JPH11503879A

JPH11503879A - 多色光放出ダイオード、その製造方法及びこのｌｅｄが組み込まれた多色表示装置

Info

Publication number: JPH11503879A
Application number: JP9523460A
Authority: JP
Inventors: ピオトルエムメンズ; ニキルタスカー
Original assignee: フィリップスエレクトロニクスネムローゼフェンノートシャップ
Priority date: 1995-12-21
Filing date: 1996-12-03
Publication date: 1999-03-30
Also published as: WO1997023912A3; EP0811251A2; WO1997023912A2

Abstract

(57)【要約】多色ＬＥＤ構造体は、異なるカラーの光を放出するIII−Ｖ族化合物半導体の個別のダブルヘテロ構造体（ＤＨ）ＬＥＤの積層した縦形構造体を具える。各ＬＥＤに個別の電圧を印加することにより、ＬＥＤから放出される光強度を制御することができる。この多色ＬＥＤ構造体は赤、青及び緑の３個のＬＥＤを含み、これら多色ＬＥＤ構造体の２次元アレイを形成することによりフルカラー表示を行うことができる。素子の色はカラービデオ信号のような時間変化多色表示信号に基づて制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】多色光放出ダイオード、その製造方法及びこのＬＥＤが組み込まれた多色表示装置本発明は、光放出ダイオード（ＬＥＤ）、特にIII−Ｖ族化合物の多色ＬＥＤ及びこのＬＥＤが組み込まれたカラー表示装置に関するものである。赤、オレンジ及び黄色のＬＥＤはすでに存在し、広く市販されており特に電子表示装置に用いられている。黄色、緑及び青の光を放出するＬＥＤについての最近のレポートでは、これらのＬＥＤが組み込まれたフルカラー表示装置の可能性が報告されている。現在、フルカラー表示装置を達成するため種々のスキムが用いられている。最も一般的な例は、カラー陰極管であり、この陰極線管は赤、青及び緑の蛍光素子（通常は、縦方向に向く細条の形態）の３個組のアレイを用い、これら蛍光素子を、カラー表示画像の赤、青及び緑の成分をそれぞれ有する３本の電子ビームで繰り返し走査している。別の一般的な例はカラー液晶素子装置（ＬＣＤ）であり、このカラー液晶表示装置においてはＬＣ画素のトリアッドのｘ，ｙマトリックスが繰り返しアドレスされている。このＬＣデバイスにおいて、カラー画像の赤、青及び緑のカラー成分は、カラーフィルタを各トリアッドの画素上に配置することにより得られている。ＬＣＤ動作中、カラー表示画像の赤、青及び緑の成分は高いレートで個別に結像され、観察者は個別のカラーフィールドをそれぞれ識別できず、これらのカラーフィールドはフルカラー表示画像として積分される。この表示装置の欠点は、画像の解像度が個々のトライアッドで構成されている画素の空間分離及びアレイ中におけるトライアッドの空間分離により制限されることである。ＣＲＴの場合、高電圧を必要とする別の欠点もある。ＬＣＤの場合、カラーフィルタが表示装置の光効率を低減する別の欠点もある。日本国特許第７０１５０４４号には、一緒に配置され単一モールドに密封されている２個又は３個の異なるカラーＬＥＤから成るマルチカラーＬＥＤが記載されている。日本国特許第７１８３５７６号には、積層されたＧａＮ化合物半導体の複数のＬＥＤから成る多色ＬＥＤ構造体が記載されており、このＬＥＤ構造体は単一チィップでカラー混合を行なう旨記載されている。本発明の目的は、表示装置の各カラー成分について個別の画素を用いる従来のカラー表示装置の少なくとも一部の欠点を解消するカラー表示装置を提供することにある。本発明の別の目的は、フルカラー画像の少なくとも１個のカラー成分光好ましくは全てのカラー成分光を単一の画素素子から放出できるカラー画像表示装置を提供することにある。本発明の別の目的は、多色画素素子をフィルタを用いることなく実現できるカラー画像表示装置を提供することにある。本発明の別の目的は、動作に高電圧を必要としないカラー画像表示装置を提供することにある。本発明の別の目的は、このような画像表示装置に用いる多色ＬＥＤを提供することにある。本発明の別の目的は、複数のＧａＮ化合物半導体のダベルヘテロ構造（ＤＨ）ＬＥＤで構成される多色ＬＥＤを提供することにある。本発明の一概念によれば、各々が異なるカラー成分の光を放出する３個の独立したダブルヘテロ構造体（ＤＨ）のＬＥＤの積層構造体の形態をなし、ＬＥＤがｎ−ｐ、ｐ−ｎ、ｎ−ｐ又はｐ−ｎ、ｎ−ｐ、ｐ−ｎの順序で構成され、これらＬＥＤが、真性、ｐ形又はｎ形の活性層を用いて可視スペクトラムの異なる波長域の光を放出するように設計したIII−Ｖ族化合物のエピタキシャル成長した複数の層で構成されると共に、ウエディングケーキ構造の形態をなす多色ＬＥＤを提供する。各カラーの相対強度は、外部バイアスにより各ＬＥＤに個別の電圧を印加することにより制御する。これらの個別の電圧を制御することにより、原色が混合されて個別の複数のＬＥＤを構成する単一の積層構造体から原色から成る全波長域のいかなるカラーをも実現することができる。本発明の好適実施例においては、３個のＬＥＤの積層構造体は、ｉ活性層を各ＬＥＤについて所望のカラー光を放出するために必要な組成及び／又は不純物を有するものとした場合に、ｎ−ｉ−ｐ、ｐ−ｉ−ｎ、ｎ−ｉ−ｐの順序で単結晶基板上にエピタキシャル成長したＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ層の縦方向に積層した多層構造体として実現される。例えば、Ｉｎの量を変化させてバンドギャップを変えることにより、及び／又はＺｎ又はＣｄのような不純物の添加レベルを変えることによりギャップ中に再結合中心が形成され、所望の波長域の光放出ピークが得られる。本発明によるデバイスは、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ又は他の適当な、好ましくは透明な単結晶基板上に成長形成することができる。マスキングを含む通常のフォトリソグラフィ処理工程、ＭＯＣＶＤのような化学気相堆積、ＭＢＥ、エッチング、イオン注入及びメタライゼーションを用いてＬＥＤ構造体を製造することができる。本発明の別の概念によれば、本発明の多層ＬＥＤ構造体のアレイを具える多色画像表示装置を提供する。この多色画像表示装置において、全ての画素を、カラーフィルタや高電圧電源を用いることなく直流電圧により並列駆動することができる。さらに、この表示装置は、種々のカラー光が空間的に分離した赤、緑及び緑の画素から放出される蛍光体又はＬＣ技術に基く現在の表示装置よりも高い解像度を有することができる。図１は、エピタキシャル成長され選択的にエッチングされたIII−Ｖ族半導体層を有し閉込層が形成されている本発明の多色ＬＥＤ構造の一実施例の断面図である。図２は、エピタキシャル成長され選択的にエッチングされたIII−Ｖ族半導体層を有し閉込層が形成されている本発明の多色ＬＥＤ構造の別の実施例の断面図である。図３（ａ）〜（ｆ）は図２のＬＥＤ構造体の順次の製造工程を示す断面図である。図４（ａ）〜（ｄ）は図１及び図２のＬＥＤ構造体の順次の製造工程の別の技術を示す線図である。図５は本発明の多色ＬＥＤ構造体の駆動回路の一実施例を示す回路図である。図６は、図５の回路による駆動電圧の印加を制御するスイッチを有する図１のＬＥＤ構造体と同様な多色ＬＥＤ構造体の一部の断面図である。図７は本発明の多色ＬＥＤ構造体の２次元アレイを具えるカラー表示装置の線図である。図１を詳細に参照するに、本発明のエピ層積層多色ＬＥＤ構造体１０の一例を断面図として示す。単結晶基板１２は、格子定数を適切に選択し、一個又はそれ以上のバッファ層としてのエピ層の格子定数に整合させる。適切な単結晶基板材料の例として、アルミナ（サファイア）、シリコンカーバイド、及びジンクオキサイドがある。この多層構造体は、ＭＯＣＶＤ又はＭＢＥのような適当なエピタキシャル成長技術により成長させることできる。ＭＯＣＶＤによるＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮのエピタキシャル層の成長は、アンモニア（ＮＨ₃）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いて７００〜１０５０℃の成長温度で行うことができる。ビィシクロペンタジェニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）をＭｇ添加に用いることができ、ジエチルジンク（ＤＥＺ）をＺｎの添加に用いることができ、Ｓｉドナー添加にモノシラン（ＳｉＨ₄）を用いることができる。一般的な製造においては、基板１２の表面上にｎ⁺ＧａＮのバッファ層１４を成長させてその後成長させるエピ層の構造品質を改良する。このバッファ層は第１のＬＥＤ構造体用の電気的コンタクト層としても作用し、このため既知の方法によりＳｉ又は他の適切な不純物を添加してｎ⁺とする。隣接するエピ層２２は赤の放射ダィオード１６の第１の層とする。層２２はＡｌ_yＧａ_1-yＮの組成を有し、例えばｙは０．２とし、ｎ形となるように不純物が添加され、下側のバッファ層の導電性レベルよりも低い導電体レベルとする。この層２２は、活性層すなわち光放出層である隣接する層２４に対して第１のクラッド層とする。このクラッド層の厚さは２００〜５０００Åとすることができる。層２４はＩｎ_xＧａ_1-xＮ：Ｚｎとし、本質的に電気的絶縁性である。この構造体の活性層の厚さは１５〜３００Åとし、それ以上の厚さとすると歪み及び欠陥が過剰になってしまう。隣接する層２６は、Ａｌ_yＧａ_1-yＮから成りｐ形の第２のクラッドであり、ｎ形クラッド層２２と同一組成を有しているが、ｐ形の導電型となるようにＭｇが添加されている。赤の光を放出するＬＥＤ１６の最終層は層２８であり、この層２８はＧａＮの組成を有しｐ⁺となるようにＭｇが添加され、赤の光を放出するＬＥＤ１６及び緑の光を放出するＬＥＤ１８の共通の電気的コンタクト層として作用する。緑の光の放出するＬＥＤ１８の第１の層である層３０はＡｌ_xＧａ_1-xＮの組成を有し、ｐ形となるように不純物が添加されている。この層は活性層３２に対する第１のクラッド層であり、活性層３２はＩｎ_xＧａ_1-xＮ：Ｚｎの組成を有し、ほぼ電気的絶縁性である。隣接する層３４はｎ形の第２のクラッド層であり、ｎ−Ａｌ_yＧａ_1-yＮの組成を有しＳｉが添加されている。緑のＬＥＤ構造体１８の最後の層はｎ⁺ＧａＮ層３６であり、この層３６は緑のＬＥＤ構造体１８及び最後の青の光を放出するＬＥＤ構造体２０用の共通の電気的コンタクト層である。この層にもＳｉを添加する。青の光を放出するＬＥＤ構造体は、ｎ形Ａｌ_xＧａ_1-xＮのクラッド層３８と、Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ：Ｚｎの活性層４０と、ｐ形Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層４２と、最後のｐ⁺形ＧａＮコンタクト層４４とで構成される。この層４４の上側に、Ｎｉ／Ａｕ合金又は他の適当な電極材料の薄い半透明の金属電極層６２を形成する。ＧａＮのコンタクト層に、既知の方法によりＭｇ又はＳｉのいずれかを添加してｐ又はｎの導電型とする。典型的な不純物濃度レベルを用い、ｐ形の場合１０¹⁹ 〜１０²⁰個／ｃｍ³のキャリャ密度を達成して約１／オームｃｍの導電率とし、ｎ形の場合１０¹³個／ｃｍ³のキャリャ密度として約１０³／オームｃｍの導電率とする。例えばｙが０．２であるＡｌ_yＧａ_1-yＮのクラッド層にはＭｇ又はＳｉのいずれかが添加されてｐ形又はｎ形の導電率を達成する。典型的な不純物濃度レベルを用い、ｐ形層の場合１０¹³〜１０¹⁷／ｃｍ³のキャリャ密度を形成して約２×１０^-1／オームｃｍの導電率とし、ｎ形層の場合５×１０¹⁷／ｃｍ³のキャリャ密度に形成して約１０²／オームｃｍの導電率とする。活性層は全てＩｎ_xＧａ_1-xＮ：Ｚｎの組成を有し、ｘは１．０までの値を有して所望の波長光を放出するのに適当なバンドギャップを達成し、例えば赤の光を放出する場合約１．０とし、緑の光を放出する場合約０．４５とし、青の光を放出する場合約０．１５〜０．２５の範囲とする。ケー・オサムラ等の“ソリッドステートコモン”、Ｖｏｌ．１，６１７（１９７２）を参照されたい。既知のように、活性層の放出波長はＺｎ添加により制御することができる。この点に関し、エッチ．アマノ等のジェー．クリスタルブロス（１９８８）第７９〜８２頁及びパンコフのＭａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．，ＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓ．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．１６２，第５２０頁が参照される。ＬＥＤ構造体１６，１８及び２０は、好ましくは円筒形状、すなわち平面図として円形にし、同心状に形成する。この結果、図１に断面として示す階段構造又は“ウエディングケーキ”構造となる。容易に理解されるように、この構造体は、順次のエピ層の第１の成長、一連のマスキング処理、通常のフォトレジスト及びエッチング材料を用いるエッチング工程及び個別のＬＥＤを規定する技術により形成することができる。一例としての方法は、以下の工程から成る。（ａ）個々のＬＥＤに対応する層を基板上に順次形成して多層構造体を形成する。（ｂ）多層構造体の上面上にエッチングマスクを形成する。（ｃ）エッチングにより最上部のＬＥＤに対応する層の露出した部分を除去して最上部のＬＥＤを規定する。（ｄ）エッチングマスクを除去する。（ｅ）各ＬＥＤについてのエッチングマスクを以前のマスクよりも徐々に大きくして順次のＬＥＤ構造体の各々について上記工程を繰り返し、順次のＬＥＤ構造体をその前に形成したＬＥＤ構造体よりも徐々に大きくする。得られた階段状の構造体により上部表面の露出した部分上に各ＬＥＤの電極を堆積することができる。従って、図１に示すように、電極４８を赤のＬＥＤ１６の上部に形成し、電極５０を緑のＬＥＤ１８の上部に形成する。電極を構成する一例の材料は、ｐ形層とのコンタクトとしてＡｕ／Ｎｉとし、ｎ形層とのコンタクトとしてＡｌ又はＴｉ／Ａｌとする。全体構造の共通の接地電極４６はバッファ層１４上に形成する。青のＬＥＤ用の最終電極は、例えばＮｉ／Ａｕ合金の薄い（１００〜３００Å ）の半透明層とする。この層により、多層多色ＬＥＤ構造体の上部から光を集光することができる。或いは、サファイャのような透明基板により構造体の底部から集光することができる。この集光は、多色ＬＥＤ構造体の透明な側とは反対側にミラーを形成することにより増強することができる。上述した構造体により、基板から上部にわたってｎ−ｉ−ｐ（赤）、ｐ−ｉ− ｎ（緑）、及びｎ−ｉ−ｐ（青）を有する集積化され縦方向に３個のダブルヘテロ構造体が形成される。これらの色の相対的な強度はこの構造体の個別のＬＥＤに印加される外部電圧により制御され、原色を混合して単一の多色ＬＥＤ構造体からいかなる任意の色をも発生することができる。各ＬＥＤ構造体すなわち画素の結合されたカラー出力が例えばビデオ信号のような印加される信号に応じて時間変化法で個別に制御されるＬＥＤ構造体の２次元アレイによりフルカラー表示を行うことができる。集積回路の製造に用いられる周知のフォトリソグラフィ技術を用いることにより、表示装置の各画素は数μ程度までスケールダウンすることができる。ＬＥＤ構造体の効率を増強するため、高抵抗電流阻止領域を形成することにより赤及び青のＬＥＤの活性領域を制限することができる。４個のこのような領域５６、５８、６０及び６２を図１に示す。これらの領域は酸素又は水素のような不純物のイオン注入により形成され、既知の方法で１０^-2Ωｃｍ程度の抵抗にすることができる。或いは、電流阻止領域は、多数キャリアに対する逆バイアスされたｐｎ接合バリャを形成する反対導電型の個別の層を形成することにより形成することができる。このような電流阻止層を有する多色ＬＥＤ構造体を図２に断面図として示し、図２の構造体に至る順次の処理工程を図３（ａ）〜（ｆ）に示す。図３（ａ）から開始し、基板７０を用い、この基板上にＮ⁺ＧａＮのバッファ層７２を成長させ、その後赤のＬＥＤ構造体の３個の層をｎ−ＡｌＧａＮのクラッド層８０、ＩｎＧａＮ：Ｚｎ活性層８２及びｐ−ＡｌＧａＮクラッド層８４の順序で形成する。次に、ｎ−ＡｌＧａＮの電流阻止層８６を形成する。次に、電流阻止層８６の一部をマスキング及び選択性エッチングにより除去し、図３（ｂ）に示す構造体を得る。次に、ｐ⁺ＧａＮのコンタクト層８８を形成し、続いてｐ−ＡｌＧａＮの第１のクラッド層９０、ＩｎＧａＮ：Ｚｎの活性層９２及びｎ−ＡｌＧａＮの第２のクラッド層を含む緑のＬＥＤの層構造体を形成する。次に、図３（ｃ）に示すようにｐ−ＡｌＧａＮの第２の電流阻止層９６を緑のＬＥＤ構造体上に形成し、この電流阻止層の一部をエッチングにより除去し、図３（ｄ）に示す構造体を得る。次に、緑のＬＥＤ構造体と青のエピ層との間にｎ⁺ＧａＮのコンタクト層９８を形成し、続いてｎ−ＡｌＧａＮの第１のクラッド層１００、ＩｎＧａＮ：Ｚｎの活性層及びｐ−ＡｌＧａＮの第２のクラッド層１０４を含む青のＬＥＤの層構造を形成する。最後に、図３（ｅ）に示すように、ｐ⁺ＧａＮのコンタクト層１０６を形成する。次に、一連のマスキング及びエッチング工程を用いてこれらの層の外側部分を除去してウエディングケーキ状の構造体を規定し、図３（ｆ）に示すように緑のＬＥＤを赤のＬＥＤより小さくし青のＬＥＤを緑のＬＥＤよりも小さくなるように規定する。多色ＬＥＤ構造体の全ての層をはじめに形成する上述した技術に対する変形例として、マスキング及びバックエッチングを行って個別のＬＥＤの各々を規定しこれによりウエディングケーキ構造体を形成することができる。この場合、はじめにＳｉＯ₂のような低い接着係数を有する材料をマスクとして堆積することによりＬＥＤが占めるべき区域をはじめに規定し、マスク中に開口を形成すべき第１のＬＥＤの区域を規定し、マスクに第１のＬＥＤ構造体を形成し、次にＨＦでの処理によるようにマスクを基板からリフトオフし、マスク上のＬＥＤ層の不所望な部分もリフトオフする。次の、この処理を緑及び青のＬＥＤについて順次繰り返す。この一連の工程を図４（ａ）〜４（ｄ）に線図的に示す。図４（ａ）において、赤のＬＥＤにより占められる所望の区域を規定する開口を有するＳｉＯ₂のマスク２００を基板表面２０１上に形成し、その後バルク２０２として図示する赤のＬＥＤを構成する複数の層をマスク２００上に形成する。マスク及びこのマスク上の層２０２の一部をリフトオフして赤のＬＥＤ２０３を残存させる。次に、図４（ｂ）に示すように、緑の区域を規定する開口を有する第２のマスク２０４を形成し、２０６で示す緑のＬＥＤ用の複数の層を第２のマスク２０４上に堆積する。次に、第２のマスクをリフトオフして青のＬＥＤ２０７を残存させる。次に、図４（ｃ）に示すように、緑のＬＥＤの区域を規定する開口を有する第３のマスク２０８を堆積し、青のＬＥＤの複数の層２１０を堆積する。次に、第３のマスク２０８をリフトオフして青のＬＥＤを残存させ、図４（ｄ）に示すウエディングケーキ構造体が完成する。最後に、メタライゼーションを行ない、図２に示すように電極１０８、１１０、１１２及び１１４を形成し、電流阻止層８６及び９６は赤及び緑のＬＥＤの活性領域をＬＥＤ構造体の中心領域に制限されるよう作用する。本発明の多色ＬＥＤを駆動する簡単な回路を図５に線図的に示す。この回路において、各ＬＥＤを流れる電流は高入力インピダンスのトランジスタにより制御される。この回路は、それぞれ入力部及び出力部を有すると共に異なる光放出ピーク波長を有する第１、第２及び第３のＬＥＤと、個々のＬＥＤの各々に対応しそれぞれソース、ドレイン及びゲートを有する第１、第２及び第３の電界効果トランジスタと、個々のＬＥＤの各々に対応した第１、第２及び第３の電圧入力Ｖ_B 、Ｖ_G及びＶ_Rと、高電圧入力Ｖ_Hと、低電圧入力Ｖ_Lと、グランドとを有し、高電圧入力Ｖ_Hは第１及び第３トランジスタＳ₁及びＳ₃のソースにそれぞれ接続し、第１及び第３の入力電圧Ｖ_B及びＶ_Rは第１及び第３トランジスタＳ₁及びＳ₃のゲートにそれぞれ接続し、第１トランジスタＳ₁のドレインを第（青）ＬＥＤに接続し、第３トランジスタＳ₃のドレインを第２（緑）及び第３（赤）ＬＥＤの入力部に接続し、低電圧は第２トランジスタＳ₂のソースに接続し、第２の電圧入力Ｖ_Gは第２トランジスタＳ₂のゲートに接続し、第２トランジスタＳ₂のドレインは第１（青）及び第２（緑）ＬＥＤの出口部に接続し、第３（赤）ＬＥＤの出力部はグランドに接続する。Ｖ_H>>０でＶ_L<<０であり、例えば− Ｖ_H＝Ｖ_Lとする。一方Ｖ_G、Ｖ_B及びＶ_Rはトランジスタの設定条件に依存する。図６に示すように、青及び赤のＬＥＤ用のｐチャネルＭＥＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌｓｅｍｉｃｏｎｄｕｅｔｏｒ電界効果トランジスタ）を用い、緑のＬＥＤ用にｎチャネルＭＥＳＦＥＴを用いる場合、０＜Ｖ_B、Ｖ_R，Ｖ_G＜０とする。この理由は、これらのトランジスタは、ゲート電圧が零のときオンとなるためである。Ｖ_H及びＶ_Lに接続したＭＥＳＦＥＴスイッチを含むこの回路に用いる多色ＬＥＤ構造体を図６に示す。この多色ＬＥＤ構造体は図１の多色ＬＥＤ構造体と同様であるが、図２のＬＥＤの大きさにおいて図１のＬＥＤの大きさとは大幅に異なることにより特徴付けられ、電極及びスイッチの両方について各ＬＥＤの上部側に十分なスペースが形成されている。尚、図１及び図６において同様な素子は同一の参照符号を有し、これらＬＥＤ間の差異は、コンタクト層２８及び３６の露出した部分並びに上側コンタクト層４４の対応する領域を除去した点、個々のＬＥＤの上側クラッド層２６，３４及び４２の露出した区域をより大きくしたことにある。これらのより大きな区域に、コンタクト層３０４，３０８及び３１２上にそれぞれ形成した付加的な電極３０２，３０６及び３１０を設ける。これらのコンタクト層３０４，３０８及び３１２は赤、緑及び青のＬＥＤの上側クラッド層２６，３４及び３２上にそれぞれ形成する。さらに、電極３１４を上側クラッド層４２上に電極３１０と隣接して形成する。Ｖ_Hに接続した電極３０２及び３１０はそれぞれｐチャネルＭＥＳＦＥＴＳ₁及びＳ₃用のソースとし、コンタクト層４４及び２８はドレインとし、Ｖ_B及びＶ_R にそれぞれ接続した電極３１４及び４８はゲートとする。コンタクト層３６はｎチャネルＭＥＳＦＥＴＳ₂用のソースとし、Ｖ_Lに接続した電極３０６はドレインとし、Ｖ_Gに接続した電極５０はゲートとする。理解されるように、この回路において、Ｖ_R、Ｖ_G及びＶ_bはビデオ信号のようなカラー表示信号の赤、緑及び青の成分を直接表示しない。すなわち、図５から明らかなように、種々のＬＥＤへの電流Ｉ_RおよびＩ_bはＶ_R、Ｖ_G及びＶ_b により直接制御されないが、これらの電圧の関数である。この関数の関係は以下のように表わすことができる。Ｉ_B＝ｆ₁（Ｖ_B） (1) Ｉ_R＋Ｉ_G＝ｆ₁（Ｖ_R） (2) Ｉ_G＋Ｉ_B＝ｆ₂（Ｖ_G） (3) Ｉ_G＝ｆ₂（Ｖ_G）−ｆ₁（Ｖ_B） (4) Ｉ_R＝ｆ₁（Ｖ_R）−ｆ₂（Ｖ_G）＋ｆ₁（Ｖ_B） (5) 図７は本発明による多色ＬＥＤ構造体７０２の２次元マレイを具えるカラーディスプレイ７００の構成を示す線図であり、各構造体７０２は赤、青及び緑の光放出ＬＥＤ７０２ａ，７０２ｂ及び７０２ｃから構成される。これらの構造体７０２は行及び列状に配置され、これら構造体間に列電極７０４及び行電極７０６を配置し、各列はＶ_R、Ｖ_G及びＶ_B電極のトレプレットで構成し、各行はＶ_H電極及びＶ_L電極のダブレットで構成する。構造体７０２と行及び列電極との間の例示した相互接続は第３の行及び第３の列として示し、赤のＬＥＤ７０２ａはＶ_HとＶ_Rに接続し、線のＬＥＤ７０２ｂはＶ_L及びＶ_Gに接続し、青のＬＥＤ７０２ｃはＶ_H及びＶ_Bに接続する。このアレイは、通常の方法で同時に行をアドレスすることができる。本発明は限られた数の実施例を用いて説明した、添付した請求の範囲内において別の実施例や変形例が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、３個のＬＥＤ構造体のＤＨＬＥＤ層の順序は、ｎ−ｐ、ｐ−ｎ、ｎ− ｐ（又はｐ−ｎ、ｎ−ｐ、ｐ−ｎ）により説明したが、この構造体は層の数及び外部コンタクトの数が最小になる利点があるためである。ｐ−ｎ、ｎ−ｐ、ｐ− ｎ（又はｎ−ｐ、ｐ−ｎ、ｎ−ｐ）の順序は、個別のＬＥＤを独立して動作できる利点がある。この場合、各ＬＥＤが２個の外部コンタクトを有するので、各ＬＥＤの動作電圧は互いに完全に独立する。

Claims

【特許請求の範囲】１．複数の個別のＬＥＤの積層された多層構造体を具え、各ＬＥＤが異なるピーク波長の光放出を有し、前記多層構造体が複数のダブルヘテロ構造（ＤＨ）のｐ −ｎ又はｎ−ｐのＬＥＤを有し、各ＬＥＤがエピタキシャル成長したIII−Ｖ族化合物の層で構成され、前記ＬＥＤがウエディングケーキ構造体を形成する同心状の円柱形の層として形成され、各ＬＥＤの上側表面が少なくとも部分的に露出し、各ＬＥＤの露出した上側表面上に電極が形成されている多色光放出デバイス（ＬＥＤ）構造体。２．３個のＤＨＬＥＤが存在し、各ＤＨＬＥＤが真性活性層を有し、前記ＤＨ層がｎ−ｉ−ｐ、ｐ−ｉ−ｎ、ｎ−ｉ−ｐ、又はｐ−ｉ−ｎ、ｎ−ｉ−ｐ、ｐ−ｉ −ｎの順序で存在し、前記層の組成をＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮとし、このデバイスが、サファイャ、ＳｉＣ及びＺｎＯから成るグループから選択される少なくとも部分的に透明な基板上に成長形成されている請求項１に記載の多色ＬＥＤ構造体。３．各ＬＥＤから放出される光の相対強度が各ＬＥＤへ印加される外部バイアス電圧により制御され、３個のＬＥＤが赤、青及び緑の原色の光をそれぞれ放出し、これら原色の相対強度の制御により原色から成る全範囲のカラーが形成される多色ＬＥＤ構造体。４．電流阻止区域が、最上部のＬＥＤの下側のＬＥＤの露出した上側表面上の電極の下側に形成されている請求項１から３までのいずれか１項に記載の多色ＬＥＤ構造体。５．前記電流阻止区域がイオン注入により形成された高抵抗領域により形成された請求項４に記載の多色ＬＥＤ構造体。６．前記電流阻止区域が、ＬＥＤの上側の電流阻止層により構成されている請求項４に記載の多色ＬＥＤ構造体。７．画素素子のアレイを具え、各画素素子が請求項１から５までのいずれか１項に記載の多色ＬＥＤ構造体で構成され、前記画素が直流電圧により並列に駆動される多色画像表示装置。８．請求項１から６までのいずれか１項に記載の多色ＬＥＤ用の駆動回路であって、それぞれ入力部及び出力部を有すると共に互いに異なるピーク波長の光放出を有する第１、第２及び第３のＬＥＤ構造体と、前記各ＬＥＤ構造体にそれぞれ対応し、ソース、ドレイン及びゲートをそれぞれ有する第１、第２及び第３の電界効果トランジスタと、前記各ＬＥＤ構造体に対応する第１、第２及び第３の電圧入力部と、高電圧入力部と、低電圧入力部と、グランドとを具え、前記高電圧入力部を第１及び第３のトランジスタのソースにそれぞれ接続し、前記第１及び第３の電圧入力部を第１及び第３のトランジスタのゲートにそれぞれ接続し、前記第１トランジスタのドレインを第１ＬＥＤ構造体の入力部に接続し、前記第３トランジスタのドレインを第２及び第３のＬＥＤ構造体の入力部に接続し、前記低電圧入力を第２トランジスタのゲートに接続し、前記第２トランジスタのドレインを第１及び第２のＬＥＤ構造体の出力部に接続し、第３ＬＥＤ構造体の出力部をグラングに接続した多色ＬＥＤ用の駆動回路。９．互いに異なるピーク波長の光放出を有する複数の個別のＬＥＤの積層した多層構造体を具える多色光放出デバイスを製造するに当たり、（ａ）基板上に個々のＬＥＤ構造体に対応する層を順次形成して多層構造体を形成する工程と、（ｂ）前記多層構造体の上側表面にエッチングマスクを形成する工程と、（ｃ）最上部のＬＥＤ構造体に対応する層の露出した部分をエッチングにより除去して最上部のＬＥＤ構造体を規定する工程と、（ｄ）前記エッチングマスクを除去する工程と、（ｅ）エッチングマスクを以前のエッチングマスクの大きさよりも徐々に大きくしながら上記工程を順次の各ＬＥＤ構造体について繰り返し、順次形成されるＬＥＤ構造体を以前に形成したＬＥＤ構造体よりも徐々に大きくし、複数のＬＥＤを同心状の円筒状の層として形成し、各ＬＥＤ構造体の上側表面が少なくとも部分的に露出し、各ＬＥＤ構造体の露出した表面に電極が形成されているウエディングケーキ構造体を形成する工程とを具える多色光放出デバイスの製造方法。１０．互いに異なるピーク波長の光放出を有する複数の個別のＬＥＤの積層した多層構造体を具える多色光放出デバイスを製造するに当たり、（ａ）底部ＬＥＤを規定する開口を有するマスクを基板上に形成する工程と、（ｂ）前記マスク上に底部ＬＥＤに対応する複数の層を形成する工程と、（ｃ）前記マスク及びその上の層部分を除去して前記底部ＬＥＤを残存させる工程と、（ｄ）前記マスク開口を以前のマスクの開口よりも徐々に小さくしながら上記工程を順次の各ＬＥＤ構造体について繰り返し、順次形成されるＬＥＤ構造体を以前に形成したＬＥＤ構造体よりも徐々に小さくし、複数のＬＥＤを同心状の円筒状の層として形成し、各ＬＥＤ構造体の上側表面が少なくとも部分的に露出し、各ＬＥＤ構造体の露出した表面に電極が形成されているウエディングケーキ構造体を形成する工程とを具える多色光放出デバイスの製造方法。１１．前記電流阻止区域が最上部のＬＥＤの下側のＬＥＤに形成されている請求項９又は１０に記載の方法。１２．前記電流阻止区域が、多層ＬＥＤ構造体を形成した後にイオン注入により形成される請求項１１に記載の方法。１３．前記電流阻止区域が多層構造体の形成中に電流阻止層を形成することに形成され、前記電流阻止層の中央部分が除去され周辺部分が残存するように電流阻止層を選択的に除去する請求項１１に記載の方法。１４．各ＬＥＤ構造体が、第１のクラッド層と、活性層と、第２のクラッド層と、遷移層とを具え、前記電流阻止層が第２のクラッド層の上側に形成されている請求項１３に記載の方法。