(57)【要約】本発明は発光ダイオードであって、電気的に接続されている少なくとも１つの活性領域（１１）を備えている第１の半導体要素（１０）であり、発光ダイオードの動作時に活性領域（１１）において第１の波長域の電磁放射（１１０）が生成される、第１の半導体要素（１０）と、第１の半導体要素（１０）の上、第１の半導体要素（１０）の上面（１０ａ）に固定されている第２の半導体要素（２０）であって、多重量子井戸構造（２１３）を有する再放出領域（２１）を有し、発光ダイオードの動作時に再放出領域（２１）において第１の波長域の電磁放射（１１０）が吸収されて第２の波長域の電磁放射（２２０）が再放出される、第２の半導体要素（２０）と、第１の半導体要素（１０）と第２の半導体要素（２０）との間に配置されている結合材料（３０）であって、第１の半導体要素（１０）および第２の半導体要素（２０）を互いに機械的に結合する、結合材料（３０）と、を具備している、発光ダイオード、に関する。【選択図】図２Ａ
2012521644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードであって、
−  電気的に接触接続されている少なくとも１つの活性領域（１１）を備えている第１の半導体ボディ（１０）であって、前記発光ダイオードの動作時に前記活性領域（１１）において第１の波長域の電磁放射（１１０）が生成される、前記第１の半導体ボディ（１０）と、
−  前記第１の半導体ボディ（１０）の上面（１０ａ）において前記第１の半導体ボディ（１０）に固定されている第２の半導体ボディ（２０）であって、多重量子井戸構造（２１３）を有する再放出領域（２１）を有し、前記発光ダイオードの動作時に前記再放出領域（２１）において前記第１の波長域の電磁放射（１１０）が吸収されて第２の波長域の電磁放射（２２０）が再放出される、前記第２の半導体ボディ（２０）と、
−  前記第１の半導体ボディ（１０）と前記第２の半導体ボディ（２０）との間に配置されている結合材料（３０）であって、前記第１の半導体ボディ（１０）および前記第２の半導体ボディ（２０）を互いに機械的に結合している、前記結合材料（３０）と、
を備えている、発光ダイオード。
【請求項２】
前記結合材料（３０）が電気絶縁性である、
請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記結合材料（３０）がシリコーンである、またはシリコーンを含んでいる、
請求項２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記第１の半導体ボディ（１０）が、前記第２の半導体ボディ（２０）に面している自身の上面（１０ａ）に多数の光取出し構造（１４）を有する、
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。
【請求項５】
前記結合材料（３０）が、前記光取出し構造（１４）を、それらの露出している外側領域において囲んでいる、
請求項４に記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記光取出し構造（１４）が、前記第１の半導体ボディ（１０）の屈折率との差異が３０％以内の屈折率を有する材料からなる、
請求項４または請求項５に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記第２の半導体ボディ（２０）が、前記第１の半導体ボディとは反対側の自身の上面（２０ａ）、もしくは、前記第１の半導体ボディに面している自身の下面（２０ｂ）、またはその両方に、多数の光取出し構造（２４）を有する、
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。
【請求項８】
前記光取出し構造（２４）が、前記第２の半導体ボディ（２０）の屈折率との差異が３０％以内の屈折率を有する材料からなる、
請求項７に記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記光取出し構造（２４）が、前記第１の半導体ボディ（１０）の材料および前記第２の半導体ボディ（２０）の材料のいずれとも異なる材料から形成されている、
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。
【請求項１０】
前記光取出し構造（１４，２４）の前記材料が、以下の物質、
ＴｉＯ２、ＺｎＳ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＢＮ、Ｔａ２Ｏ５、
のうちの１種類を含んでいる、または１種類からなる、
請求項１から請求項９のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記第２の半導体ボディ（２０）とは反対側の前記第１の半導体ボディ（１０）の下面（１０ｂ）に、ミラー層（４０）が固定されている
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項１２】
前記第１の波長域が、紫外線放射もしくは青色光またはその両方の波長域の電磁放射を備えている、
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項１３】
前記第２の波長域が、緑色光の波長域の電磁放射を備えている、
請求項１２に記載の発光ダイオード。
【請求項１４】
前記再放出領域の前記多重量子井戸構造（２１３）が、少なくとも２０層の量子井戸層（２１１）を有する、
請求項１から請求項１３のいずれかに記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発光ダイオードを開示する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＩｎＧａＮ材料系をベースとする発光ダイオードの場合、電磁放射を生成するときの内部効率は、生成される電磁放射の波長が長くなるにつれて下がることが知られている（波長４００ｎｍにおける約８０％から波長５４０ｎｍにおける約３０％）。言い換えれば、緑色光を生成するのに適している発光ダイオードの内部効率は、紫外域の放射または青色光を放出する発光ダイオードと比較して、非常に低い。
【０００３】
緑色光を放出するのに適している発光ダイオードの内部効率を高めるための１つの可能な方法は、電気的にポンピングされる量子井戸の数を増やすことである。しかしながら、上述した問題を解決するためのこの方法では、発光ダイオードの電気的動作時における電荷キャリアの分布が不均一であるため、狭い範囲に制限されることが判明している。現在の知識によると、緑色光を放出するＩｎＧａＮベースの発光ダイオードの場合、完全に通電できる量子井戸は、最大で２層である。それ以上の量子井戸を加えても、発光ダイオードの内部効率を高めるようには影響しないものと考えられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、電磁放射を特に効率的に生成することのできる発光ダイオードを開示することである。本発明のさらなる目的は、特に緑色光を特に効率的に生成することのできる発光ダイオードを開示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発光ダイオードの少なくとも一実施形態によると、本発光ダイオードは、第１の半導体ボディを備えている。この半導体ボディは、例えばエピタキシャル成長されており、ＩｎＧａＮ材料系をベースとすることができる。この半導体ボディは、電気的に接触接続されている少なくとも１つの活性領域を備えている。本発光ダイオードの動作時、第１の半導体ボディの活性領域において、第１の波長域の電磁放射が生成される。この場合、電磁放射は、活性領域の電気的動作によって生成される。第１の波長域の電磁放射は、例えば、紫外域の電磁放射もしくは青色光またはその両方である。
【０００６】
発光ダイオードの少なくとも一実施形態によると、本発光ダイオードは、第１の半導体ボディの上面において第１の半導体ボディに第２の半導体ボディ、を備えている。第２の半導体ボディも、エピタキシャル成長されていることが好ましい。第２の半導体ボディは、ＩｎＧａＮ材料系またはＩｎＧａＡｌＰ材料系をベースとすることができる。第２の半導体ボディは、多重量子井戸構造を有する再放出領域を備えている。この場合、量子井戸構造という表現は、量子化の次元に関して何らかの指定を行うものではない。量子井戸構造には、特に、量子井戸、量子細線、および量子ドットと、これらの構造の任意の組合せが含まれる。
【０００７】
本発光ダイオードの動作時、再放出領域において、第１の波長域の電磁放射が吸収されて第２の波長域の電磁放射が再放出される。この場合、第２の波長域の電磁放射は、第１の波長域よりも長い波長を有することが好ましい。第２の波長域の電磁放射は、特に、緑色光、黄色光、赤色光のうちの少なくとも１つの波長域を有する。
【０００８】
特に、ＩｎＧａＡｌＰをベースとする第２の半導体ボディに関連する利点として、第一に、吸収性の電流拡散層および電気コンタクトを省くことができる。第二に、第１の半導体ボディに面している表面のパッシベーションによって、熱に起因する電流損失を減少させることができ、したがって、効率の温度依存性を低減することができる。
【０００９】
したがって、第２の半導体ボディは、第１の波長域の電磁放射が第１の半導体ボディから第２の半導体ボディに入ることができるように配置されていることが好ましい。この目的のため、第２の半導体ボディは、第１の半導体ボディの放射出口領域の上に配置されていることが好ましい。第１の半導体ボディにおいて生成された電磁放射の大部分は、第２の半導体ボディの中に入る。この場合、電磁放射の大部分とは、第１の波長域の電磁放射の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７０％、特に好ましくは少なくとも８５％を意味するものと理解されたい。この目的のため、第２の半導体ボディは、特に大きな領域を備えて実施されており、第１の半導体ボディの上面における放射出口領域全体を覆っていることが好ましい。第１の半導体ボディおよび第２の半導体ボディは、一例として、横方向において端部が揃っている、または、第２の半導体ボディが横方向に第１の半導体ボディよりも突き出している。この場合、横方向とは、例えば、第１の半導体ボディのエピタキシャル成長方向に垂直な方向、または第１および第２の半導体ボディの層に平行に延びる方向である。
【００１０】
発光ダイオードの少なくとも一実施形態によると、第１の半導体ボディと第２の半導体ボディとの間に結合材料が配置されており、この結合材料は、第１の半導体ボディと第２の半導体ボディとを互いに機械的に結合している。
【００１１】
結合材料は、例えば、第１の半導体ボディおよび第２の半導体ボディを形成している半導体材料とすることができる。この場合、第１の半導体ボディおよび第２の半導体ボディは、互いにモノリシックに集積化されている。
【００１２】
この場合、第１の半導体ボディおよび第２の半導体ボディは、例えば、１回のエピタキシャル成長工程において形成され、したがって、一体に実施されている。さらには、第１の半導体ボディと第２の半導体ボディとをウェハ接合工程によって互いに結合することが可能である。ウェハ接合工程は、例えば、直接接合または陽極接合である。この場合、２つの半導体ボディの互いに面している表面は粗面化されておらず、結合する前にそれぞれ平滑化されている（適切な場合）。
【００１３】
代替形態として、結合材料を透明導電性材料とすることが可能である。一例として、結合材料をＴＣＯ（透明導電性酸化物）材料とすることができる。この場合、第１の半導体ボディおよび第２の半導体ボディを、この結合材料を使用して例えば陽極接合または直接接合によって互いに結合することができる。
【００１４】
さらには、代替形態として、結合材料を電気絶縁性とすることが可能である。この場合、結合材料は、例えば、シリコーン、高屈折シリコーン（屈折率が１．５より大きい）、エポキシ樹脂、酸化ケイ素、または窒化ケイ素とすることができる。この場合、第１の半導体ボディおよび第２の半導体ボディを、接着接合によって、または結合材料による接合によって、互いに結合することができる。
【００１５】
発光ダイオードの少なくとも一実施形態によると、本発光ダイオードは、電気的に接触接続されている少なくとも１つの活性領域を備えている第１の半導体ボディであって、発光ダイオードの動作時に活性領域において第１の波長域の電磁放射が生成される、第１の半導体ボディと、第１の半導体ボディの上面において第１の半導体ボディに固定されている第２の半導体ボディであって、多重量子井戸構造を有する再放出領域を有し、発光ダイオードの動作時、再放出領域において第１の波長域の電磁放射が吸収されて第２の波長域の電磁放射が再放出される、第２の半導体ボディと、を備えている。この場合、第１の半導体ボディおよび第２の半導体ボディは、第１の半導体ボディと第２の半導体ボディとの間に配置されている結合材料によって互いに結合されている。
【００１６】
上述した発光ダイオードの場合、第２の半導体ボディの再放出領域は、電気的に接触接続されていないことが好ましい。言い換えれば、再放出領域における電磁放射、すなわち第２の波長域の電磁放射は、再放出領域における多重量子井戸構造の電気的動作によってではなく、光学的動作によって生成される。言い換えれば、本発光ダイオードは以下の考察に基づいている。すなわち、特に多重量子井戸構造が電気的ではなく光学的にポンピングされるならば、多重量子井戸構造における均一な電荷分布が可能になる。動作時に、より短い波長の電磁放射を生成する第１の半導体ボディと、動作時に、より長い波長の電磁放射を生成する第２の半導体ボディとが直接配置されている（direct arrangement）結果として、第１の波長域の電磁放射のうち最大の割合の放射を利用して、再放出領域の多重量子井戸構造において電子−正孔対を均一に生成することが可能である。さらには、このような発光ダイオードは、特に良好なスペクトル特性および熱特性を特徴とする。言い換えれば、例えば第１の半導体ボディの活性領域を特に良好に冷やすことができ、なぜなら、第２の半導体ボディが第１の半導体ボディのための一種のヒートスプレッダとしての役割を果たすためである。
【００１７】
発光ダイオードの少なくとも一実施形態によると、第１の半導体ボディは、第２の半導体ボディに面している自身の上面に多数の光取出し構造を有する。この光取出し構造は、例えば、第１の半導体ボディの粗面化部とすることができる。さらには、光取出し構造は、第１の半導体ボディの上面における角錐形状の突出部または角錐台形状の突出部とすることができる。この場合、光取出し構造は、半導体ボディの材料からなることができ、例えば第１の半導体ボディの材料を構造化することができる。さらには、光取出し構造は、第１の半導体ボディの材料とは異なる材料からなる追加の構造とすることが可能である。光取出し構造は、第１の半導体ボディの光学屈折率との差異が３０％以内の屈折率を有する材料からなることが好ましい。
【００１８】
発光ダイオードの少なくとも一実施形態によると、結合材料は、光取出し構造を、それらの露出している外側領域において囲んでいる。言い換えれば、結合材料は第１の半導体ボディと第２の半導体ボディとの間に導入されており、光取出し構造を覆っている。結合材料は、光取出し構造の露出している外側領域において光取出し構造を完全に覆うことができ、したがって、光取出し構造が結合材料の中に埋め込まれる。これにより、第１の半導体ボディの上面における光取出し構造が第２の半導体ボディには接触せず、光取出し構造と第２の半導体ボディとの間に結合材料が配置された形態が可能である。
【００１９】
全体として、光取出し構造は、光取出し構造が存在しない場合よりも高い確率で、第１の波長域の電磁放射が第１の半導体ボディから放出されて第２の半導体ボディの中に入ることを可能にする。光取出し構造は、例えば、第１の波長域の電磁放射が第１の半導体ボディと第２の半導体ボディとの間の界面において全反射する確率を減少させる。
【００２０】
発光ダイオードの少なくとも一実施形態によると、第２の半導体ボディは、第１の半導体ボディとは反対側の自身の上面、もしくは、第１の半導体ボディに面している自身の下面、またはその両方に、多数の光取出し構造を有する。これらの光取出し構造は、第１の半導体ボディの光取出し構造と同じ構造、または異なる構造として実施することができる。言い換えれば、光取出し構造は、第２の半導体ボディの材料を構造化することができ、したがって、第２の半導体ボディの材料からなることができる。しかしながら、光取出し構造が、第２の半導体ボディの材料とは異なる材料からなることも可能である。
【００２１】
第２の半導体ボディは、第１の半導体ボディとは反対側の自身の上面と、第１の半導体ボディに面している自身の下面とに、多数の光取出し構造を有することが好ましい。第２の半導体ボディの下面における光取出し構造は、第２の半導体ボディと結合材料との間の界面におけるフレネル損失を減少させ、これは有利である。
【００２２】
一実施形態においては、第２の半導体ボディの光取出し構造は、第２の半導体ボディの光学屈折率との差異が３０％以内の光学屈折率を有する材料からなる。
【００２３】
第２の半導体ボディの光取出し構造は、第２の半導体ボディから光が放出される確率を高める。
【００２４】
この場合、放出される光は、第１の波長域または第２の波長域の電磁放射とすることができる。言い換えれば、本発光ダイオードは、第１の波長域および第２の波長域の混合光を放出することができる。混合光は、例えば白色光とすることができる。
【００２５】
しかしながら、本発光ダイオードは、主として第２の波長域の電磁放射を放出することも可能である。言い換えれば、第２の半導体ボディに入った第１の波長域の電磁放射のうちの多くの部分（例えば少なくとも９０％）が、第２の半導体ボディにおいて吸収される。このようにすることで、本発光ダイオードは、有色光（例えば、純粋な緑色光、黄色光、または赤色光）を放出することが可能である。
【００２６】
発光ダイオードの少なくとも一実施形態によると、第１の半導体ボディもしくは第２の半導体ボディまたはその両方の光取出し構造の材料は、酸化チタン、セレン化亜鉛、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素、酸化タンタルのうちの１種類の物質を含んでいる、または１種類の物質からなる。これらの物質は、ＩｎＧａＮベースの半導体ボディの光学屈折率との差異が３０％以内の光学屈折率を有することを特徴とする。
【００２７】
発光ダイオードの少なくとも一実施形態によると、第２の半導体ボディとは反対側の第１の半導体ボディの下面に、ミラー層が固定されている。ミラー層は、例えば、誘電体ミラー、ブラッグミラー、金属キラー、またはこれらのミラーの組合せである。ミラー層は、第１の波長域の電磁放射を第２の半導体ボディの方向に反射するために設けられている。これによって、第１の波長域の電磁放射の特に大きな割合が第２の半導体ボディの中に入るようにすることが可能である。さらには、ミラー層は、第２の半導体ボディから第１の半導体ボディの方向に放出された第２の波長域の電磁放射を、第２の半導体ボディの方向に反射して本発光ダイオードから放出させることもできる。
【００２８】
発光ダイオードの少なくとも一実施形態によると、再放出領域の多重量子井戸構造は、少なくとも２０層の量子井戸層を備えている。量子井戸層は、例えば、第２の半導体ボディの成長方向に沿って上下に積層配置されており、バリア層によって互いに隔てられている。この場合、このような多数の量子井戸層は、光学ポンピングによって電荷キャリアとともに均一に配置することができ、第２の波長域の電磁放射の生成効率が、多数の量子井戸層によって相当に高まることが判明した。特に、青色光または紫外線放射を完全に緑色光に変換する場合、量子井戸層（および量子薄膜）の数が光の生成効率において重要であり、なぜなら、光子は量子井戸層においてのみ吸収され、量子井戸層の数が多い場合には十分な吸収断面積が提供されるためである。さらには、量子井戸層の数が多い場合、個々の井戸における電荷キャリア密度が低いため、最大効率がより高い電流側に有利にシフトする。したがって、１００Ａ／ｃｍ２より高い電流密度における完全な変換を、電気的に直接ポンピングされる緑色の発光ダイオードよりも効率的とすることができる。
【００２９】
以下では、上述した発光ダイオードについて、例示的な実施形態および対応する図面に基づいてさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】電気的に動作する青色の発光ダイオードおよび緑色の発光ダイオードの効率をグラフで示している。
【図１Ｂ】電気的に動作する青色の発光ダイオードおよび緑色の発光ダイオードの効率をグラフで示している。
【図２Ａ】本文書に説明する発光ダイオードの例示的な実施形態を、概略的な断面図に基づいて詳しく示している。
【図２Ｂ】本文書に説明する発光ダイオードの例示的な実施形態を、概略的な断面図に基づいて詳しく示している。
【図２Ｃ】本文書に説明する発光ダイオードの例示的な実施形態を、概略的な断面図に基づいて詳しく示している。
【図２Ｄ】本文書に説明する発光ダイオードの例示的な実施形態を、概略的な断面図に基づいて詳しく示している。
【図３Ａ】本文書に説明する発光ダイオードの特性を、グラフによって詳しく示している。
【図３Ｂ】本文書に説明する発光ダイオードの特性を、グラフによって詳しく示している。
【図４Ａ】本文書に説明する発光ダイオードの特性を、グラフによって詳しく示している。
【図４Ｂ】本文書に説明する発光ダイオードの特性を、グラフによって詳しく示している。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図面において、同一の要素、タイプが同じである要素、または機能が同じである要素には、同じ参照数字を付してある。これらの図と、図に示してある要素間のサイズの関係は、正しい縮尺ではないものとみなされたい。むしろ、図面の便宜上、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大きさで示してある。
【００３２】
図１Ａは、ピーク波長４３５ｎｍにおいて電磁放射（すなわち青色光）を放出する発光ダイオードの、光学的損失を考慮した外部効率（ＥＱＥ）と、光学的損失を考慮しない内部効率（ＩＱＥ）とを、グラフとして示している。この場合、発光ダイオードは電気的に動作する。図１Ａから明らかであるように、内部効率は最大で８０％を超えている。
【００３３】
図１Ｂは、ピーク波長５４０ｎｍにおいて緑色光を放出する、電気的に動作する発光ダイオードの外部効率（ＥＱＥ）および内部効率（ＩＱＥ）を、グラフとして示している。図１Ｂから明らかであるように、最大内部効率は５０％未満である。
【００３４】
したがって、電気的にポンピングされる緑色の発光ダイオードは、電気的にポンピングされる青色の発光ダイオードまたは紫外線放射を放出する発光ダイオードよりも、効率の面で劣る。
【００３５】
図２Ａは、本文書に説明する発光ダイオードの第１の例示的な実施形態を、概略的な断面図に基づいて示している。図２Ａの発光ダイオードは、第１の半導体ボディ１０と第２の半導体ボディ２０とを備えている。第１の半導体ボディ１０および第２の半導体ボディ２０は、上下に積み重ねて配置されている。第１の半導体ボディ１０に続いてその上面１０ａに、第２の半導体ボディ２０が形成されている。上面１０ａには第１の半導体ボディ１０の放射出口領域も位置しており、第１の半導体ボディ１０から出る電磁放射１１０の全体または大部分が、この放射出口領域を通じて放出される。
【００３６】
第１の半導体ボディ１０は、ｐ型ドープ領域１２およびｎ型ドープ領域１３を備えている。ｐ型ドープ領域１２とｎ型ドープ領域１３との間には活性領域１１が配置されている。活性領域１１は電気的に動作する。図２Ａには電気接続を示していない（電気接続については図２Ｄを参照）。活性領域１１は、一例として、ｐｎ接合、単一量子井戸構造、または多重量子井戸構造を備えている。第１の半導体ボディ１０は、その上面１０ａに光取出し構造１４を有し、光取出し構造１４は、この場合、第１の半導体ボディ１０の材料から形成されている。光取出し構造は、一例として、ＫＯＨエッチングによって形成される粗面化部である。しかしながら、光取出し構造１４は、例えば前述した別の材料から形成することもできる。
【００３７】
第２の半導体ボディ２０は、ｎ型ドープ領域２２と、ｐ型ドープ領域２３と、これら２つの領域の間に配置されている再放出領域２１と、を備えている。再放出領域２１は、多重量子井戸構造を備えている。再放出領域２１は、電気的に接続されておらず、電気的には動作しない。
【００３８】
第２の半導体ボディ２０は、その上面２０ａに光取出し構造２４を備えており、この光取出し構造２４は、この場合、同様に半導体ボディ２０へのＫＯＨエッチングによって構造化されている。光取出し構造２４は、例えば前述した別の材料から形成することもできる。光取出し構造２４は、第２の半導体ボディ２０の下面２０ｂにも配置することができる（図示していない）。
【００３９】
第１の半導体ボディ１０と第２の半導体ボディ２０との間には結合材料３０が配置されており、この結合材料３０は、この場合、シリコーンを含んでいる、またはシリコーンからなる。結合材料３０は、第１の半導体ボディ１０の光取出し構造１４を、それらの露出している外側領域において完全に囲んでいる。この場合、結合材料３０は電気絶縁性であり、２個の半導体ボディの間の機械的な結合を形成している。
【００４０】
この場合、第１の半導体ボディ１０および第２の半導体ボディ２０は、互いに別々にエピタキシャルに形成された後、結合材料３０によって互いに結合されている。第２の半導体ボディ２０および第１の半導体ボディ１０は、それぞれの側面領域２０ｃおよび１０ｃにおいて互いに揃っており、これらの半導体ボディ１０，２０のいずれかが横方向に突き出すことはない。
【００４１】
第２の半導体ボディ２０とは反対側の第１の半導体ボディ１０の下面１０ｂにはミラー層４０が配置されており、このミラー層は、この場合、例えばアルミニウムまたは銀からなる金属ミラーとして実施されている。ミラー層４０は、第１の波長域の電磁放射１１０と、第２の波長域の電磁放射２１０の両方を反射するうえで適している。
【００４２】
図２Ｂは、再放出領域２１の多重量子井戸構造２１３を概略断面図として詳しく示している。多重量子井戸構造２１３は、バリア層２１２によって互いに隔てられている多数の量子井戸層２１１を備えている。第１の波長域の電磁放射１１０による光ポンピングによって、量子井戸構造における電荷キャリア２１４の均一な分布が得られる。
【００４３】
図２Ｃを参照し、本文書に説明する発光ダイオードのさらなる例示的な実施形態について、概略的な断面図を通じて詳しく説明する。この例示的な実施形態においては、第１の半導体ボディ１０および第２の半導体ボディ２０がモノリシックに集積化されている。言い換えれば、第１の半導体ボディ１０および第２の半導体ボディ２０は、例えば、１回のエピタキシ成長工程において上下に積み重なるようにエピタキシャル堆積されている。さらには、第１の半導体ボディ１０および第２の半導体ボディ２０をウェハ接合工程によって互いに結合することが可能である。結合材料３０は、この例示的な実施形態においては、第１の半導体ボディ１０および第２の半導体ボディ２０の半導体材料１３，２２によって形成されている。この実施形態においては、活性領域１１と再放出領域２１との間の光結合が、例えば図２Ａに関連して説明した例示的な実施形態の場合よりも良好であり、これは有利である。図２Ｃに関連して示した例示的な実施形態は、製造が複雑であり、これは不利である。
【００４４】
第１の半導体ボディ１０の活性領域１１を電気的に接触接続するための１つの可能な方法について、概略断面図２Ｄを参照しながら簡潔に説明する。この場合、溝５３が第１の半導体ボディ１０の下面１０ｂからミラー層を通って半導体ボディ１０の中に形成されている。この溝は導電性材料によって満たされており、導電性材料は、半導体ボディ１０とは反対側のミラー層４０の面に電気コンタクト領域５１，５２を形成している。図示した実施形態以外にも、第１の半導体ボディ１０の活性層１１を電気的に接触接続するための別の可能な接続方法が考えられる。
【００４５】
図３Ａのグラフは、図２Ｃの例示的な実施形態（曲線ａ）および図２Ａの例示的な実施形態（曲線ｂ）の場合の、再放出領域２１の多重量子井戸構造２１３における吸収を、活性層１１において生成される電磁放射の波長λの関数として示している。この図から理解できるように、吸収は、４００ｎｍの波長域（すなわち紫外域）における電磁放射の場合に最適である。したがって、紫外域の電磁放射が活性層１１において生成されることが好ましい。
【００４６】
図３Ｂは、多重量子井戸構造２１３における量子井戸層の数に対する効率を、グラフとして示している。この場合、曲線ａおよび曲線ｂは、それぞれ、図２Ｃおよび図２Ａの例示的な実施形態の場合の効率を示している。曲線ｃおよび曲線ｄは、それぞれ、図２Ｃおよび図２Ａの例示的な実施形態の場合に、変換されずにシステムから放出されるポンピング放射の割合を示している。さらには、吸収の結果としての光学的損失が依然として存在し、この損失は、図２Ｃによるバリエーションの場合の方が、図２Ａによるバリエーションの場合よりも高い。図から理解できるように、効率は、多重量子井戸構造２１３における量子井戸層２１１の数とともに高まる。留意すべき点として、図２Ｃに関連して詳しく説明したモノリシック構造は、図２Ａの構造よりも高い効率を有し、図２Ａの構造では、第１の半導体ボディ１０と第２の半導体ボディ２０とを結合するための結合材料３０として、約１．４の屈折率を有するシリコーンが使用されている。
【００４７】
図４Ａは、活性領域を動作させる電流密度に対する効率を、グラフとして示している。この場合の効率は、光学的損失を含まない内部効率である。図４Ａのグラフは、光学的損失が考慮されていないため、図２Ａの例示的な実施形態と図２Ｃの例示的な実施形態の両方に関連する。曲線ａは、多重量子井戸構造２１３における光学的にポンピングされる５層の量子井戸層２１１の場合の効率、曲線ｂは１０層、曲線ｃは２０層、曲線ｆは４０層の場合の効率を示している。曲線ｅは、紫外線放射を生成する、電気的にポンピングされる活性領域１１の効率を示している。図４Ａから明らかであるように、大きな電流密度では、内部効率が高い。２００ｍＡを超える電流密度の場合、光学的にポンピングされる多重量子井戸構造の場合の曲線は、いずれも、電気的にポンピングされる量子井戸構造の場合の効率（曲線ｄとしてプロットされている）よりも相当に上に位置している。
【００４８】
図４Ｂは、印加電流に対する、光学的損失が考慮された効率のグラフを示している。この場合、破線は、図２Ｃにおいて説明したモノリシックに集積化されている実施形態に関連する。実線は、図２Ａに関連して説明したように第１の半導体ボディ１０および第２の半導体ボディ２０が互いに個別に形成される実施形態に関連する。図から理解できるように、一般的な傾向として、モノリシックに集積化されている発光ダイオードでは、光学的損失が小さいため効率が改善される。しかしながら、そのような発光ダイオードは、製造方法の面でより複雑である。
【００４９】
曲線ａは、単一量子井戸構造を有する、電気的にポンピングされる活性領域（緑色光を生成する）の効率を、比較のため示している。曲線ｂは５層の量子井戸層、曲線ｃは１０層の量子井戸層、曲線ｄは２０層の量子井戸層、曲線ｅは４０層の量子井戸層の場合の状況を示しており、各場合において、第１の半導体ボディ１０と第２の半導体ボディ２０との間の結合材料３０としてシリコーンを有する。
【００５０】
曲線ｆは、第１の半導体ボディ１０および第２の半導体ボディが互いにモノリシックに集積化されている場合の５層の量子井戸層、曲線ｇは１０層の量子井戸層、曲線ｈは２０層の量子井戸層、曲線ｉは４０層の量子井戸層の場合の状況を示している。全体として、再放出領域２１における光学的にポンピングされる量子井戸層２１１の数が約２０層以上では、本発光ダイオードは、電気的にポンピングされる量子井戸層よりも高い効率を有する。
【００５１】
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、特許請求項における特徴の任意の組合せを含んでいる。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が特許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。本特許出願は、独国特許出願第１０２００９００１８４４．１号および独国特許出願第１０２００９０２０１２７．０号の優先権を主張し、これらの文書の開示内容は参照によって本出願に組み込まれている。
【図１Ａ】
2012521644.tif 000003
【図１Ｂ】
2012521644.tif 000004
【図２Ａ】
2012521644.tif 000005
【図２Ｂ】
2012521644.tif 000006
【図２Ｃ】
2012521644.tif 000007
【図２Ｄ】
2012521644.tif 000008
【図３Ａ】
2012521644.tif 000009
【図３Ｂ】
2012521644.tif 000010
【図４Ａ】
2012521644.tif 000011
【図４Ｂ】
2012521644.tif 000012
【国際調査報告】
2012521644.tif 000013
2012521644.tif 000014
2012521644.tif 000015
2012521644.tif 000016
2012521644.tif 000017
2012521644.tif 000018