JP2020109819A - 多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造を提供する。【解決手段】多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造１は、基板１０と、基板１０に積層される少なくとも３つの発光素子２１，２２，２３とを備える。第１発光素子２１、第２発光素子２２及び第３発光素子２３は基板１０に順次に積層され、各発光素子は、それらの発光材料にそれぞれ対応する半導体エネルギーギャップのエネルギーを受ける場合に発光する。２つの隣接する発光素子では、光出射面Ｗ１により近い発光素子のエネルギーギャップは、光出射面Ｗ１からより離れる発光素子のエネルギーギャップよりも高い。【選択図】図１
Description
本発明は、発光ダイオードの分野に関し、特に、多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造に関するものである。
発光ダイオードとは、僅かな電流が流れることで、自己発光することができる半導体電子部品であり、他の光源と比較してより長い寿命を有する。現在の技術によると、発光ダイオードが放射する光線は、可視光、赤外光及び紫外光が可能であると共に、その光度はかなり高い程度に達することができることにより、多くの製品の光源はダイオードを採用するようになる。一般的な発光ダイオードの用途、例えば、白色光照明、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のバックライト、プロジェクタ及び屋外スクリーンの光源として、従来の光源の代わりに使用され、日常生活に広く応用されている。
発光ダイオードの主な半導体材料は、一般的には、周期表のＩＩＩ族とＶ族元素の群からなる合金化合物が使用され、異なる材料の選択により電子／正孔のエネルギー準位も異なって、エネルギー準位の差は電子／正孔の結合で生成する光子のエネルギーに影響することで、異なる波長の光を発射する、即ち、様々色の光、例えば、赤、オレンジ、黄色、緑、青又は紫外光などの光を発射させることができる。また、それにより、異なる色の発光ダイオードの混合により異なる色を生成することができる。
しかし、従来の発光ダイオードのエピタキシャル構造の多くは、単一の発光層のみ、或いは最大２つの発光層しか有しないため、光の波長は材料の特性によって制限されて、単一又は２つの波長の光しか放射できないので、スペクトル範囲も制限されている。もし様々な波長領域での放射光の生成が必要となった場合、必要な光を混合できるように、それに応じて異なる発光ダイオードの数を増やす必要がある。
本発明は、基板と、少なくとも３つの発光素子とを備える多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造を提供することを目的とする。少なくとも３つの発光素子は基板に積層される。２つの隣接する発光素子では、光出射面により近い発光素子のエネルギーギャップは、光出射面からより離れる発光素子のエネルギーギャップよりも高い。
より好ましくは、各発光素子は、多重量子井戸構造を有する発光層を備える。
より好ましくは、少なくとも１つの発光素子は、第１クラッド層と第２クラッド層とをさらに備え、第１クラッド層と第２クラッド層は相対的に発光層の両側に設置され、第１クラッド層と第２クラッド層の厚さが異なる。
或いは、少なくとも１つの発光素子は、第１クラッド層と第２クラッド層とをさらに備え、第１クラッド層と第２クラッド層は相対的に発光層の両側に設置され、第１クラッド層と第２クラッド層の厚さが同じである。
或いは、少なくとも１つの発光素子は、第１クラッド層と第２クラッド層とをさらに備え、第１クラッド層と第２クラッド層は相対的に発光層の両側に設置され、第１クラッド層と第２クラッド層の厚さが同じである。
より好ましくは、第１クラッド層及び第２クラッド層が設置される２つの隣接する発光素子では、光出射面により近い発光素子における第１クラッド層及び第２クラッド層の屈折率は、光出射面からより離れる発光素子における第１クラッド層及び第２クラッド層の屈折率よりも高い。また、１つの発光素子の第１クラッド層及び第２クラッド層では、光出射面により近い方の屈折率は、光出射面からより離れる方の屈折率よりも高い。
より好ましくは、第１クラッド層及び第２クラッド層は、電子／正孔注入層、電子／正孔輸送層、電子／正孔阻止層又はそれらの組合せにそれぞれ相当するものである。
より好ましくは、発光層、第１クラッド層及び第２クラッド層のそれぞれは、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、窒素（Ｎ）、ヒ素（Ａｓ）及びリン（Ｐ）からなる群より選択される材料を含む。
より好ましくは、本発明の多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造の放射光は、紫外光又は赤外光である。
より好ましくは、隣接する第１クラッド層及び第２クラッド層の総厚さが１μｍ以下である。
より好ましくは、基板は、転写用基板またはリサイクル基板を含む。
より好ましくは、基板と前記基板に隣接する発光素子との間にはさらに接着層が設置される。
本発明に係る多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造によれば、単一の発光ダイオードのみで様々なスペクトル範囲にある光を同時に放射することで、より広い発光スペクトル範囲を含むことができる。
本発明の技術特徴、内容及び長所については、実施例と添付図面を参照して以下のように詳細に説明される。但し、図示された図面は、単に例示または明細書内容を補助する目的としたものであって、本発明の実施後の原寸に比例したものや精確に配置したものには何ら拘束されない。よって、図示された図面は、添付図面の比例と配置関係で解釈されてはならない。
図１を参照すると、それは本発明に係る多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造の第１実施例の概略図である。図に示すように、本発明の多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造１は、基板１０と、３つの発光素子とを備え、３つの発光素子は、第１発光素子２１、第２発光素子２２及び第３発光素子２３である。第１発光素子２１、第２発光素子２２及び第３発光素子２３は基板１０に順次に積層され、各発光素子は、それらの発光材料にそれぞれ対応する半導体エネルギーギャップのエネルギーを受ける場合に発光する。
本発明の任意の２つ相隣する発光素子では、光出射面Ｗ１により近い発光素子のエネルギーギャップは、光出射面からより離れる発光素子のエネルギーギャップよりも高い、即ち、本実施例では、光出射面Ｗ１により近い第３発光素子２３のエネルギーギャップは、光出射面Ｗ１からより離れる第２発光素子２２のエネルギーギャップよりも高く、光出射面Ｗ１により近い第２発光素子２２のエネルギーギャップは、光出射面Ｗ１からより離れる第１発光素子２１のエネルギーギャップよりも高い。本実施例では、第１発光素子２１、第２発光素子２２及び第３発光素子２３のエネルギーギャップが０．６４０ ｅＶ〜１．７０７ ｅＶであり、より好ましくは、０．５１２ ｅＶ〜５．１２ ｅＶである。本発明の多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造は、各発光素子の発光エネルギーギャップが光出射面に向かって段階的に増加するように構成されることにより、光出射面からより離れる発光素子から放射する光が吸収される量を減らすことができる、即ち、光抽出効率を向上するように、短波長（高いエネルギーギャップ）の光源が第１層を通過する時に吸収されることを防止する。
本発明のエピタクシー方法は、液相エピタキシー（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ， ＬＰＥ）、気相エピタキシー（Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ， ＶＰＥ）、金属有機化学蒸着法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ， ＭＯＣＶＤ）、分子ビームエピタクシー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ， ＭＢＥ）などの従来方法を含むことができる。
使用の基板１０の材料は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ダイヤモンド（Ｃ）、ｓｉｌｉｃｏｎ（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、りん化ガリウム（ＧａＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）及び酸化亜鉛（ＺｎＯ）の中の少なくの１つ又は他の代替材料を含むことができる。
本実施例では、発光素子の材料は、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、窒素（Ｎ）、ヒ素（Ａｓ）及びリン（Ｐ）からなる群より選択されるＩＩＩ−Ｖ族の半導体材料である。例えば、使用の材用は、二元のＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＰ；三元のＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＩｎＰ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ；又は四元のＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰなどの中の１つ又は複数の組合せであってもよいが、本発明はそれらの材料に限定されない。
本実施例では、第１発光素子２１、第２発光素子２２及び第３発光素子２３は発光層のみをそれぞれ備え、発光層は多重量子井戸構造（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ， ＭＱＷ）を有することができる。多重量子井戸構造は、複数の交互に積層される井戸層及び／又は障壁層を備える。本実施例では、井戸層は、障壁層の間に設置され、交互に積層される井戸層及び障壁層の積層数が５０層未満であり、好ましくは１０〜４０層である。
図２を参照すると、それは本発明に係る多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造の第２実施例の概略図である。図に示すように、第１実施例との主な差異は、第１発光素子２１は、第１の第１クラッド層２１１と、第１発光層２１２と、第１の第２クラッド層２１３から構成される。第１発光層２１２は、第２発光素子２２の発光層及び第３発光素子２３の発光層と同じように、多重量子井戸構造を有する。第３発光素子２３の発光層のエネルギーギャップは、第２発光素子２２の発光層のエネルギーギャップよりも高く、第２発光素子２２の発光層のエネルギーギャップは第１発光層２１２のエネルギーギャップよりも高い。
本実施例では、第１発光素子２１は、第１の第１クラッド層２１１と、第１の第１クラッド層２１１に対して第１発光層２１２の他の側に設置される第１の第２クラッド層２１３とを備える。第１発光素子２１において、光出射面Ｗ１により近い第１の第２クラッド層２１３の屈折率は光出射面Ｗ１からより離れる第１の第１クラッド層２１１の屈折率よりも高い。本発明は、クラッド層の屈折率が光出射面Ｗ１に向かって段階的に増加するように構成されることにより、各発光素子から放射する光が光出射面Ｗ１からより離れる層面で反射しすぎることを抑制し、光出射面Ｗ１からより離れる光源の反射量を減らして、光抽出効率を向上させることができる。本実施例では、第１の第１クラッド層２１１及び第１の第２クラッド層２１３の屈折率としては、１〜５の範囲に設定することができる。
第１の第１クラッド層２１１及び第１の第２クラッド層２１３は、電子／正孔注入層、電子／正孔輸送層、電子／正孔阻止層又はそれらの組合せにそれぞれ相当するものである。第１の第１クラッド層２１１、第１の第２クラッド層２１３及び第１発光層２１２の材料は第１実施例に記述される発光素子の材料から選択されることができ、且つ第１の第１クラッド層２１１及び第１の第２クラッド層２１３がそれぞれｐ型／ｎ型半導体である。
本実施例では、第１発光層２１２、第２発光素子２２の発光層及び第３発光素子２３の発光層の発光波長が２００ｎｍ〜２０００ｎｍであり、より好ましくは、その範囲にある紫外光又は赤外光であり、又は、６００ｎｍ〜１８００ｎｍであり、さらに好ましくは、２００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲にある赤外光である。そして、各発光素子の発光層の波長が光出射面に向かって段階的に増加するように構成されることにより、光出射面からより離れる発光素子から放射する光が吸収される量を減らして、光抽出効率を向上させることができる。
図３をさらに参照すると、それは本発明に係る多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造の第３実施例の概略図である。図に示すように、第１実施例との主な差異は、第１発光素子２１は、第１の第１クラッド層２１１と、第１発光層２１２と、第１の第２クラッド層２１３とから構成され、第１発光素子２２は、第２の第１クラッド層２２１と、第２発光層２２２と、第２の第２クラッド層２２３とから構成される。第１発光層２１２及び第２発光層２２２は、第３発光素子２３の発光層と同じように、多重量子井戸構造を有する。第３発光素子２３の発光層のエネルギーギャップは、第２発光素子２２の発光層のエネルギーギャップよりも高く、第２発光層２２２のエネルギーギャップは第１発光層２１２のエネルギーギャップよりも高い。
本実施例では、光出射面Ｗ１により近い第２発光素子２２の第２の第１クラッド層２２１及び第２の第２クラッド層２２３の屈折率は、光出射面Ｗ１からより離れる第１発光素子２１の第１の第１クラッド層２１１及び第１の第２クラッド層２１３の屈折率よりも高い。また、１つの発光素子では、光出射面Ｗ１により近い第２の第２クラッド層２２３の屈折率は、光出射面Ｗ１からより離れる第２の第１クラッド層２２１の屈折率よりも高く、光出射面Ｗ１により近い第１の第２クラッド層２１３の屈折率は、光出射面Ｗ１からより離れる第１の第１クラッド層２１１の屈折率よりも高い。即ち、各層の屈折率の高低関係は、第２の第２クラッド層２２３＞第２の第１クラッド層２２１＞第１の第２クラッド層２１３＞第１の第１クラッド層２１１である。
各クラッド層の屈折率は、例えば、シリコンの酸化窒化物；アルミニウム、リチウム、カルシウム、マグネシウムの酸化物又はフッ化物；チタン、ハフニウム、スズ、アンチモン、ジルコニウム、タンタル、マンガン、硫化亜鉛の酸化物；ＩＩＩ族の窒化物；ＩＩＩ族の砒化物；ＩＩＩ族のリン化物；及びそれらの合金の異なる屈折率のドーピング材料又はそれらの組成物のドープ率を調整することによって調整する。
図４を参照すると、それは本発明に係る多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造の第４実施例の概略図である。上記実施例との主な差異は、本実施例の構造は、第４発光素子２４をさらに備えると共に、各発光素子は、いずれも第１クラッド層及び第２クラッド層を備える。本発明に係る多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造において、積層される各発光素子のエネルギーギャップの大きさ関係、屈折率の高低関係、クラッド層の種類及び厚さの変化は、図４によって説明される。
図４に示すように、多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造は、第１発光素子２１、第２発光素子２２、第３発光素子２３及び第４発光素子２４である４つの発光素子が設置される。第１発光素子２１には、第１の第１クラッド層２１１、第１発光層２１２及び第１の第２クラッド層２１３が設置され、第２発光素子２２には、第２の第１クラッド層２２１、第２発光層２２２及び第２の第２クラッド層２２３が設置され、第３発光素子２３には、第３の第１クラッド層２３１、第３発光層２３２及び第３の第２クラッド層２３３が設置され、第４発光素子２４には、第４の第１クラッド層２４１、第４発光層２４２及び第４の第２クラッド層２４３が設置され、且つ各素子は基板１０に順次に積層される。第１発光層２１２、第２発光層２２２、第３発光層２３２及び第４発光層２４２は多重量子井戸構造を有し、それらのエネルギーギャップの大きさ関係は、第４発光層２４２＞第３発光層２３２＞第２発光層２２２＞第１発光層２１２である、即ち、光出射面Ｗ１により近いほど、発光層のエネルギーギャップが高いことになる。一実施例では、第１発光素子２１、第２発光素子２２、第３発光素子２３及び第４発光素子２４のエネルギーギャップが０．６４０ ｅＶ〜１．７０ ｅＶであり、より好ましくは、０．５１２ ｅＶ〜５．１２ ｅＶである。
光出射面Ｗ１は、第４の第２クラッド層２４３の上に位置され、光出射面Ｗ１により近い第４発光素子２４の第４の第１クラッド層２４１及び第４の第２クラッド層２４３から光出射面Ｗ１からより離れる第１発光素子２１の第１の第１クラッド層２１１及び第１の第２クラッド層２１３までの屈折率が順に減少する。また、１つの発光素子では、光出射面Ｗ１により近いクラッド層の屈折率は、光出射面Ｗ１からより離れるクラッド層の屈折率よりも高い。即ち、それらの屈折率の高低関係は、第４の第２クラッド層２４３＞第４の第１クラッド層２４１＞第３の第２クラッド層２３３＞第３の第１クラッド層２３１＞第２の第２クラッド層２２３＞第２の第１クラッド層２２１＞第１の第２クラッド層２１３＞第１の第１クラッド層２１１である。
発光素子における第１クラッド層及び第２クラッド層は、使用の材料及び／又は比例の調整により屈折率を調整して光の放射方向に影響する他、第１クラッド層及び第２クラッド層内の屈折率材料の分布を調整することにより、１つの発光素子での発光層の光が第１クラッド層及び第２クラッド層を介して全反射の光路を生成して、本発明の多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造１の光の放射方向を調整することができる。また、各発光素子における第１クラッド層及び第２クラッド層内の屈折率材料の分布を調整して、導波構造を構成することにより、光の放射方向を調整し、或いは第１クラッド層及び第２クラッド層のいずれかの材料を調整して、それらの表面を粗化することにより、光抽出効率を向上することができる。表面粗化方法は、湿式エッチング又はドライエッチングを含む。
本実施例では、第１クラッド層及び第２クラッド層は、電子／正孔注入層、電子／正孔輸送層、電子／正孔阻止層又はそれらの組合せにそれぞれ相当するものであってもよい。本発明の多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造１では、違う発光素子に設置されて隣接する第１クラッド層及び第２クラッド層は、異なるキャリア特性を有する。例えば、第１の第２クラッド層２１３が電子注入層及び／又は電子輸送層である場合、第２の第１クラッド層２２１が正孔注入層及び／又は正孔輸送層である。これにより、隣接する第１の第２クラッド層２１３と第２の第１クラッド層２２１との間にｐ−ｎ接合を形成する。そして、隣接する第２の第２クラッド層２２３及び第３の第１クラッド層２３１では、第２の第２クラッド層２２３が電子注入層及び／又は電子輸送層である場合、第３の第１クラッド層２３１が正孔注入層及び／又は正孔輸送層である。隣接する第３の第２クラッド層２３３及び第４の第１クラッド層２４１では、第３の第２クラッド層２３３が電子注入層及び／又は電子輸送層である場合、第４の第１クラッド層２４１が正孔注入層及び／又は正孔輸送層である。また、１つの発光素子に設置される第１クラッド層及び第２クラッド層も異なるキャリア特性を有する。たとえば、１つの発光素子では、第１クラッド層が電子注入層及び／又は電子輸送層である場合、第２クラッド層が正孔注入層及び／又は正孔輸送層であることで、１つの発光素子での第１クラッド層及び第２クラッド層が発光層に注入される電子／正孔を増加させて、光効率を向上することができる。
第１クラッド層及び第２クラッド層の半導体材料では、ｐ型半導体ドーパントは、マグネシウム、ビスマス、亜鉛、炭素又はそれらの組合せなどを含み、ｎ型半導体ドーパントは、シリコン、リン、ヒ素、アンチモン又はそれらの組合せなどを含むことができる。
本実施例では、各発光素子の厚さが光出射面Ｗ１に最も近い素子から光出射面Ｗ１から最も離れる素子に向かう方向に徐々に増加する。図４の実施例では、第１発光素子２１の総厚さがＨ１であり、第２発光素子２２の総厚さがＨ２であり、第３発光素子２３の総厚さがＨ３であり、第４発光素子２４の総厚さがＨ４である。光出射面Ｗ１は第４発光素子２４の上に設置され、且つ各発光素子の厚さ関係がＨ１＞Ｈ２＞Ｈ３＞Ｈ４である。厚さの変更により、各発光素子のエネルギーギャップの大きさを調整することができる。また、発光素子の第１クラッド層と第２クラッド層の厚さは異なっていても同じでもよい。
図５を参照すると、それは本発明に係る多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造の第５実施例の概略図である。図に示すように、本実施例の多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造１は、基板１０と、接着層７０と、反射層６０と、透明導電性フィルム５０と、透明導電性フィルム５０上に順次に積層される複数の発光素子とを備える。複数の発光素子の数は、３つ以上であり、それぞれは、第１発光素子２１、第２発光素子２２、第３発光素子２３、……および第Ｎ発光素子２Ｎである。
第１発光素子２１は、第１の第１クラッド層２１１、第１発光層２１２及び第１の第２クラッド層２１３を備え、第２発光素子２２は、第２の第１クラッド層２２１、第２発光層２２２及び第２の第２クラッド層２２３を備え、第３発光素子２３は、第３の第１クラッド層２３１、第３発光層２３２及び第３の第２クラッド層２３３を備え、……、第Ｎ発光素子２Ｎは、第Ｎの第１クラッド層２Ｎ１、第Ｎ発光層２Ｎ２及び第Ｎの第２クラッド層２Ｎ３を備える。各発光素子のエネルギーギャップの大きさ関係が第Ｎ発光層２Ｎ２＞……＞第３発光層２３２＞第２発光層２２２＞第１発光層２１２であり、Ｎは３より大きい整数であり、例えば、多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造１には、５つの発光素子が設置される、即ち、第４発光素子２４及び第５発光素子２５をさらに備える。
本発明の実施例では、隣接する第１クラッド層と第２クラッド層の総厚さは１μｍ以下である。例えば、第１の第２クラッド層２１３と第２の第１クラッド層２２１の総厚さは１μｍ以下であり、第２の第２クラッド層２２３と第３の第１クラッド層２３１の総厚さは１μｍ以下である。
透明導電性フィルム５０は、所定の厚さ又は導電率を有する銀ナノワイヤー（Ｓｉｌｖｅｒ Ｎａｎｏｗｉｒｅ，ＳＮＷ又はＡｇＮＷ）、ナノ銀粒子、ナノ金粒子、金ナノワイヤー又はナノ材料を含み、任意に金属酸化物、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム（ＩｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ）、酸化カドミウム錫（ＣＴＯ）、酸化アルミニウム錫（ＡＴＯ）、酸化アルミニウム亜鉛（ＡＺＯ）、酸化亜鉛錫（ＺＴＯ）、酸化ガリウム亜鉛（ＧＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ダイヤモンド様炭素膜（ＤＬＣ）、酸化インジウムガリウム（ＩＧＯ）、ガリウムアルミニウム亜鉛酸化物（ＧＡＺＯ）、グラフェン（Ｇｒａｐｈｅｎｅ）などの化合物又はそれらの混合物を含む。透明導電性フィルム５０の厚さ及び導電率は、その生産段階で銀ナノワイヤーの増加又は減少、或いは他のナノ材料の密度の増加又は減少により調整することができる。透明導電性フィルム５０は、電流集中効果（ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｒｏｗｄｉｎｇ）を低減して、本発明のエピタキシャル構造に電流を均一に分布させることができる。
本発明の一部の実施例では、透明導電性フィルム５０の下には、反射層６０がさらに設置される。反射層６０の材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、金、インジウム、スズ、チタン、プラチナ、ビスマス又はそれらの組み合わせ、又は他の高反射材料であってもよいが、当業者は実際の需要に応じて反射層６０の材料を適切に選択することができる。また、反射層６０の厚さは、工程及び本発明の多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造１の発光素子から放射する光の波長により決定する。発光素子から反射層に放射する光は、反射層６０の設置により光出射面に向かって反射されることで、光効率を向上させることができる。
本実施例では、反射層６０の下には、基板１０を接合するための接着層７０が設置される。例えば、本発明のエピタキシャル成長の順が逆になることができる、即ち、先ず、エピタキシャル基板には、第Ｎ発光素子２Ｎ、……、第３発光素子２３、第２発光素子２２、第１発光素子２１（高から低へのエネルギーギャップ）の順で順次に成長させて、接着層７０を有する他の基板１０（転写用基板とも言う）を第１発光素子２１に接着してエピタキシャル基板を取り除いた後に、他の基板１０が最下層になり、他の基板１０の上に第１発光素子２１、それから第２発光素子２２ないし第Ｎ発光素子２Ｎが順に第１発光素子２１上に位置されるように反転して、接着層７０により反転した前記発光素子を基板１０に接着することにより、最終の多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造１では、発光素子が光出射面Ｗ１により近いほど、発光層のエネルギーギャップが高いことになる。接着層７０は、基板１０と反射層６０とを接着する他、発光素子から反射層を通過する光を反射して、その光を光出射面に向かって放射することができる。また、接着層７０を設置することにより、本発明のエピタキシャル構造の放熱効率を向上することで、本発明のエピタキシャル構造に大電流が印加される場合でも、本発明のエピタキシャル構造の動作を正常に維持することができる。
エピタキシャル成長の順が逆になる場合、エピタキシャル基板は、移転後に使用される基板と同じでも異なってもよい。本実施例では、エピタキシャル基板は、移転後に使用される基板と異なり、即ち、移転後に使用される基板は、例えば、樹脂又は酸化樹脂、エピタキシャル材料の結晶格子と一致しない材料で形成される。他の実施例では、エピタキシャル基板は、移転後に使用される基板と同じである、即ち、基板は、エピタキシャル工程で使用されるものと同じであり、素子を外した後のエピタキシャル基板（元の基板とも言う）を反転して再利用する基板（リサイクル基板とも言う）である。
本実施例では、第１の第２クラッド層２１３と第２の第１クラッド層２２１との間、第２の第２クラッド層２２３と第３の第１クラッド層２３１との間などには、光効率を向上するためのトンネル層をさらに備えることができ、その材料の選択は、発光層と同じである。また、第Ｎの第２クラッド層２Ｎ３上には、窓（Ｗｉｎｄｏｗ）が設置され、透明導電性フィルム５０と第１の第１クラッド層２１１との間及び、窓の上には、コンタクト層（Ｃｏｎｔａｃｔ ｌａｙｅｒ）がさらに設置され、そのコンタクト層の材料は、アルミニウム、ガリウム、ヒ素などから選択されることができる。
以上によって、本発明の多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造は、需要に応じて３層以上の発光層を結合することにより、単一の発光ダイオードのみで３つ以上の波長の光を同時に放射することで、より広い発光スペクトル範囲を含んで、様々な混合光を生成するという目的を達成する。
本発明は、様々な変更が可能であるため、本文に述べる実施例に限定されるものと見なすべきではない。むしろ、これらの実施例は、本開示を徹底的かつ完全なものとし、本発明の範囲が当業者に十分に伝達されるように、提供されるものである。よって、本発明は、特許請求の範囲で定義されたものである。
１：多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造
１０：基板
２１：第１発光素子
２１１：第１の第１クラッド層
２１２：第１発光層
２１３：第１の第２クラッド層
２２：第２発光素子
２２１：第２の第１クラッド層
２２２：第２発光層
２２３：第２の第２クラッド層
２３：第３発光素子
２３１：第３の第１クラッド層
２３２：第３発光層
２３３：第３の第２クラッド層
２４：第４発光素子
２４１：第４の第１クラッド層
２４２：第４発光層
２４３：第４の第２クラッド層
２Ｎ：第Ｎ発光素子
２Ｎ１：第Ｎの第１クラッド層
２Ｎ２：第Ｎ発光層
２Ｎ３：第Ｎの第２クラッド層
５０：透明導電性フィルム
６０：反射層
７０：接着層
Ｗ１：光出射面
１０：基板
２１：第１発光素子
２１１：第１の第１クラッド層
２１２：第１発光層
２１３：第１の第２クラッド層
２２：第２発光素子
２２１：第２の第１クラッド層
２２２：第２発光層
２２３：第２の第２クラッド層
２３：第３発光素子
２３１：第３の第１クラッド層
２３２：第３発光層
２３３：第３の第２クラッド層
２４：第４発光素子
２４１：第４の第１クラッド層
２４２：第４発光層
２４３：第４の第２クラッド層
２Ｎ：第Ｎ発光素子
２Ｎ１：第Ｎの第１クラッド層
２Ｎ２：第Ｎ発光層
２Ｎ３：第Ｎの第２クラッド層
５０：透明導電性フィルム
６０：反射層
７０：接着層
Ｗ１：光出射面
Claims (11)
- 基板と、
前記基板に積層される少なくとも３つの発光素子と、
を備え、
２つの隣接する発光素子では、光出射面により近い発光素子のエネルギーギャップは、光出射面からより離れる発光素子のエネルギーギャップよりも高いことを特徴とする、多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造。 - 前記各発光素子は、多重量子井戸構造を有する発光層を備えることを特徴とする、請求項１に記載の多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造。
- 前記発光素子の少なくとも１つは、第１クラッド層と第２クラッド層とをさらに備え、前記第１クラッド層と前記第２クラッド層は前記相対的に前記発光層の両側に設置され、前記第１クラッド層と前記第２クラッド層の厚さが異なることを特徴とする、請求項２に記載の多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造。
- 前記発光素子の少なくとも１つは、第１クラッド層と第２クラッド層とをさらに備え、前記第１クラッド層と前記第２クラッド層は前記相対的に前記発光層の両側に設置され、前記第１クラッド層と前記第２クラッド層の厚さが同じであることを特徴とする、請求項２に記載の多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造。
- 前記第１クラッド層及び前記第２クラッド層が設置される２つの隣接する発光素子では、前記光出射面により近い前記発光素子における前記第１クラッド層及び前記第２クラッド層の屈折率は、前記光出射面からより離れる前記発光素子における前記第１クラッド層及び前記第２クラッド層の屈折率よりも高く、１つの発光素子の前記第１クラッド層及び前記第２クラッド層では、前記光出射面により近い層の屈折率は、前記光出射面からより離れる他の層の屈折率よりも高いことを特徴とする、請求項３又は４に記載の多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造。
- 前記第１クラッド層及び前記第２クラッド層は、電子／正孔注入層、電子／正孔輸送層、電子／正孔阻止層又はそれらの組合せにそれぞれ相当するものであることを特徴とする、請求項３又は４に記載の多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造。
- 前記発光層、前記第１クラッド層及び前記第２クラッド層のそれぞれは、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、窒素（Ｎ）、ヒ素（Ａｓ）及びリン（Ｐ）からなる群より選択される材料を含むことを特徴とする、請求項３又は４に記載の多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造。
- 一つの前記発光層の前記第１クラッド層と、それと隣接するもう一つの前記発光層の前記第２クラッド層との総厚さが１μｍ以下であることを特徴とする、請求項３又は４に記載の多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造。
- 前記多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造の放射光は、紫外光又は赤外光であることを特徴とする、請求項１に記載の多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造。
- 前記基板は、転写用基板を含むことを特徴とする、請求項１に記載の多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造。
- 前記基板と前記基板に隣接する発光素子との間にはさらに接着層が設置されることを特徴とする、請求項１に記載の多波長発光ダイオードのエピタキシャル構造。
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