(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一部の上に配置され、上側表面を有する、第１導電型の第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の上側表面の少なくとも一部の上に配置された活性層と、
前記活性層の上に配置された第２導電型の第２クラッド層と、
前記活性層の一部および前記２クラッド層の一部を有する少なくとも２つのリッジと、
前記第１クラッド層に電気的に接続するように配置された第１電極と、
前記第２クラッド層に電気的に接続し、かつ前記２つのリッジにまたがって配置された第２電極とを具え、
前記リッジ間に少なくとも１種類の発光体材料をさらに具え、
前記第１クラッド層、活性層及び第２クラッド層が、少なくとも１種類のIII族窒化物材料を具えることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
発光ダイオードを予め決められた形状において形成する方法において、
基板を設けるステップと、
前記基板の少なくとも一部の上に第１導電型の第１クラッド層を形成するステップと、
前記第１クラッド層の少なくとも一部の上に活性層を形成するステップと、
前記活性層の少なくとも一部の上に第２導電型の第２クラッド層を形成するステップと、
前記クラッド層及び前記活性層の一部を除去し、前記基板の一部の上に少なくとも２つのリッジ構造を予め決められた形状において形成するステップと、
少なくとも１種類の発光体材料を前記リッジ間に形成するステップと、
前記２つのリッジにまたがるように、前記リッジの上に金属層を堆積し、前記２つのリッジに共通に電位を与える電極を形成するステップとを含み、
前記第１クラッド層、活性層及び第２クラッド層が、少なくとも１種類のIII族窒化物材料を具えることを特徴とする方法。
【請求項３】
前記基板は導電性基板であることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記２つのリッジは、互いに隣り合う第１のリッジおよび第２のリッジからなり、前記第１のリッジと前記第２のリッジとは交差せず、かつ前記第１のリッジ及び前記第２のリッジは、互いに側面が向かい合うように形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記２つのリッジは、互いに交差しない第１のリッジおよび第２のリッジからなり、前記第１のリッジと前記第２のリッジとの間に、前記活性層の一部および前記第２のクラッド層の一部を有する第３のリッジをさらに具え、前記第３のリッジ上には第３電極が形成され、かつ前記第３電極と第２電極とは電気的に遮断されていることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記２つのリッジは、同心円状に形成されていることを特徴とする請求項４記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記第２電極は、櫛状に形成されていることを特徴とする請求項４または５記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記第２電極は、ジグザグ状に形成されていることを特徴とする請求項４記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
可視光源と、通常は白色又は準白色光源は、世界中で照明用に求められている。蛍光灯、白熱灯及び他のランプ及びバルブは、照明用に至るところにあるようになってきている。加えて、発光ダイオードすなわちＬＥＤは、レーザポインタ、インジケータランプ等のような単一又は制限された波長形態に関してきわめて一般的になってきている。
【０００２】
最近、ＬＥＤの電力消費は一般的に蛍光灯や白熱灯の電力消費より低いため、重大な注意が、ＬＥＤを白色光源として使用する可能性に与えられている。しかしながら、このようなＬＥＤを白色光の光源として使用することは、高効率の青色ＬＥＤが利用できなかったため、困難であった。III族窒化物半導体システムにおける最近の進歩は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ  ＤＨ（ダブルへテロ結合）構造の開発を可能にし、これは青色光の高量子効率発光を可能にする結果として、青色ＬＥＤが今日では商業的に利用できる。
【０００３】
青色ＬＥＤから白色光を得ることは、問題であった。白色光を得る効率的な１つの手法は、青色光及び黄色光を混合することである。最初に、図１及び２を参照し、まず黄色発光体と結合された先行技術の青色ＬＥＤを使用する白色光の発光を図式的に示す（Ｓ．ナカムラ、ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．３００２、２６〜３５ページ、１９９７年）。図２に示す先行技術の配置において、ＹＡＧ（イットリウム、アルミニウム、ガーネット）発光体１を、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ  ＤＨ構造を有する青色ＬＥＤ  ２の上面において形成する。この構造において、電流を、反射カップを有するリードフレーム３から導体５を経てＬＥＤチップ２に注入する。次に、前記電流はＬＥＤチップ２からリードフレーム５に流れる。ＬＥＤチップ２は、前記注入された電流によって活性化され、青色光を発光する。ＹＡＧ発光体１は、ＬＥＤチップ２からの青色光によって励起され、黄色蛍光を発光する。ＬＥＤチップ２からの青色発光と発光体１からの黄色発光との混合は、結果として、白色光の発光を生じる。前記白色光の外部発光効率を改善するために、エポキシレンズ７を使用する。このようにして、白色光がこの構造によって得られる。
【０００４】
しかしながら、大面積サイズを有する白色光源パネルを得るために、多くのＬＥＤを使用する必要がある。図１及び２に示す先行技術の設計に関して、駆動回路は複雑になり、製造コストは高くなる。さらに、図３に示すように、前記パネルの発光パターンは、多数の慣例的なＬＥＤを１つのパネルに集めた場合、ドット状になる。これは、慣例的なＬＥＤの”点光源”特性から生じる。したがって、多数の先行技術のＬＥＤを使用し、一様に分布する発光パワーを有する白色光パネルを提供するのは困難である。さらに、薄い照明パネルが好適であるが、図１−３に示す技術において、前記パネルの厚さは、前記パネルの厚さを前記ＬＥＤの高さより大きくしなければならないため、厚くなる。これらの問題を解決し、一様な白色光発光で大面積を有する薄い白色光源パネルを得なければならない。
【０００５】
発明の要約
本発明は、先行技術の制限の多くを、実質的に一様な発光パワー分布を有する薄い大面積フラットパネル多色光源を可能にする新しい新奇なＬＥＤ構造を与えることによって克服する。本発明のＬＥＤ構造を発光体と結合し、多色光を発生することができるいくつかを含む種々の選択的な実施形態を説明する。本発明のいくつかの態様は、多色光発光を目的とするが、白色光の発光を、以後一般的に、本発明によって達成可能な多色発光の例として使用する。
【０００６】
一般的に、本発明のＬＥＤ構造は、導電性又は絶縁性いずれかの基板上に堆積された複数のクラッド層と単一の活性層とから形成されたｐｎ接合ＬＥＤを含む。各々のｐｎ接合ＬＥＤを、前記基板と実質的に直交方向において外向きに延在するリッジ又はストライプとして形成する。このような複数のリッジを、前記リッジ間に形成された中間チャネルにおいて堆積された発光体と共に、単一基板と平行に形成する。１対の電極の適切な配置により、前記ＬＥＤは、前記先行技術の点光源配置においてではなく、全体のリッジ／チャネル境界に沿って連続的に光を発光する。
【０００７】
いくつかの実施形態において、前記光を、青色ＬＥＤ及び黄色発光体の組み合わせとして発生してもよい。これらのような実施形態において、前記ＬＥＤのアレイは、代表的に、ＩｎＧａＮ材料を、前記ＩｎＧａＮ材料間の中間チャネルにおいて堆積されたＹＡＧ発光体と共に前記活性層として使用した複数のリッジを具える。他の実施形態において、前記多色光を、前記ＬＥＤリッジ間の中間チャネルにおいて選択的に形成された赤色、緑色及び青色光を各々発光する適切な発光体と共にリッジ内に形成されたＡｌＧａＮから結果として生じるような、複数の紫外線ＬＥＤによって発生してもよい。赤色、緑色及び青色成分の比率を変化させ、多色発光を実現してもよい。加えて、前記電極を選択的に駆動することによって、前記ＬＥＤリッジのいくつかをターンオン又はターンオフし、前記パネルの全体的又は多色変化としての減光を許可してもよい。上記から認識されるように、代表的に、しかし必須ではなく、前記活性層を量子井戸として形成する。
【０００８】
前記チャネルの各々の全体に沿った連続発光を与えることによって、多色光の連続的で一様な発光が与えられる。前記活性層の厚さを調節することによって、前記ＬＥＤの発光効率を最適化することができる。さらに、前記活性層ウィンドウ領域の前記発光体に対する比を変化させることによって、前記光の色を、特定の用途に関して調節してもよい。この例において、”ウィンドウ領域”は、第１電極からの電子が前記活性層に入るのに通る開口部を示す。
【０００９】
種々の実施形態の構造を、導電性又は絶縁性のいずれの基板が好適であるかに応じて、前記ウィンドウ領域のサイズを制御するのに絶縁構造を形成すべきかどうかにも応じて、多数の方法において形成することができる。種々の基板を使用してもよく、ガリウム窒化物（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）及びシリコン炭化物（ＳｉＣ）が導電性基板の例であり、サファイアが絶縁性基板の一例である。本発明は、どのような特定の基板にも限定されない。
【００１０】
導電性基板を含む第１製造プロセスにおいて、ＧａＮ基板を設ける。ＧａＮバッファ層をこの上に形成し、さらにこの上に第１及び第２クラッド層を形成する。代表的にＩｎＧａＮ材料の活性層を前記第２クラッド層上に形成し、その後、第２クラッド層を前記活性層上に形成する。これらの層の各々を、代表的に、有機金属化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）によって形成する。代表的な配置において、前記基板と第１及び第２クラッド層をｎ型材料とし、前記第３クラッド層をｐ型材料とする。ｎ型又はｐ型材料の使用を、同様の形式の層が同様の型のままである限り、望むなら変更してもよい。
【００１１】
前記種々の層のＭＯＣＶＤ又はＭＢＥ成長に続いて、前記構造をドライエッチングし、リッジを形成する。発光体を、前記リッジ間のチャネルにおいて堆積する。次に、電極を、前記基板の下部と前記リッジの上部とにおいて、蒸着によって形成する。所望の特定の効果に応じて、前記リッジの上部における電極をすべて接続してもよく、選択的に接続してもよい。絶縁性基板を使用する場合において、前記第１クラッド層をエッチングによって暴露し、前記下部電極をこの上に形成し、導通を可能にしてもよい。
【００１２】
シリコン又はシリコン炭化物基板を使用すべき場合、代表的にアルミニウム窒化物（ＡＩＮ）バッファ層を、上記プロセスにおけるＧａＮバッファ層の代わりにする。
【００１３】
この場合において、ウィンドウ領域を前記リッジの下に形成すべきであり、製造ステップは、成長させたシリコン２酸化物を前記第１クラッド層の頂上に形成し、次にエッチングし、ウィンドウ領域を形成することを除いて、上記で示した製造ステップときわめて同様である。次に、前記第２クラッド層、活性層及び第３クラッド層を上記のように形成する。次に、適切な発光体を、前記ＬＥＤリッジ間に形成されたチャネル中に堆積し、前記電極を上述したように蒸着する。
【００１４】
本発明のフラットパネル光源の詳細は、添付した図面と共に行った本発明の以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【００１５】
詳細な説明
最初に図４を参照し、単一の形式の発光体を使用する本発明の一般化した実施形態をより理解することができる。単純化した用語において、複数のＬＥＤ活性層５を１０において一般的に示す基板上に形成し、上及び下を反対の導電型のクラッド層１５及び２０によって境界付け、複数のリッジ２５を形成する。前記活性層を通る電流の通過は、ホールと電子が再結合するときに３０において示す第１周波数の光の発光を導く前記活性層へのキャリヤ注入を引き起こす。光３０は、活性層５から、リッジ２５の間に形成されたチャネル４０において堆積された発光体３５中に放出される。光３０は前記発光体を励起し、発光体３５に第２周波数の光４５を発光させる。第１周波数光３０及び第２周波数光４５の量子効率を慎重に制御することによって、観測者によって最終的に知覚される多色光を、選択された合成周波数のものにすることができる。例えば、黄色発光体を有する青色ＬＥＤに関して、青色発光及び黄色発光の組み合わせを制御し、白色光を生じることができる。代表的な配置において、活性層５をＩｎｘＧａ１−ｘＮ材料とし、ここでｘがＩｎＮモル分率を規定し、クラッド層１５及び２０を反対の導電型のものとする。前記発光体を、このような実施形態において、代表的にＹＡＧとする。
【００１６】
次に図５を参照し、再び単純化した用語において、複数の発光体を、所望のスペクトルを与えるように組み合わされて発光された光と共に使用する、一般化した実施形態を理解することができる。明瞭にするために、図４に示すものと同様の要素を同じ参照符によって示す。図５の実施形態において、複数の活性層５を、再び、一般的に１０において示す基板上に形成してもよい。活性層５を、再び、反対の導電型のクラッド層１５及び２０によって上及び下で境界付ける。しかしながら、図４の実施形態とは異なり、図５の活性層を代表的にＡｌｘＧａ１−ｘＮとし、ここでｘを再びＡｌＮモル分率とする。図１２に関して以下により詳細に考察する、このような実施形態の少なくともいくつかの実装において、各々のクラッド層は異なったモル分率を有するであろう。前記クラッド層及び活性層は、再び、リッジ２５を形成し、紫外線が活性領域内におけるキャリアの再結合によって代表的に放射される。前記活性層は、光を、リッジ２５間に形成されたチャネル４０中に堆積された複数の発光体３５Ａ−Ｃ中に放出する。光３０による発光体３５Ａ−Ｃの励起は、個々のチャネルからの赤色、緑色及び青色光の発光を生じる。
【００１７】
複数のチャネルから放出される光を発光パワーにおいてほぼ一様にするように制御することによって、白色光の一様なパネルの印象が形成される。光が、上側表面５０においてリッジ５５の上側表面より代表的に広い前記チャネル全体と交差して放出されることもわかるであろう。供給される電流、前記チャネル又はウィンドウのサイズ、及び、前記ＬＥＤの選択的な活性化のいずれかを変化させることによって、多色調節が容易に得られ、同様に、輝度の調節も可能である。さらに、前記基板は、代表的に数マイクロメートル厚のみであるが、発光領域サイズは、前記基板の領域サイズによってのみ決定されることもわかるであろう。加えて、複数のこのような装置を１つのバックプレート上において結合し、例外的に大きい発光パネルをもたらすことができる。
【００１８】
本発明の大部分の実施形態において、量子井戸活性層の使用は役に立つであろう。前記活性層において量子井戸構造を使用することによる利点を、以下から理解することができる。ＩｎＧａＮ及びＧａＮの格子定数が互いに異なり、この結果、ＧａＮ上に成長させた臨界的な厚さより厚い厚さを有するＩｎＧａＮ層が、前記格子定数間の違いによって発生する歪みエネルギーを開放する欠点を有する。これらのような欠点は、発光しない再結合中心として作用するため、前記注入電流から放出される光への劣った変換効率を生じる。これと相違して、本発明の量子井戸構造は、数１０オングストロームの範囲における少なくとも１つの薄い層を具え、
【００１９】
ドープされていない活性層の場合において、出力パワーは、前記活性層の電子密度とホール密度との積に比例する。前記活性層における電子密度及びホール密度を増すために、キャリアが小さい体積の領域に注入されるため、薄い活性層の利用が有効である。これは、今度は前記活性領域におけるキャリア密度を増加させる。したがって、量子井戸活性層のし様は、高い量子効率を有するＬＥＤを得るのに有効である。しかしながら、対照的に、薄い活性層において、前記注入されたキャリアは前記活性層から前記クラッド層にオーバフローする傾向にあり、これは前記注入された電流から出力パワーへの変換効率の減少を招く。結果として、前記活性層の厚さを、量子効率を最大にするように最適化することが望ましい。図６は、５センチメートルのキャビティ長と４０μｍのストリップ幅を有する図４又は５に示すような装置の活性層の厚さの変換効率依存性の実験結果をプロットする。見られるように、広い範囲の活性層の厚さが許容し得る結果を生じ、前記電流構造における最高の量子効率は、２０オングストローム程度の活性層厚によって達成される。図６は、５ｃｍのキャビティ長と４０μｍのストリップ幅とを有するＬＥＤの場合における活性層５の厚さにおける変換効率依存性の実験結果を示す。図６に示すように、７パーセントの最高量子効率が、活性層５の厚さが２０Å程度の場合において得られる。したがって、活性層５の厚さを、この厚さがいくつかの実施形態において１５及び４５オングストローム間で変化してもよく、他の材料に関してより薄く又はより厚くてもよいとしても、代表的に２０Å程度に設定する。
【００２０】
本発明の発光パワーにおける他の因子は電流である。図７の参照により、出力パワーにおける増加が、アンペアにおいて供給される電流に関する事がわかる。例えば、１６０ｍＷの出力パワーが、１アンペアの注入電流から結果として生じ、他の周波数に加え、白色光を得ることを可能にする。
【００２１】
次に、図８Ａ及び８Ｂを参照し、図４の構造に基づく第１実施形態の構造をよりよく理解することができる。第１導電型の導電性基板１００を設け、好適には同じ導電型のバッファ層１０５をこの上に置く。次に、同じ導電型の第１クラッド層１１０をこれらの上に代表的にＭＯＣＶＤ又はＭＢＥ成長によって成長させ、その後、同じ導電型の第２クラッド層１１５を成長させる。その後、活性層１２０を成長させ、その後、反対の導電型の第３クラッド層１２５を前記活性層上に形成する。この結果、反対の導電型の第２クラッド層１１５と１２５との間に挟まれている活性層１２０が生じる。
【００２２】
次に、上側の層の部分を選択的にエッチングし、前記第１クラッド層を露出し、これによって、第３クラッド層１２５、活性層１２０及び第２クラッド層１１５のリッジ１３０を形成する。同様に、チャネル１３５をリッジ１３０間に形成する。次に、ＹＡＧのような発光体１４０を、チャネル１３５中に、これらがほぼ満たされるまで堆積する。ドライエッチングプロセスが、前記リッジをこれらの上側表面においてチャネル１３５の上側表面１５０においてより狭くなるようにするのが適切である。この後、第１電極１５５を前記リッジの上側表面１４５上に堆積し、第２電極１６０を導電性基板１００の背面において堆積する。前記第２クラッド層の前記第１クラッド層に対する接合部において形成された前記ウィンドウ領域のサイズを、この接続部における前記第２クラッド層の幅によって制御することは明らかであろう。
【００２３】
導電性基板１００に使用する特定の材料は、前記装置の用途に応じて変化してもよい。ＧａＮ基板を使用することによって、ＧａＮ第１クラッド層１１０と基板１００の格子定数間の差は除去される。これは、前記ＧａＮ第１クラッド層における欠陥密度を減少させ、これは今度は前記活性層における欠陥密度の減少に直接関係する。全体的な結果として、発光効率が増加する。代わりに、シリコン基板が、大領域サイズを低抵抗で可能にするため、望ましい。これは結果として、動作電圧を減少した大領域サイズパネルを生じる。熱が問題な他の実施形態において、シリコン炭化物（ＳｉＣ）基板を使用することが望ましいかもしれない。ＳｉＣ基板を使用することによって、低抵抗かつ高熱伝導率基板が容易に得られ、動作電圧及び熱発生の双方が減少する。
【００２４】
ガリウム窒化物基板を使用する場合において、図８Ａの構造の典型的で好適な実施形態は、ｎ型基板を、約０．５μｍ厚のｎ型バッファ層と、各々約２μｍ厚であってもよい第１及び第２クラッド層と共に使用する。前記活性層を、代表的に、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ材料で約２０オングストローム厚に形成し、ここでｘをインジウムのモル分率とする。前記活性層から４５０ｎｍの波長範囲を有する青色光を発光させるために、活性層５におけるＩｎＮモル分率を代表的に約０．０５とする。前記第３クラッド層を代表的にｐ型ＧａＮ材料、又は他のクラッド層と反対の導電型のものとし、約２μｍ厚とする。すべての例において前記第３クラッド層がｐ型であるか又はｎ型であるかは、残りのクラッド層と反対である限り決定的ではない。目的は、前記活性層へのキャリア注入を引き起こすことである。前記種々の層を、例えば、ＭＯＣＶＤ又はＭＢＥ法、又はどのような他の適切な方法によって成長させてもよい。前記発光体を代表的にＹＡＧ材料とし、前記ＬＥＤが青色光を放射し、この青色光が今度は前記ＹＡＧを励起し、約６００ｎｍの範囲における黄色光を放出するようにする。青色及び黄色光の組み合わせは、結果として、前記チャネルの表面全体に沿って白色光の全面的な発光を生じる。この効果は、前記表面全体と交差して白色光を放出するパネルの印象を与えることである。
【００２５】
シリコン又はシリコン炭化物基板が望ましいこれらの実施形態において、これらの基板上にガリウム窒化物の層を直接置くことは代表的には好適ではない。これらの実施形態において、アルミニウム窒化物を前記バッファ層として使用し、前記クラッド層及び活性層はＧａＮ基板に関して上述したのと同じままである。残りの層は、代表的に、上述したのとほぼ同じ厚さであり、ｎ型ＡｌＮ層を約１００Åとしてもよい。前記基板のサイズを、長さ及び幅において１０ｃｍ程度としてもよい。ウィンドウ領域１６５及び第３クラッド層１２５の幅を、各々、６０μｍ及び４０μｍに設定する。
【００２６】
いくつかの場合において、図８Ａ及び８Ｂと関連して考察した導電性基板の代わりに絶縁性基板を使用するのが望ましいかもしれない。サファイア基板を使用することによって、高品質のＧａＮ層が、低温成長させたＧａＮバッファ層を結晶成長の初期段階において導入することによって容易に得られる。しかしながら、サファイアは絶縁体であるため、前記第２電極を、前記第２クラッド層との導電が可能な場所において形成しなければならない。この場合において、図９からわかるように、前記上側クラッド層と活性層の一部をエッチングして除去し、前記第１クラッド層を露出させる。次に、第２電極１６０を、前記第１クラッド層の露出した部分において形成する。この構造は、他の点では図８Ａ及び８Ｂにおいて示すのと同様である。
【００２７】
次に、図１０Ａ及び１０Ｂを参照し、本発明の第２実施形態をよりよく理解することができる。明瞭かつ簡単にするために、図８Ａ及び８Ｂの構造と同じ形式の要素には同じ参照符を与え、再び説明はしない。図１０Ａ−１０Ｂの実施形態は、選択的成長によるリッジ形成を与え、図８Ａ−８Ｂに示すのと、リッジ１３０の場所において第１及び第２クラッド層１１０及び１１５間のＳｉＯ２構造２００の追加においてのみ異なる。前記ＳｉＯ２層を、前記第１クラッド層の成長に続いて成長させ、その後、（代表的に約３００Å厚の）前記ＳｉＯ２層をエッチングし、前記第１クラッド層及び第２クラッド層間の接続部においてウィンドウ領域を形成する。次に、残りの層を、図８Ａ−８Ｂに完成て上述したのとほぼ同様に形成し、エッチングする。図８Ａ及び８Ｂに関して上述したのと同様に、種々の基板を使用することができる。
【００２８】
次に、図１１を参照し、絶縁性基板を、図９において説明したのと同様に、しかし、図１０Ａ−Ｂに示すウィンドウ領域と共に示す。以前の図に関するように、明瞭にするために、同じように機能する要素に同じ参照符を割り当てる。上述したように、ＳｉＯ２層を形成し、図１０Ａ−Ｂのウィンドウ領域を、前記ＳｉＯ２層を除去し、このプロセスにおけるより後に、電極１６０を形成すべき領域上の前記クラッド層を除去する追加のステップによって制御する。
【００２９】
次に、図１２Ａ及び１２Ｂを参照し、本発明の第３実施形態を、構造的にと、これを形成するのに必要なプロセスステップとの双方において示す。この第３実施形態を、図５において一般的に示し、この実施形態は図８Ａ−８Ｂ及び１０Ａ−１０Ｂに示す実施形態とは、紫外線ＬＥＤを赤色、緑色及び青色光を発光するように設計された発光体と共に使用することにおいて主に異なる。図１２Ａの実施形態は、第１導電型の導電性基板３００によって開始し、この上に同じ導電型のバッファ層３０５を成長させる。その後、同じ導電型の第１クラッド層３１０を成長させ、その後、第２クラッド層３１５を成長させる。次に、活性層３２０を前記第２クラッド層上に成長させ、その後、第３クラッド層３２５を成長させる。次に、この構造を、代表的にドライエッチングによって前記第１クラッド層まで選択的にエッチングし、リッジ３３０を形成する。このリッジ３３０の形成は、これらの間のチャネル３３５も形成し、これらのチャネルの中に、３つの発光体３４０Ａ、３４０Ｂ又は３４０Ｃのうち１つを堆積する。発光体３４０Ａ−Ｃを、好適には、これらがアレイを交差して繰り返しのパターンにおいて生じるように並べ、白色光を形成するように結合することができる光、例えば青色、赤色及び緑色光を（前記ＬＥＤからの発光によって励起された場合）放出するように設計する。図８Ａの構造でのように、リッジ３３０の上面３４５を、前記発光体堆積物の上側表面３５０より狭くする。１つ以上の上側電極３６０を上側表面３４５上に形成し、下側電極３６０を導電性基板３００の反対側において形成する。図８Ａでのように、第１クラッド層１１０及び第２クラッド層１１５の接続部は、キャリアの前記活性層への注入用のウィンドウ領域を形成する。
【００３０】
前記発光体に所望のスペクトルを発光させるために、前記活性層構造によって形成されたＬＥＤは、代表的に紫外線を放出する。典型的な配置において、これを、第１導電型のＡｌｙ１Ｇａ１−ｙ１Ｎ材料の第１クラッド層と、第１導電型のＡｌｙ２Ｇａ１−ｙ２Ｎ材料の第２クラッド層と、ＡｌｙａＧａ１−ｙａＮ材料の活性層と、前記第１及び第２クラッド層と相補的な導電型の第３クラッド層とによって達成する。前記第３クラッド層を、代表的に、Ａｌｙ３Ｇａ１−ｙ３Ｎ材料によって形成する。各々の場合において、ｙ１、ｙ２及びｙ３は、各々の層のＡｌＮモル分率を規定し、ｙａは前記活性層に関するモル分率を規定する。
【００３１】
加えて、前記発光体の形成は、図８Ａに示すものから変化する。特に、発光体３４０Ａ−Ｃを、各々青色光、赤色光及び緑色光の発光を導くＢａＭｇＡｌ１４Ｏ２３：Ｅｕ（３４０Ａ）、（Ｙ．Ｇａ）Ｂｏ３：Ｅｕ（３４０Ｂ）及びＺｎＳｉＯ４：Ｍｎ（３４０Ｃ）としてもよい。前記ウィンドウ領域及び第３クラッド層の幅を、各々、６０μｍ及び４０μｍに設定する。
【００３２】
前の実施形態でのように、上述した導電型及び厚さの種々の基板を使用することができる。加えて、絶縁基板が望ましい場合、サファイア基板を有する第３実施形態の変形例を説明する図１３を参照する。図１２Ａに示すような、発光体３４０Ａ−Ｃの、図１１のエッチングされた領域及び領域との使用は、前の考察を考慮して理解されるであろう。
【００３３】
次に、図１４Ａ−１４Ｂを参照し、本発明の第４実施形態を理解することができる。図８Ａ−８Ｂと１０Ａ−１０Ｂとの間の違いでのように、図１４Ａ−１４Ｂは図１２Ａ−１２Ｂと、図１４Ａ−１４Ｂに図１０Ａ−１０Ｂに関連して考察したのと同じ追加ステップにより追加したＳｉＯ２層３７０の追加においてのみ異なることがわかる。図１５は、絶縁性基板を有するが、そうでなければ同じ構造を与えるように構成された実施形態を示す。前の例でのように、明瞭にするために、同じ要素に同じ参照符を割り当てた。
【００３４】
次に、図１６Ａ−Ｅ及び１７Ａ−Ｄを参照し、本発明の光源の単一チップによって構成できる種々の形状を理解することができる。図１６Ａ−Ｅにおいて示す設計は、図４と第１及び第３実施形態とに関して考察した単一発光体（１３５）実装を使用し、図１７Ａ−Ｄにおいて示す設計は、図５と第２及び第４実施形態とに関して考察した多発光体（３４０Ａ、３４０Ｂ、３４０Ｃ）実装を使用する。重要なことには、図１６Ａ及び１７Ａにおいて各々示す電極１５５及び３５５をすべて一緒に結合してもよく、２つの端子のみが必要になるため、駆動回路の設計が簡単になる。
【００３５】
図１６Ｂ及び１７Ｂにおいて示す配置は、各々の電極１５５及び３５５を別々に駆動するため、最高の適応性を与える。これはドライバ設計を複雑にするが、前記電極のいくつか又はすべてを駆動することができるため、図１６Ｂの実装における輝度のかなりの変化を可能にする。さらに、図１７Ｂの多発光体設計に関して、前記電極をどのような色をも強調する又は強調しないように選択できるため、色度及び輝度の双方を変化させることができる。図１６Ｃ及び１７Ｃの配置は、中間の柔軟性を提供し、電極１５５又は３５５の半分をある導体に接続し、他の半分を第２導体に接続する。これは、光をほぼ半分だけ減光することを可能にする。
【００３６】
図１６Ｄ−１６Ｅ及び１７Ｄの設計は、本発明の固体光源によって達成することができる柔軟性も示す。加えて、図示した電極配置を図１６Ａ−Ｃ又は図１７Ａ−Ｃに従って各々変形することができる。
【００３７】
次に、図１８−２０を参照し、本発明の光源の種々の実装を理解することができる。例えば、図１８に示すように、本発明の光パネルを、コンピュータ又は道具５１５において使用できるようなフラットパネルディスプレイ５１０用のバックライト５０５として使用することができる。加えて、図１９に示すように、本発明のＬＥＤ構造５３０を使用し、英数字５３５、又は、合図又は表示のいずれかとして使用する他の表現を形成することができる。さらに、図２０に示すように、本発明の多ユニット５５０を結合し、大きいアンビエント光源５６５を形成してもよく、少なくともいくつかの実施形態は色又は輝度のいずれかに関して調節することができる。
【００３８】
本発明の好適実施形態及び種々の選択肢を完全に説明したことにより、当業者は、ここに教えを与えた、本発明から逸脱しない多数の選択肢及び等価物が存在することを認識するであろう。したがって、本発明は上記の説明によって限定されず、添付した請求項によってのみ制限されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  先行技術の青色ＬＥＤを示す。
【図２】  ＹＡＧ発光体層を上に形成した先行技術の青色ＬＥＤを示す。
【図３】  先行技術の固体光パネルを示す。
【図４】  黄色発光体を、導電性基板を使用する青色ＬＥＤのリッジ間に堆積した、一様発光ＬＥＤの第１実施形態を示す。
【図５】  赤色、緑色及び青色発光体を紫外線ＬＥＤのリッジ間に堆積した、一様発光ＬＥＤの第２実施形態を示す。
【図６】  活性層厚に関する量子効率のプロットを示す。
【図７】  電流に関する出力パワーのプロットを示す。
【図８】  Ａは図４に示す形式の構造を形成する層を断面において示し、
ＢはＡに示す形式の構造を形成するのに使用する第１製造プロセスを示す。
【図９】  図４に示す本発明の第１実施例に対する、絶縁性基板を使用する変形例を示す。
【図１０】  Ａは、図４に示す構造と同様であるが、シリコン２酸化物絶縁層を前記第１クラッド層上に形成し、前記ウィンドウ領域のサイズを調節する、本発明の第２実施形態を示し、
Ｂは、Ａに示す実施形態による構造を形成するのに使用する第２製造プロセスを示す。
【図１１】  図１０に示す本発明の第２実施例に対する、絶縁性基板を代わりに使用する変形例を示す。
【図１２】  Ａは、間に赤色、緑色及び青色発光体を順次に堆積した紫外線ＬＥＤのリッジを導電性基板上に形成した、本発明の第２実施形態を示し、
Ｂは、Ａに示す実施形態による構造を形成するのに使用する第３製造プロセスを示す。
【図１３】  前記第３実施形態の、絶縁性基板を使用する変形例を示す。
【図１４】  Ａは、ＳｉＯ２層を形成してウィンドウ領域を制御し、前記第３実施形態の交互の赤色、緑色及び青色発光体を有する、本発明の第４実施形態を示し、
Ｂは、Ａに示す実施形態による構造を形成するのに使用する第４製造プロセスを示す。
【図１５】  前記第４実施形態の、絶縁性基板を使用する変形例を示す。
【図１６】  ＡないしＥは、図４の単一発光体手法を使用する本発明による光源の単一パネルから形成できる種々の形状を示す。
【図１７】  ＡないしＤは、図５の多発光体手法を使用する本発明による光源の単一パネルから形成できる種々の形状を示す。
【図１８】  フラットパネルディスプレイ用バックライトとして使用する本発明によるＬＥＤアレイを示す。
【図１９】  英数字を形成するのに使用する本発明によるＬＥＤ構造を示す。
【図２０】  アンビエント光源を形成するＬＥＤアレイの複数のユニットを示す。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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