はＩｎＧａＡｌＰ物質系である。更に他の具体例として、接触層１３は高濃度にドープされた（＞１０18）ｎ+ 導電型のＧａＡｓであり、閉じ込め層１４を、ｎ−型導電性にドープされたＩｎＧａＡｌＰで形成し、活性層１５をＩｎＧａＡｌＰで形成し、閉じ込め層１６をｐ−導電性にドープされたＩｎＧａＡｌＰで形成し、接触層１７を高濃度にドープされた（＞１０18）ｐ+ 型導電性のＧａＡｓで形成し、接触層２３を高濃度にドープされた（＞１０18）ｎ+ 型導電性のＧａＡｓで形成し、閉じ込め層２４をｎ_ 導電性にドープされたＩｎＡｌＰで形成し、活性層２５をＩｎＧａＡｌＰで形成し、閉じ込め層２６をｐ−型導電性にドープされたＩｎＡｌＰ（またはＧａが０％のＩｎＧａＡｌＰ）で形成し、接触層２７を高濃度にドープされた（＞１０18）ｐ+ 型導電性のＧａＡｓで形成する。
【００２０】
この更に別の具体例では、ヘテロ構造ＬＥＤ３０は、より短い波長、例えば５７０ｎｍ範囲の緑色光を発光するように構成され、ヘテロ構造ＬＥＤ２０は、より長い波長、例えば、６５０ｎｍ範囲の赤色光を発光するように構成されている。ＬＥＤ３０はより短い光を発するように構成されているので、活性層２５および閉じ込め層２４，２６は、ＬＥＤ２０によって発せられる光に対してほぼ透明である。更に、接触層１７，２３を比較的薄い高濃度にドープした物質で形成することによって、これらもＬＥＤ３０によって発せられた光に対して透明となる。したがって、多波長素子１０には、単一開口即ち発光領域３５が構成され、ＬＥＤ３０からの光およびＬＥＤ２０からの光は、発光領域３５を通じて放出される。
【００２１】
多波長素子１０のアレイを製造する具体的な方法は以下の工程を含む。まず、平坦な表面を有する基板を用意する。次に、層１３〜１７および層２３〜２７を含む、複数の物質層を連続的にエピタキシャル形成する。典型的な例では、閉じ込め層２４，２６はＩｎＡｌＰで形成され、活性層２５は、緑色光の発光のために、５０％Ａｌのモル分率を有するＩｎＧａＡｌＰで形成される。本開示において、例えば、アルミニウムまたはガリウムのパーセントに言及するときは、このパーセントはアルミニウムのガリウムに対する量について表わしていることは、当業者には理解されよう。例えば、５０％Ａｌモル分率の場合はＩｎ（Ｇａ1-x Ａｌx ）Ｐと表記するであろう。また、０％Ａｌモル分率はＩｎＧａＰ、そして０％Ｇａモル分率はＩｎＡｌＰと表記する。閉じ込め層１４，１６はＩｎＧａＡｌＰで形成され、活性層１５は、赤色光の発光のために、０％Ａｌモル分率を有するＩｎＧａＡｌＰで形成される。勿論、他の組み合わせも考案可能であり、望ましければ、単一の多波長素子に追加のＬＥＤを組み込むことも可能であることは理解されよう。
【００２２】
発光領域３５および隣接する接点領域３６は、接触層２７のマスキングおよびエッチング、または、選択的に接触層２７を堆積することによって、各多波長素子１０に対して規定される。本特定実施例では、発光領域３５は約１１μｍの正方形領域であり、隣接する接点領域３６は約９μｍｘ１１μｍ（図３参照）であることを注記しておく。また、多波長素子１０の行および列も規定されている。一旦発光領域３５および隣接する接点領域３６を各多波長素子１０に対して規定したなら、各多波長素子１０の隣接する接点領域３６内において、閉じ込め層２６、活性層２５、閉じ込め層２４、接触層２３を貫通し、接触層１７と少なくとも接触するように、全体的に垂直な柱形状の不純物３８を注入する。図３および図４に示す実施例では、不純物３８は接触層１７を貫通し、部分的に閉じ込め層１６内にまで達し、接触層１７との良好な電気的接触を保証している。不純物３８は、アレイ内の各多波長素子１０のために、接触層１７（ＬＥＤ２０のアノード）への外部または表面電気接触部を設ける。現在説明中の実施例では、接触層１７がＬＥＤ２０のｐ−型接点であるので、不純物３８は、例えばＢｅのイオンのように、外部接点用表面に接触層１７を良好に結合するいずれかの物質である。
【００２３】
各多波長素子１０の隣接する接点領域３６内において、閉じ込め層２６、活性層２５を貫通し、更に閉じ込め層２４と少なくとも接触するように、別の不純物４０を全体的に垂直な柱形状に注入する。不純物が接触層１７を貫通して注入されないことを保証するように注意しなければならない。図３および図４に示す実施例では、不純物４０は接触層２３の丁度手前で止る。一旦不純物４０が注入されたなら、アニール工程を実施して、注入した不純物３８，４０を活性化する。アニール工程によって通常の拡散が生じ、層１７内には拡散せずに、接触層２３との良好な電気的接触が保証される。不純物４０は、アレイ内の各多波長素子１０に、接触層２３（ＬＥＤ３０のカソード）への外部即ち表面電気的接続部を設ける。現在説明中の実施例では、接触層２３がＬＥＤ３０のｎ−型接点であるので、不純物４０は、例えばＳｉのイオンのように、外部接点用表面に接触層２３を良好に結合するいずれかの物質である。
【００２４】
各多波長素子１０の発光領域３５と不純物４０との間の隣接する接点領域３６において（実際は不純物４０によって形成されるインプラント内の一部にも）、閉じ込め層２６、活性層２５を貫通し、少なくとも閉じ込め層２４内に至るが、接触層２３を貫通させないように、第３不純物４２を注入する。不純物４２は、各多波長素子１０のために、発光領域３５と導電性不純物３８，４０との間に、絶縁抵抗体(isolating resistive volume)を形成する。したがって、不純物４２は、外部電気接続部からＬＥＤ３０を絶縁し、これがなければ不純物４０とＬＥＤ３０のｐ−型層との間に形成され得る、あらゆる寄生ｐ−ｎ接合を除去する。現在説明中の実施例では、不純物４２は、例えばＨまたはＯのイオンのように、外部接点からＬＥＤ３０を分離または絶縁するための絶縁抵抗体を良好に形成するいずれかの物質である。
【００２５】
隣接する多波長素子１０の発光領域３５と各多波長素子１０の不純物３８との間において（実際は不純物３８内の一部にも）、閉じ込め層２６、活性層２５、閉じ込め層２４、接触層２３，１７を貫通し、閉じ込め層１６内に少なくとも部分的に達するように、第４不純物４５を注入する。不純物４５は、ＬＥＤアレイ内の隣接するＬＥＤ２０間に絶縁抵抗体を形成する。したがって、不純物４２はＬＥＤ２０を絶縁し、ＬＥＤ２０のために画素の閉じ込めを行う。現在説明中の実施例では、不純物４５は、例えば、ＨまたはＯのイオンのように、ＬＥＤ２０を分離または絶縁するための絶縁抵抗体を良好に形成するいずれかの物質である。
【００２６】
本実施例では、行の終端においてエッチング工程を実施して、接触層１３（ＬＥＤ２０のカソード）への外部電気的接点を設ける。この工程では、行の終端をエッチングして、層１３との電気的接触のために、層１３の一部を露出させる。不純物４０を有する接点４７（ＬＥＤ３０のカソード）および行接点４８（図３参照）は、既知の方法のいずれかによって形成される。通常、隣接する多波長素子１０間の行に、ｎ−型金属を当該行の終端まで堆積し、本実施例では、行接点４８を接触層１３に結合する。
【００２７】
全エピタキシャル層を通過し、発光領域３５に隣接する基板１２内に達するまで、第５不純物５０を深く注入し、行に配置されている全多波長素子１０に、行分離部を設ける。不純物５０は、多波長素子１０の隣接行間に、絶縁抵抗体を形成する。現在説明中の実施例では、不純物５０は、例えば、Ｈのイオン、または高エネルギＯ＋、あるいはその同等物のように、深く注入可能で、しかも絶縁抵抗体を良好に形成するいずれかの物質である。
【００２８】
次に、構造全体の上面上に誘電体層５２を形成または堆積し、ｐ−型接点およびｎ−型金属へのアクセスのためのビア５３を、エッチングによって誘電体層５２に形成する。最後に、既知の方法を用いてｐ−型メタライゼーションを堆積する。ｐ−型メタライゼーションを用いて、各多波長素子１０の発光領域３５内に接触層２７へのｐ−型接点５５と列接点５６との双方を形成する。本特定実施例では、列接点５６は、各列において、各多波長素子１０のｎ−型接点４７と注入不純物３８とに接触する。こうして、ＬＥＤ３０のカソードは、列接点５６によって、ＬＥＤ２０のアノードに接続される。更に、ビア５３の１つは、接点５５を行接点４８（図３参照）に電気的に結合させるので、ＬＥＤ３０のアノードはＬＥＤ２０のカソードに結合される。
【００２９】
上述の接続によって、図５に概略的に示す、プッシュ・プル接続(push-pull connection)が形成される。各多波長素子１０のＬＥＤ２０，３０のこのプッシュ・プル接続は、必要な表面領域を少なくとも半分だけ減少させつつ、ＬＥＤ全てを個々に指定可能にする。
【００３０】
図６に、多波長素子１１０を含む他の実施例を断面図で示す。勿論、素子１１０は、ウエハ上の素子のアレイの中、または単一の素子として形成可能であることは理解されよう。全体的に平坦な上面を有する基板１１２を用意する。導電性物質の接触層１１３を、基板１１２の平坦面上に配置する。閉じ込め層１１４を接触層１１３の表面上に配置する。活性層１１５を、保持込め層１１４の表面上に配置し、他の閉じ込め層１１６を活性層１１５の表面上に配置する。導電性物質の接触層１１７を閉じ込め層１１６の表面上に配置し、表面発光ヘテロ構造ＬＥＤ１２０の基本構造が完成する。
【００３１】
本実施例では、接触層１１７は、ＬＥＤ１２０上に配置された第２ヘテロ構造ＬＥＤ１３０の接触層を兼ねる。閉じ込め層１２４を接触層１１７の表面上に配置する。活性層１２５を閉じ込め層１２４の表面上に配置し、他の閉じ込め層１２６を活性層１２５の表面上に配置する。導電性物質の接触層１２７を閉じ込め層１２６の表面上に配置し、第２表面発光ヘテロ構造ＬＥＤ１３０の基礎構造が完成する。
【００３２】
本実施例では、具体例として、基板１１２を半絶縁砒化ガリウム(GaAs)で形成し、エピタキシャル成長層をＩｎＧａＡｌＰ物質系とする。この具体例では、接触層１１３を高濃度にドープし（＞１０18）ｎ+ 導電性を有するＧａＡｓで形成し、閉じ込め層１１４をｎ−型導電性にドープしたＩｎＧａＡｌＰで形成し、活性層１１５をＩｎＧａＡｌＰで形成し、閉じ込め層１１６をｐ−型導電性にドープしたＩｎＧａＡｌｐで形成し、接触層１１７を高濃度にドープし（＞１０18）ｐ+ 型導電性を有するＧａＡｓで形成し、閉じ込め層１２４をｐ−型導電性にドープしたＩｎＡｌＰで形成し、活性層１２５をＩｎＧａＡｌｐで形成し、閉じ込め層１２６をｎ−型導電性にドープしたＩｎＡｌＰで形成し、接触層１２７を高濃度にドープし（＞１０18）ｎ+ 型導電性にドープしたＧａＡｓで形成する。
【００３３】
前述の方法におけるように、発光領域１３５および隣接する接点領域１３６は、接触層１２７をマスキングおよびエッチングすることにより、または選択的に接触層１２７を堆積することにより、各多波長素子１１０について規定する。本特定実施例では、発光領域１３５は約１２μｍの正方形領域であり、隣接する接点領域１３６を含ませることによって、全正方形領域を約２０μｍ（図６参照）としてあることを注記しておく。また、多波長素子１１０の行および列も規定されている。
【００３４】
一旦各多波長素子１１０に対して発光領域１３５と隣接する接点領域１３６とを規定したなら、各多波長素子１１０の隣接する接点領域１３６において、閉じ込め層１２６、活性層１２５、閉じ込め層１２４を貫通し、接触層１１７に少なくとも接触するように、概略的に垂直な柱形状に不純物１３８を注入する。不純物１３８は、ＬＥＤ１２０，１３０の共通アノード（接触層１１７）に、外部電気接点を与える。現在説明中の実施例では、接触層１１７がＬＥＤ１２０，１３０のｐ−型接点であるので、注入不純物１３８は、例えば、Ｂｅのイオンのように、接触層１１７を外部接点の表面に良好に結合する、いずれかの物質とすることができる。
【００３５】
図６の多波長素子１１０を製造するための手順の残りの工程は、図３の多波長素子について説明した工程と基本的に同一である。主な相違点は、単一の接触層（層１１７）がアノードの共通接続部となっており、その結果、多波長素子１１０は三端子素子（図７の構成図を参照）となっているので、不純物４０を注入する工程が不要なことである。
【００３６】
この特定素子およびプロセスの利点の１つとして、プロセスが１工程少なくて済むことがあげられる。多波長素子１１０は共通アノードと、各ＬＥＤ１２０，１３０に１つずつカソードを有しているので、これらの素子は上述のプッシュ・プル指定方式では駆動することができず、通常のマトリクス方式で指定する。しかしながら、アノードを共通化したため、アレイの一方向に沿って必要なＩ／Ｏの半分を除去し、これによって、外部接続部を大幅に減らすことができる。他の可能な利点には、ＬＥＤ１２０，１３０双方を同時にオンにできることがあげられる。
【００３７】
図８を参照すると、本発明を具現化した他の多波長発光ダイオード素子２１０が示されている。素子２１０は、先の２実施例のいずれかについて説明したように、基板上に複数の物質層を配置することによって構成する。図示した素子２１０の具体的な構造は、図６の素子１１０について説明した構造と同一である。素子２１０の製造に用いられる工程は、概略的に上述したものと同様である。
【００３８】
平坦な表面を有する半絶縁ＧａＡｓの基板２１２を用意する。ＩｎＧａＡｌＰ物質系の複数の層を基板２１２の表面上に連続的にエピタキシャル成長させる。層２１３〜２１７は、図６について説明した層１１３〜１１７と同一であり、第１ＬＥＤ２２０を形成する。層２２４〜２２７は、図６について説明した層１２４〜１２７と同一であり、第２ＬＥＤ２３０を形成する。
【００３９】
アレイ内の各素子２１０について、共通発光領域２３５および隣接する接点領域２３６を規定する。各多波長発光ダイオード素子２１０の発光領域２３５および隣接する接点領域２３６周囲にメサ・エッチングを実施して、各多波長発光ダイオード素子２１０を、各隣接する多波長発光ダイオード素子２１０から分離する。各多波長発光ダイオード素子２１０の第１接触層２１３、第２接触層２１７および第３接触層２２７と連通するように、電気接点２４０，２４１，２４２を堆積する。
【００４０】
多波長発光ダイオード素子２１０では、エッチングによって素子を規定し、ＬＥＤの隣接する素子からの絶縁を与える。また、エッチングによって、外部電気接点の埋め込み層へ到達を可能にする。
【００４１】
以上のように、多波長半導体発光ダイオ−ド素子の構造、配列、アレイ相互接続、および製造プロセスの実施例について開示した。開示した多波長半導体発光ダイオ−ド素子は、単一の開口から２つ以上の異なるピ−ク波長の光を発する単一素子である。これによって、各素子に使用しなければならないウエハの面積量を大幅に減少し、画像発生器における画素密度および充填係数(fill factor) が格段に改善することになる。更に、各ＬＥＤ（または光スペクトル）を別個に励起することができる機能は、表示装置の用途では大変に貴重である。多波長発光ダイオード素子における各ＬＥＤ（またはスペクトル）の輝度を別個に制御することによって、２つのスペクトルを混合し、カラー・チャート上に広い範囲のカラーを供給することが可能となる。また、固有の構造および製造プロセスにより、各多波長発光ダイオード素子内において、複数のＬＥＤを電気的に相互接続することにより、アレイを指定するために必要なＩ／Ｏを最少に抑える新規な指定方式を実施可能とした。
【００４２】
以上の説明より、フル・カラー発光ダイオード表示装置の新規な製造方法が提供されたことが認められよう。有機ＬＥＤまたは半導体ＬＥＤを利用して青色光を発生し、別個の半導体ＬＥＤを用いて赤色光を発生することにより、表示装置の各画素は、フル・カラー表示のために十分なカラーを発生することができる。半導体基板を光学的に透明な基板と合体することにより、赤色光を発生するダイオードと緑色光を発生するダイオードとの整合を容易とし、これらが協同して表示装置の画素を形成する。赤色発光半導体ダイオードを、青色発光半導体即ち有機ダイオード間の空間よりも大きく形成することによって、表示装置の画素に影響を与えることなく、光学的に透明な基板と半導体基板との間の多少の不整合を許容することができる。かかるフル・カラー表示装置は、通信およびその他種々の用途において、フル・カラー画像を生成するのに最適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフル・カラー発光ダイオード表示装置の一部を示す拡大断面図。
【図２】本発明によるフル・カラー発光ダイオード表示装置の他の実施例の一部を示す拡大断面図。
【図３】本発明による多波長半導体発光ダイオードの一実施例の一部を示す拡大平面図。
【図４】本発明による多波長半導体発光ダイオードの一実施例の一部を示す拡大断面図。
【図５】本発明による図４のダイオードの電気回路構成を示す図。
【図６】本発明による多波長半導体発光ダイオードの他の実施例の一部を示す拡大断面図。
【図７】本発明による図６のダイオードの電気回路構成を示す図。
【図８】本発明による多波長半導体発光ダイオードの他の実施例の一部を示す拡大断面図。
【符号の説明】
１０    素子
１２    基板
１３，１７，２３，２７    接触層
１４，１６，２４，２６    閉じ込め層
１５，２５    活性層
２０    表面発光ヘテロ構造発光ダイオード
３０    第２表面発光ヘテロ構造発光ダイオード
３５    発光領域
３６    接点領域
３８，４０，４２，５０    不純物
４７    接点
４８    行接点
５２    誘電体層
５３    ビア
５５    ｐ−型接点
５６    列接点
１１０    多波長素子
１１２    基板
１１３，１１７，１２７    接触層
１１４，１１６，１２４，１２６    閉じ込め層
１１５，１２５    活性層
１２０    表面発光ヘテロ構造ＬＥＤ
１３０    第２ヘテロ構造ＬＥＤ
１３５    発光領域
１３６    接点領域
１３８    不純物
２１０    多波長発光ダイオード素子
２１２    基板
２１３〜２１７，２２４〜２２７    層
２３５    共通発光領域
２３６    接点領域
２４０，２４１，２４２    電気接点
２４７，３５１    画素
３１０    フル・カラー発光ダイオード表示装置
３１１    透明基板
３１２    第１発光ダイオード
３１３    第１多波長発光ダイオード
３１６    第２発光ダイオード
３１７    第２多波長発光ダイオード
３１９    有機発光ダイオード群
３２１    画素
３２２    半導体基板
３２３    多波長発光ダイオード群
３２６，３３０    取り付け領域
３３１    取り付け素子
３４０    表示装置
３４１，３４７，３５１    多波長画素
３４２    第１半導体ダイオード
３４３    第１有機発光ダイオード
３４４    第１発光素子
３４６    第２発光素子
３４８    第２有機発光ダイオード
３４９    第２半導体ダイオード
３５２    第３半導体ダイオード
３５３    第３有機発光ダイオード
【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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