カドミウム非含有の再発光半導体構成体
開示される再発光半導体構成体（ＲＳＣ）は、カドミウムを含まないフルカラーＲＧＢ又は白色発光デバイスを提供し得る。いくつかの実施形態には、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を含み、第１光子エネルギーの光を、より小さい光子エネルギーの光へと変換するポテンシャル井戸と、第１光子エネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するＩＩ−Ｖ族半導体を含むウィンドウとが含まれ得る。いくつかの実施形態には、第１光子エネルギーを有する光を、より小さい光子エネルギーの光へと変換し、かつ、実質的にＣｄ非含有であるＩＩ−Ｖ族半導体を含む、ポテンシャル井戸が含まれ得る。いくつかの実施形態には、第１のＩＩＩ−Ｖ族半導体を含み、第１光子エネルギーの光を、より小さい光子エネルギーの光へと変換するポテンシャル井戸と、第２のＩＩＩ−Ｖ族半導体を含み、第１光子エネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するむウィンドウとが含まれ得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
参照は次記の係属中米国特許出願に対して行われ、これらの内容は本明細書で開示される実施形態に組み込まれ得る：米国特許出願番号第６１／１７５，６４０号「Ｒｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｗｉｔｈ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ」（代理人整理番号第６４７５９ＵＳ００２号）（２００９年５月５日出願）；米国特許出願番号第６１／１７５，６３２号「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｇｒｏｗｎ ｏｎ Ｉｎｄｉｕｍ−Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ Ｉｎｄｉｕｍ Ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ」（代理人整理番号第６５４３４ＵＳ００２号）（２００９年５月５日出願）；及び米国特許出願番号第６１／１７５，６３６号「Ｒｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｆｏｒ Ｕｓｅ Ｗｉｔｈ ＬＥＤｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」（代理人整理番号第６５４３５ＵＳ００２号）（２００９年５月５日出願）。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は概ね、ソリッドステート半導体光源に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体デバイス、及び半導体デバイスの製造方法は、幅広く様々な種類が知られている。これらのデバイスの一部は、可視光又は近可視光（例えば、紫外線若しくは近赤外線）などの光を発するように設計されている。例としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）及びレーザーダイオードなどのエレクトロルミネセンスデバイスが挙げられ、これらにおいては、駆動電流又は同様の電気信号がデバイスに印加されて光を発する。発光するよう設計された半導体デバイスの別の例が、再発光半導体構成体（ＲＳＣ）である。
【０００４】
ＬＥＤとは異なり、ＲＳＣは発光するのに外部電子回路からの駆動電流を必要としない。その代わりにＲＳＣは、ＲＳＣの活性領域における第１波長λ１の光の吸収によって電子正孔対を生成する。この電子と孔が活性領域にあるポテンシャル井戸内で再結合し、第１波長λ１とは異なる第２波長λ２の光を発し、所望により更に、ポテンシャル井戸の数と設計機能に応じて、他の波長λ３、λ４などの光を発する。第１波長λ１の開始放射又は「ポンプ光」は典型的に、ＲＳＣに連結された青、紫、又は紫外線の発光ＬＥＤによって供給される。代表的なＲＳＣデバイス、その製作の方法、及び関連するデバイスと方法は、例えば米国特許第７，４０２，８３１号（Ｍｉｌｌｅｒら）、米国特許出願公開第ＵＳ ２００７／０２８４５６５号（Ｌｅａｔｈｅｒｄａｌｅら）、及び同第ＵＳ ２００７／０２９０１９０号（Ｈａａｓｅら）、国際公開特許ＷＯ ２００９／０４８７０４号（Ｋｅｌｌｅｙら）、並びに係属中の米国特許出願第６１／０７５，９１８号「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｌｉｇｈｔ Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ」（代理人整理番号第６４３９５ＵＳ００２号）（２００８年６月２６日出願）に見出すことができ、これらは全て、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００５】
本明細書において特定の波長の光に対して言及が行われる場合、その言及は、ピーク波長がその特定の波長であるスペクトルを有する光に対してなされていると理解されるであろう。
【０００６】
光ポンピング垂直共振器型面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）は、ＲＳＣの一種と見なすことができ、光を放射するよう設計された半導体デバイスの別の例である。ＶＣＳＥＬは、ポンプ光源によって放射された第１波長の光の少なくとも一部分を、第２波長の少なくとも部分的なコヒーレント光に変換する。ＶＣＳＥＬは、第１ミラーと第２ミラーとの間に配置され、かつ第１波長の少なくとも一部分を第２波長の光に変換する半導体多層積層体を含む。この半導体多層積層体は、Ｃｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅ合金を含み得る量子井戸を含む。係属中の米国特許出願第６１／０９４，２７０号「Ｄｉｏｄｅ−Ｐｕｍｐｅｄ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ」（代理人整理番号第６４１１６ＵＳ００２号）（２００８年９月４日出願）が参照され、これは参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００７】
本出願の一部利益となるのは、白色光を放射することができる光源である。一部の場合において、既知の白色光源は、青色発光ＬＥＤなどのエレクトロルミネセンスデバイスを、第１及び第２ＲＳＣ系発光素子と組み合わせることによって構築される。この第１発光素子には、例えば、青色光の一部を緑色光に変換し、青色光の残りを透過する、緑色発光ポテンシャル井戸が挙げられる。第２発光素子には、第１発光素子から受け取った緑色及び／又は青色の光の一部を赤色光に変換し、青色光及び緑色光の残りを透過する、ポテンシャル井戸が挙げられ得る。結果として得られた赤色、緑色、及び青色光の構成成分を合わせることにより、例えば、国際公開特許ＷＯ ２００８／１０９２９６号（Ｈａａｓｅ）に記述されているデバイスが、実質的に白色の光の出力を提供することができる。
【０００８】
一部のデバイスは、ピクセル化した配列又はアレイを用いて、白色光を提供する。すなわち、それ自体では白色光を発しないような複数の個別の発光素子が、互いにごく近接して配列されることにより、全体として合成の白色ピクセルを形成する。このピクセルは典型的に、観測システムの解像度限界を下回る特性寸法又はサイズを有しているため、異なる発光素子から発せられる光は、効果的に合わせられて観測システム内に入る。そのようなデバイスの一般的な配列は、３つの個別の発光素子−赤色（Ｒ）発光素子１つ、緑色（Ｇ）発光素子１つ、青色（Ｂ）発光素子１つ−のものであり、これらが１つの「ＲＧＢ」ピクセルを形成する。着色発光素子の大きなアレイは、カラー画像を形成するために、そのようにして構成することができる。そのようなデバイスの開示については、再び、国際公開特許ＷＯ ２００８／１０９２９６号（Ｈａａｓｅ）が参照される。
【０００９】
図１は、ＲＳＣ １０８及びＬＥＤ １０２を組み合わせたデバイス１００の例を示す。このＬＥＤはＬＥＤ半導体層１０４の積層体を有し、これは時に、ＬＥＤ基材１０６上にあるエピ層と呼ばれる。層１０４は、ｐ型とｎ型の接合層、発光層（典型的には、量子井戸を含む）、緩衝層、及びスーパーストレート層を含み得る。層１０４は、任意の結合層１１６を介してＬＥＤ基材１０６に接合されていてもよい。ＬＥＤは上表面１１２及び下表面を有し、この上表面は、上表面が平坦である場合に比べてＬＥＤからの光の取り出しが増大するように、非平坦になっている。電極１１８、１２０は、図に示すように、この上側表面及び下側表面上に設けられてもよい。これらの電極を介して、好適な電源に接続されているとき、ＬＥＤは第１波長λ１の光を放射し、これは青色、紫色、又は紫外線（ＵＶ）の光に対応し得る。このＬＥＤ光の一部は、ＲＳＣ １０８内に入り、そこで吸収される。
【００１０】
ＲＳＣ １０８は、接着層１１０を介してＬＥＤの上側表面１１２に接合される。このＲＳＣは上側表面１２２及び下側表面１２４を有し、この下側表面１２４を介して入るＬＥＤからのポンプ光を有する。上側表面及び下側表面の一方又は両方のいずれでも、光取り出しのために役立つよう、非平坦であり得る。ＲＳＣには、構造内の一部のバンドギャップが選択されるように工学的に操作されていて、ＬＥＤ １０２の発光したポンプ光の少なくとも一部が吸収されるように、量子井戸構造１１４も含まれる。ポンプ光の吸収によって発生した電荷担体は、より小さなバンドギャップを有する構造の一部である量子井戸に拡散し、そこで担体は再結合してより長い波長の光を発生する。これは図１において示されるように、ＲＳＣ １０８内から発し、ＲＳＣから外に出る、第２波長λ２での再発光による出力光を提供する。
【００１１】
図２は、ＲＳＣを含む半導体層積層体２１０の例を示す。この積層体は、リン化インジウム（ＩｎＰ）ウエハ上に分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）を用いて成長させたものである。ＧａＩｎＡｓ緩衝層は、まずＭＢＥによりＩｎＰ基板に形成されて、ＩＩ−ＶＩ形成用の表面を準備した。続いて、ＲＳＣに使用するＩＩ−Ｖ族エピタキシャル層を成長させるために、超高真空移送システムを通って別のＭＢＥチャンバへウエハを移動させた。成長させたＲＳＣの詳細は図２に示され、表１にまとめられている。表は、ＲＳＣに伴う異なる層の厚さ、材料組成、バンドギャップ、及び層の説明を記載している。ＲＳＣには８つのＣｄＺｎＳｅ量子井戸２３０が含まれ、それぞれが遷移エネルギー２．１５ｅＶを有する。各量子井戸２３０は、ＬＥＤより発光される青色光を吸収できる２．４８ｅＶのバンドギャップエネルギーを有するＣｄＭｇＺｎＳｅ吸収層２３２の間に挟まれていた。ＲＳＣはまた、種々のウィンドウ、緩衝体、及びグレーディング層を含んでいた。
【００１２】
【表１】
【００１３】
この例及びその他のＲＣＳデバイスの更なる詳細は、国際公開特許ＷＯ ２００９／０４８７０４号（Ｋｅｌｌｅｙら）に見出すことができる。
【００１４】
前の実施例に示すように、ＣｄＭｇＺｎＳｅ合金は、ＲＳＣデバイスの製造において特に利点がある。明らかに、ＣｄＭｇＺｎＳｅの合金（これは、本明細書の検討目的のため、ＣｄＺｎＳｅをも含む）は、幅広い範囲のバンドギャップエネルギーにわたって、有用な半導体基材上に、格子整合した、又は擬似格子整合した多層積層体として形成することを便利に可能にするような格子定数で、製造することができる。例えば、エピタキシャル成長プロセス中にＣｄＭｇＺｎＳｅ合金の組成物を単に制御するだけで、適切な厚さとバンドギャップを有するＣｄＭｇＺｎＳｅ系半導体層の積層体がＩｎＰ基材（ＲＳＣの必要又は望ましい構成成分のほぼ全てを含む半導体層積層体）の上に製造でき、これにより、一実施形態において、結果として得られたＲＳＣは、青色のポンプ光を緑色の再発光光に変換し、及び別の実施形態においては青色のポンプ光を赤色の再発光光に変換し、更に別の実施形態においては青色のポンプ光を緑色と赤色の再発光光両方に変換する。よって、全体又は大半がＣｄＭｇＺｎＳｅ系材料からなっている１つ以上のＲＳＣを備えた青色放射エレクトロルミネセンスデバイスを組み合わせることによって、ＲＧＢピクセル化又はその他の白色光源を製造することが可能である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
近年、潜在的な環境問題及び／又は健康問題に基づき、特定の物質の使用を制限しようと、様々なグループ又は団体によって対処が検討され、及び／又は対処がとられている。そのような物質の１つがカドミウムである。よって、カドミウムは通常のＣｄＭｇＺｎＳｅ系ＲＳＣにはごく微量しか存在していない場合でも、またＣｄＭｇＺｎＳｅ合金におけるカドミウム原子は半導体材料の格子構造に強力に結合している場合でも、カドミウム含有の材料使用を実質的に避けて、効率的なＲＳＣデバイス（場合によっては、ＲＧＢアレイを含む）の製造を可能にするような、代替のアプローチを見出すことが望ましい可能性がある。よって、少なくとも、開示される実施形態の一部は、実質的にカドミウム非含有の発光デバイス又はその構成要素を目的とし、又は少なくとも適合性を有する。しかしながら読者は、開示される実施形態の多くは必ずしもカドミウム非含有である必要はなく、１つ以上の構成要素がかなりの量のカドミウムを含み得るにもかかわらず、様々な設定において有利に利用できることを、理解すべきである。
【００１６】
本出願は、とりわけ、第１ポテンシャル井戸及びウィンドウを含む半導体構成体を開示する。この第１ポテンシャル井戸は、第１のＩＩＩ−Ｖ型半導体を含み、第１光子エネルギーを有する光を、より小さな第２光子エネルギーを有する光へと変換するよう適合されている。ウィンドウは、第１のＩＩ−ＶＩ型半導体を含み、第１光子エネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する。
【００１７】
代表的な実施形態において、第１ポテンシャル井戸は擬似格子整合であり得、ウィンドウは実質的にＣｄ非含有であり得る。このウィンドウ及び／又は全体の半導体構成体は、後述するように、ＲｏＨＳ指令に適合し得る。第１光子エネルギーを有する光には、紫外線、紫色、青色、及び／又は緑色の光が挙げられ得る。第２光子エネルギーを有する光には、赤色光が挙げられ得る。この半導体構成体は擬似格子整合であり得、例えばＧａＡｓなどの第２のＩＩＩ−Ｖ族半導体を含む基材上に配置することができる。第１のＩＩＩ−Ｖ族半導体には、ＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰが含まれ得る。第１のＩＩ−ＶＩ族半導体には、ＢｅＭｇＺｎＳｅ若しくはＢｅＺｎＳｅが含まれ得、又は例えば、ＭｇＺｎＳＳｅ若しくはＢｅＺｎＳＳｅが含まれ得る。第１ポテンシャル井戸は、１層以上の吸収材層と、所望により追加のポテンシャル井戸とを含む擬似格子整合の半導体層の積層体の構成要素であり得、この積層体の層はそれぞれに、ＡｌＧａＩｎＰを含み得る。第１ポテンシャル井戸は、１層以上の吸収材層と、所望により追加のポテンシャル井戸と、を含む、擬似格子整合の半導体層の積層体の構成要素であり得、この半導体層の積層体は、実質的にＣｄ非含有であり得る。半導体構成体はまた、第１光子エネルギーを有する光を放射するよう適合された光源上に配置することができ、及び、第２ポテンシャル井戸は、第１光子エネルギーを有する光を、第１光子エネルギーより小さく第２光子エネルギーより大きい第３光子エネルギーを有する光へと変換するためのものであり、この第２ポテンシャル井戸は第２のＩＩ−ＶＩ族半導体を含む。第１光子エネルギーを有する光には、紫外線、紫色、及び／又は青色光が挙げられ得、第３光子エネルギーを有する光には、緑色光が挙げられ得る。あるいは、半導体構成体は、第１光子エネルギーよりも大きい第３光子エネルギーを有する光を放射するよう適合された光源、及び、第３光子エネルギーを有する光を第１光子エネルギーを有する光へ変換するための第２のＩＩ−ＶＩ族半導体を含む第２ポテンシャル井戸と、組み合わせることができる。そのような場合、第２のＩＩ−ＶＩ族半導体には、ＭｇＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、又はＭｇＺｎＳＳｅが挙げられ得、第３光子エネルギーを有する光には紫外線、紫色、及び／又は青色の光が挙げられ得、第１光子エネルギーを有する光には、緑色光が挙げられ得、及び、第２光子エネルギーを有する光には、赤色光が挙げられ得る。
【００１８】
本出願は更に、第１のＩＩ−ＶＩ族半導体を含む第１ポテンシャル井戸を含む半導体構成体を開示し、この第１ポテンシャル井戸は、第１光子エネルギーを有する光を、より小さい第２光子エネルギーを有する光へと変換するよう適合されている。この第１ポテンシャル井戸は、実質的にＣｄ非含有である。
【００１９】
代表的な実施形態において、第１のＩＩ−ＶＩ族材料は、ＩｎＰに対して擬似格子整合であり得、例えばＭｇＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、又はＭｇＺｎＳＳｅを含み得る。第１光子エネルギーを有する光には、紫外線、紫色、及び／又は青色光が挙げられ得、第２光子エネルギーを有する光には、緑色光が挙げられ得る。この半導体構成体はまた、第１光子エネルギーを有する光を放射するよう適合された光源と組み合わせることができる。
【００２０】
本出願はまた、第１ポテンシャル井戸及びウィンドウを含む半導体構成体を開示する。この第１ポテンシャル井戸は、第１のＩＩＩ−Ｖ型半導体を含み、第１光子エネルギーを有する光を、より小さな第２光子エネルギーを有する光へと変換するように適合されている。ウィンドウは、第２のＩＩＩ−Ｖ型半導体を含み、第１光子エネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する。
【００２１】
代表的な実施形態において、第１ポテンシャル井戸は、ウィンドウに対して格子整合していてよく、及び／又は第２のＩＩＩ−Ｖ族半導体は、間接的バンドギャップを有し得る。更に、この半導体構成体はまた、第１のＩＩ−ＶＩ族半導体を含む第２ポテンシャル井戸を含み得、第３光子エネルギーを有する光を第１光子エネルギーを有する光へと変換するよう適合されている。この第２ポテンシャル井戸は実質的にＣｄ非含有であり得る。第３光子エネルギーを有する光には、青色、紫色、及び／又は紫外線の光が挙げられ得、第１光子エネルギーを有する光には、緑色光が挙げられ得、及び、第２光子エネルギーを有する光には、赤色光が挙げられ得る。第１のＩＩＩ−Ｖ族半導体はＡｌＧａＩｎＰを含み得、第２のＩＩＩ−Ｖ族半導体はＡｌＩｎＰを含み得、並びに、第１のＩＩ−ＶＩ族半導体は、例えば、ＭｇＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、又はＭｇＺｎＳＳｅを含み得る。
【００２２】
関連する方法、システム、及び物品も述べられる。
【００２３】
本願のこれらの態様及び他の態様は、以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかし、決して、上記要約は、請求された主題に関する限定として解釈されるべきでなく、主題は、手続処理の間補正することができる添付の特許請求の範囲によってのみ規定される。
【００２４】
本出願では：
「格子整合した」とは、基板上のエピタキシャル層のような２種類の結晶性材料に関して、各材料が個別に見た場合にそれぞれ所定の格子定数を有し、これらの格子定数がほぼ等しい、一般的には、その差が０．２％以下、より一般的にはその差が０．１％以下、最も一般的にはその差が０．０１％以下であることを意味する。
「擬似格子整合した」は、エピタキシャル膜及び基板等の、所定の厚さの第１結晶性層及び第２結晶性層に関して、各々の単離した層がある格子定数を有し、これらの格子定数が十分に類似しており、その結果、所定厚さの第１層は、ミスフィット欠陥が実質的にない層の平面の中で第２層の格子間隔を採ることができることを意味する。
「ポテンシャル井戸」は、キャリアを１つの次元内だけに閉じ込めるように設計された多層半導体構造内の（１つ以上の）半導体層を意味しており、その際、（１つ以上の）半導体層は、周囲の層よりも低いバンドエネルギー、及び／又は周囲の層よりも高い価電子帯エネルギーを有する。量子井戸は、一般に、量子化効果が井戸内の電子正孔対再結合のためのエネルギーを増大させるほどに薄いポテンシャル井戸を意味する。量子井戸は、通常、約１００ｎｍ以下又は約１０ｎｍ以下の厚さを有する。
【００２５】
更に、層又は構成要素が「実質的にＣｄ非含有」である、又は類似の表現は、その層又は構成要素がもしＣｄを含んでいるとしても、その量は０．０１重量％未満であることを意味する。
【００２６】
「ＲｏＨＳ指令」とは、２００３年１月２７日の電気・電子機器に含まれる特定有害物質の使用制限に関する欧州議会及び理事会の指令２００２／９５／ＥＣを指し、一般には有害物質に関する制限指令、又は単にＲｏＨＳと呼ばれる。これは２００３年２月１３日にＯｆｆｉｃｉａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｕｎｉｏｎにて公表され、更に２００５年８月１８日の委員会決定により改訂され、２００５年８月１９日に２００５／６１８／ＥＣの名称でＯｆｆｉｃｉａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｕｎｉｏｎにて公表された。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ＬＥＤ／ＲＳＣデバイスの組み合わせの概略側面図。
【図２】ＲＳＣを含む代表的な半導体層積層体の概略側面図。
【図３】ＲＳＣを含むある半導体構成体の概略側面図。
【図４】ＲＳＣ中に見出され得る様々な層について好適なバンドギャップエネルギーの説明に役立つ、エネルギーダイアグラム。
【図５】様々なＩＩ−ＶＩ族及びＩＩＩ−Ｖ族半導体化合物及び個々の元素について、格子定数とバンドギャップエネルギーを示すグラフ。
【図６】様々なＩＩ−ＶＩ族及びＩＩＩ−Ｖ族半導体化合物及び個々の元素について、格子定数とバンドギャップエネルギーを示すグラフ。
【図７】ＡｌＧａＩｎＰ合金についての、バンドギャップエネルギー対組成のグラフ。
【図８】本明細書に開示されるように、青色ポンピング光源及びＲＳＣを使用したＲＧＢ光源の概略断面図。
【図９】別のＲＧＢ光源の概略断面図。
【図１０】ＲＳＣに基づく複合ＲＧＢ画素（ピクセル）のアレイを含むカラー画像システムの概略平面図。 図中、同様の参照数字は同様の構成要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
一般的な半導体構成体と、特に再発光半導体構成体（ＲＳＣ）とに関連する一般的原理及び設計に関する検討事項の議論から始める。前述のように、ＲＳＣデバイスは光ルミネセンス変換プロセスを介して動作する。すなわち、吸収材料のバンドギャップよりも大きいエネルギーを備えたポンプ光の光子が、電子正孔対を生成し、これが再び結合して、発光層のバンドギャップ又はその付近のエネルギーの光子を放射する。この変換構造は、原理的に均質の半導体であり得るが、均質層の効率は、表面で形成されるキャリアが、比較的高い確率で非放射性再結合を有するという事実があるため、低くなる。よって、層から層へのバンドギャップを工学的に操作し、キャリアを閉じ込める量子井戸を形成し、自由表面に拡散するのを防ぐようなウィンドウ層を形成することによって、格子整合ヘテロ構造のような、より複雑な構造を介する方が、より高い効率を得ることができる。更に高い効率は、十分に小さいサイズの量子井戸を使用して、量子閉じ込め効果が放射性再結合を促進するようにすることによって、得ることができる。
【００２９】
量子閉じ込めを利用した高効率の半導体下方変換構造を製造するには、この構造及び関連する設計検討事項の典型的な層には、１つ以上のポテンシャル井戸層、吸収材層、及びウィンドウ層が挙げられる。効率的な変換を達成するために、これらの層の全てが（ＲＳＣに含まれている限りにおいて）、好ましくは相互に格子整合して、あるいは擬似格子整合して成長させ、これにより、非放射性の再結合を促進する構造的欠陥の生成を防ぐことができる。ここで、これらのタイプの層それぞれについて設計に関する検討事項を見ていく。
【００３０】
ポテンシャル井戸層は、望ましい放射光子エネルギー（Ｅｅ）と通常は同じ、又はわずかに小さくてもよい、バンドギャップエネルギー（Ｅｐｗ）を有する。バンドギャップエネルギーＥｐｗと放射エネルギーＥｅとの差は、ポテンシャル井戸層の厚さが十分に小さい場合、井戸における量子化に伴うエネルギーレベルによるものである。開示される実施形態においては、任意の色又は波長、又はこれらの組み合わせの光放射が想到されるが、ディスプレイ型の用途、並びに一般照明用途における具体的な利益となるのは、可視光、特に赤色、緑色、及び青色の光である。よって、ＲＳＣ設計における具体的な利益となるのは、少なくとも赤色光及び／又は緑色光、並びに場合によっては青色光を放射することができるポテンシャル井戸層である。（多くの場合、青色光は、ＲＳＣに連結されるＬＥＤなどのエレクトロルミネセンスデバイスによって供給されるため、そのような場合においてはＲＳＣは必ずしも、青色光を放射するように設計されたポテンシャル井戸層を含む必要はない。）用語「赤色」、「緑色」、又は「青色」は、かなりの範囲の光子エネルギー（又は波長）に妥当に適用することができるが、議論の目的のために、赤色については約２ｅＶ（約６２０ｎｍの波長に対応）又は更には１．９ｅＶ（約６５０ｎｍの波長）の代表的光子エネルギー、並びに、緑色については約２．３ｅＶ（約５４０ｎｍの波長）の代表的光子エネルギーを選択し得る。これらの値は制限的なものとして見なされるべきではなく、ポテンシャル井戸層の具体的な材料の安定性を検討する際に、何らかのガイダンスをデバイス設計者に与えるものである。
【００３１】
吸収材層は、ポンプ光スペクトルの大部分の光子エネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギー（Ｅａ）を有しているため、ポンプ光の大半は吸収され、電子正孔対に変換される。ポンプ光の典型的なスペクトル幅（又は光子エネルギーの範囲）に対して、吸収材のバンドギャップＥａは好ましくは、ポンプ光スペクトルのピークにおける光子エネルギーＥｐｕｍｐよりも、数百ｍｅＶ小さい。効率的な吸収のためには、約２００ｍｅＶを超える差があることが望ましい。また、この吸収材層は、ポテンシャル井戸内のキャリアを閉じ込める「壁」又は「バリア」を形成できることにも注意されたい。バリア高さＥａとポテンシャル井戸エネルギーＥｐｗとの差は、好ましくは、デバイスの動作温度で利用できる熱エネルギー（Ｔ）よりも有意に大きい。典型的には、光ルミネセンス強度の温度依存性を最小限に抑えるために、Ｅａ−Ｅｅ、又はＥａ−Ｅｐｗは、１０ＫＢＴよりも大きく、ＫＢはボルツマン定数であり、Ｔはケルビン温度での動作温度である。差の値は、２００ｍｅＶを超え、好ましくは３００ｍｅＶのオーダーであることが望ましい。
【００３２】
ウィンドウ層は、ポンプエネルギー分布よりも高いバンドギャップエネルギー（Ｅｗ）を有し、これにより、吸収層及び／又はポテンシャル井戸層へのポンプ光の効率的な浸透が可能になる。典型的なＧａＩｎＮポンプＬＥＤにおいて、ウィンドウバンドギャップは好ましくは、ＬＥＤスペクトルの中央（すなわち、ポンプ光のピーク波長）で光子エネルギーＥｐｕｍｐを約２００ｍｅＶ以上上回る。この検討事項は、吸収層で効率的に吸収されるポンプ光を有したいという希望と組み合わせて、吸収材のバンドギャップとウィンドウのバンドギャップとの間に約４００ｍｅＶ以上の差があり得ることを意味し、これにより、ウィンドウ−吸収材界面で生成されるキャリアが、外側ウィンドウ表面へと拡散して非放射的に結合することを防止するような、バリアを自動的に提供することに注意されたい。
【００３３】
図３及び４は、設計に関する検討事項の前述の議論を支持するものとして設けられている。
【００３４】
図３では、例えばＲＳＣ ３１０などの半導体構成体が、概略断面図に示されている。ＲＳＣ ３１０は、半導体ウィンドウ層３１２、半導体吸収材層３１４、半導体ポテンシャル井戸層３１６、及びもう１つの半導体層３１８を含むように示されており、ＲＳＣはポンプ光３２０で照らされ、出力光３２２を放射している。層３１８は、ウィンドウ層３１２に類似又は同じもう１つのウィンドウ層であってもよく、また、「シアンブロッカー」と呼ばれる光フィルタリング層であってもよい。シアンブロッカー層は、吸収材層のバンドギャップエネルギーＥａと同じ桁で、望ましくは若干（典型的には、数ｍｅＶ〜数十ｍｅＶ）少ないバンドギャップエネルギーＥｃｂを備えて提供することができ、これによりシアンブロッカーは、ＲＳＣの他の層を透過したポンプ光源によって供給された短波長光の実質的に全てを、効果的に吸収することができる。しかしながら、シアンブロッカーバンドギャップエネルギーＥｃｂも、好ましくは、放射エネルギーＥｅよりも実質的に高く、これによりポテンシャル井戸から発する再発光光は、透過率が高い。これに関する参照は、係属中の米国特許出願第６１／０７５，９１８号「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｌｉｇｈｔ Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ」（代理人整理番号第６４３９５ＵＳ００２号）（２００８年６月２６日出願）に対して行われる。層３１８がシアンブロッカーの場合、出力光３２２には、実質的にポンプ光３２０が一切含まれない可能性がある。一方、層３１８がウィンドウ層の場合、出力光３２２には、ＲＳＣ ３１０の吸収層及びポテンシャル井戸の設計に依存して、ある程度の（かなりの量の場合も含む）ポンプ光３２０が含まれ得る。
【００３５】
図４において、エネルギー（例えば、バンドギャップエネルギー又は光子エネルギー）が、ＲＳＣ内に見出され得る様々なタイプの層又は領域を表わすよう区分された横軸に対してプロットされている。ウィンドウ層（Ｅｗ）、吸収材層（Ｅａ）、ポテンシャル井戸（Ｅｐｗ）、及びシアンブロッカーのバンドギャップエネルギーが示されており、ポンプ光分布のピークエネルギー（Ｅｐｕｍｐ）及びポテンシャル井戸によって再発光された光のピークエネルギー（Ｅｅ）も示されている。前述の議論に従い、様々なパラメーターの間に下記のおよその関係を維持することが望ましい：
【数１】
【００３６】
これらの関係は、例えば、ＣｄＭｇＺｎＳｅ合金などのカドミウム含有半導体材料を組み込んだＲＳＣデバイスにおいて容易に維持することができる。ＣｄＭｇＺｎＳｅ合金系においては、赤色発光及び／又は緑色発光のいずれであっても、全ての望ましいバンドギャップ値を有する密に格子整合した材料を、合金の組成を適切に変更することによって達成することができる。この理由からＣｄＭｇＺｎＳｅは、フルカラー発光（例えば、ＲＧＢ）用途に使用するために設計されたＲＳＣに使用するのに、非常に有利な合金系である。
【００３７】
様々なＩＩ−ＶＩ型及びＩＩＩ−Ｖ族半導体化合物及び元素半導体結晶の特性をプロットした、図５のバンドギャップ対格子定数のダイアグラムは、この利点を示している。太線で区切られた領域５１０は、ＣｄＭｇＺｎＳｅ合金で達成可能なバンドギャップ対格子定数値の範囲に対応している。またこの図に含まれるのは、赤色発光（約６２０ｎｍ）に対応するバンドギャップエネルギーを表わす線５１２、緑色発光（５４０ｎｍ）に対応するバンドギャップエネルギーを表わす線５１４、緑色発光よりも３００大きいバンドギャップエネルギーを表わし、よって多くの実施形態において吸収材層として適切な線５１６、並びに、線５１６より５００ｍｅＶ上回るバンドギャップエネルギーを表わし、よって多くの実施形態においてウィンドウ層として適切な線５１８である。
【００３８】
図５において、矩形領域５２０は、赤色と緑色の両方、並びに吸収層及びウィンドウ層にも適切な格子整合層を成長させることができる領域を示している。このＣｄＭｇＺｎＳｅ材料系においてさえも、赤色発光ポテンシャル井戸層として使用するのに好適な合金は、ＩｎＰに対して完全には格子整合せず、よってそのような合金は、全体の構造がＩｎＰ成長基材に対して擬似格子整合である場合、小さな圧縮歪みを備えて成長させる必要がある場合がある。また図５で明らかなように、半導体合金にＣｄ又はＨｇを含めない場合、６２０ｎｍの赤色光を放射するのに十分小さい直接バンドギャップエネルギーを有するＩＩ−ＶＩ材料は存在しない。
【００３９】
しかしながら注目に値することとして、カドミウムがなくともテルルの添加により、少なくとも緑色発光下方変換構造体に適切であるような格子整合した合金を製造することが可能であることを発明者らは見出した。これは、図６のバンドギャップ対格子定数ダイアグラムに示されていて、図では、太線によって区切られた領域６１０は、ＭｇＺｎＳｅＴｅ合金系において利用できる可能なバンドギャップエネルギーと格子定数の領域を示している。ＺｎＳｅＴｅの合金を含め、そのような合金は、均質層（単数又は複数）において、カドミウムをほとんど又は全く含まず、例えば、Ｃｄが０．０１重量％未満、又は０．００１重量％未満での層形成において、既知のエピタキシャル成長プロセスを用いて、製造することができる。そのような合金は、均質層（単数又は複数）において、水銀をほとんど又は全く含まず、例えばＨｇが０．１重量％未満、又は０．０１重量％未満での層形成において、製造することもできる。そのような合金は、ＲｏＨＳ指令に準拠して製造することも可能である。
【００４０】
図６のＭｇＺｎＳｅＴｅ系（領域６１０）は、ＲＳＣデバイスにおける実質的にＣｄを含まない単色緑色発光のための有望なオプションであり、ＭｇＺｎＳｅＴｅ層は、ＩｎＰ基材上での成長に対して融和性である。緑色発光ポテンシャル井戸、吸収材層、及びウィンドウ層にとっても、ＺｎＳｅＴｅ合金を含む適切なＭｇＺｎＳｅＴｅ系合金は、ＩｎＰ基材に対して格子整合が可能である。図６で、領域６１０の境界を形成する太い破線で示されているように、ＭｇＳｅＴｅ合金サブ系に対応する領域６１０の上部分において、バンドギャップエネルギー対組成物の間の正確な関係について、現時点では、当該技術分野におけるコンセンサスが欠如しているにもかかわらず、これは事実である。
【００４１】
青色ポンプ光（例えば、ピーク波長４５０ｎｍ）で使用するための代表的な緑色発光の下方変換層構造体が、表２に示されている。この構造体は、そのウィンドウ層、吸収材層、及びポテンシャル井戸に、ＺｎＳｅＴｅを含むＭｇＺｎＳｅＴｅ系合金を用いている。記載されている組成物は、バンドギャップ対格子定数値における不確定性のため、近似値である。
【００４２】
【表２】
【００４３】
もちろん、表２のものに類似の実施形態で、追加のポテンシャル井戸と追加の吸収材層、所望によりシアンブロッカー層も含むものも、ＭｇＺｎＳｅＴｅ系合金を用いて製造することができる。表に示されている量子井戸のバンドギャップエネルギー（Ｅｐｗ）は２．２ｅＶの値であり、これは、量子効果により、約２．２〜２．３ｅＶ（すなわち、緑色光）のピークエネルギーを有する再発光光を生成すると予想される。
【００４４】
後のプロセス工程において、ＲＳＣを形成する半導体層は、望ましい場合はエレクトロルミネセンスポンプ光源（例えば、青色発光ＬＥＤ）に接着することができ、そのような方法においてウィンドウ層（表２の成長順序５）はＬＥＤとポテンシャル井戸（表２の成長順序３）との間にあり、この後にＩｎＰ成長基材を例えばエッチングなどで除去して、緑色光がポテンシャル井戸によって生成できるようになることが、読者には理解されよう。この半導体層積層体の構成は、ポンプ光源側を向くよう設計されているＲＳＣの表面が、最後に成長させたＲＳＣデバイス層の表面になっており、この構成を「標準の向き」と呼ぶ。本明細書で開示される半導体積層体は、「逆の向き」を用いて製造することもでき、ポンプ光源側を向くよう設計されているＲＳＣの表面が、最初に成長させたＲＳＣデバイス層の表面になっている。逆の向きが使用された場合、ガラス又はその他の好適な材料で製造されたキャリアウィンドウは、積層体の成長基材の反対側に取り付けることができ、この成長基材を次に除去してから、ＲＳＣをポンプ光源に取り付けることができる。これに関する参照は、米国特許出願第６１／１７５，６３６号「Ｒｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｆｏｒ Ｕｓｅ Ｗｉｔｈ ＬＥＤｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」（代理人整理番号第６５４３５ＵＳ００２号）（２００９年５月５日出願）に対して行われ、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【００４５】
カドミウム非含有の緑色発光ＲＳＣのための材料としてＭｇＺｎＳｅＴｅ合金（ＺｎＳｅＴｅ合金を含む）を選択した場合、デバイス設計者が直面する問題は（ここでは緑色と赤色の両方の発光を単一のデバイスに合わせることが望ましい場合において）、この緑色コンバーターに適合する赤色発光ポテンシャル井戸として使用するのに好適な、効率的なカドミウム非含有材料を見出すことである。これは、赤色への下方変換のためのＩＩＩ−Ｖ層のハイブリッド統合を介して容易に達成することができる。
【００４６】
赤色発光ポテンシャル井戸については、ＡｌＧａＩｎＰ合金系（ＧａＡｓ基材に対して格子整合している）が優れた候補である。この合金系は、ＧａＩｎＰ材料を含むと見なし得る。一部のＡｌＧａＩｎＰ合金は、高効率の赤色ＬＥＤを製造するのに商業的に使用されている。このような材料は、良好な光学的下方コンバーターを製造するのにも使用することができる。
【００４７】
ＧａＡｓに対して格子整合しているＡｌＧａＩｎＰ合金、すなわち、形態（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐの組成物に関するバンドギャップエネルギー対組成物のグラフを、図７に示す。この図のデータは、Ｅ．Ｆ．Ｓｃｈｕｂｅｒｔ著「Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ」、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，ＵＫ）から得られたものである。これらの組成物で、１．９ｅＶ（６５３ｎｍ）と２．２ｅＶ（５５５ｎｍ）との間の直接バンドギャップエネルギーを達成することができる。赤色波長６２０ｎｍ（２．０ｅＶ）で発光するポテンシャル井戸を製造するには、ｘ≒０．１０の組成物を使用することができる。バンドギャップがポテンシャル井戸エネルギーを０．２ｅＶ上回る吸収材層を製造するには、ｘ≒０．４６の組成物を使用することができる。
【００４８】
バンドギャップエネルギーがポンプ光を効率的に透過させるのに十分なほど大きいウィンドウ層を製造するには、ＡｌＧａＩｎＰ合金以外で、そのような合金と融和性のある半導体材料を探すことができる。典型的なＲＳＣ系は、例えば、ピーク波長が約４５０ｎｍ（２．８ｅＶ）の青色ポンプ光を使用し得る。ウィンドウ層における青色ポンプ吸収を避けるために、ウィンドウのバンドギャップエネルギーは、望ましくは、約３．０ｅＶを上回る。図７は、そのようなＡｌＧａＩｎＰ組成物が存在しないことを示す。
【００４９】
しかしながら、赤色発光体の青色ポンピングのためのウィンドウとして使用できる、バンドギャップエネルギーが３．０ｅＶより大きく、ＧａＡｓに対して格子整合しているＩＩ−ＶＩ合金を製造することが可能である。この用途の有望な候補はＢｅＭｇＺｎＳｅであり、これは、ＧａＡｓ上に格子整合して成長させることができ、バンドギャップは最高３．１ｅＶである（Ｂｅ０．１４Ｍｇ０．２６Ｚｎ０．６Ｓｅの組成物で）。ウィンドウ層としてこの材料を採用し、青色ポンプ光（４５０ｎｍ又は２．７６ｅＶ）で使用される赤色発光ＲＳＣ下方コンバーターのための代表的な層構造体を、表３に示す。
【００５０】
【表３】
【００５１】
ここでも、表３のものに類似の実施形態で、追加のポテンシャル井戸と追加の吸収材層、所望によりシアンブロッカー層も含むものも、ＡｌＧａＩｎＰ系及びＢｅＭｇＺｎＳｅ系合金を用いて製造することができる。表に示されている量子井戸のバンドギャップエネルギー（Ｅｐｗ）は１．９７ｅＶの値であり、これは、量子効果により、約２ｅＶ（すなわち、赤色光）のピークエネルギーを有する再発光光を生成すると見込まれる。
【００５２】
赤色発光ポテンシャル井戸の直接青色ポンピングへの別のアプローチは、緑色発光ポテンシャル井戸の青色ポンピングを使用してから、このポテンシャル井戸からの緑色発光を使って赤色発光ポテンシャル井戸をポンピングすることである。そのような配置は、「ダブル下方変換」と呼ばれる。この配置で、ウィンドウ層が赤色発光ポテンシャル井戸と共に使用される場合は、直接青色ポテンシャル井戸が使用される場合よりも低いバンドギャップエネルギーを有し得る。例えば、第１ポテンシャル井戸からの緑色発光が５４０ｎｍ（２．３ｅＶ）のピークを有する場合、緑色発光の実質的部分が吸収されるのを避けるために、赤色発光ポテンシャル井戸と共に使用するウィンドウのバンドギャップエネルギーは好ましくは約２．５ｅＶを超える。（これは、上記の直接青色光ポンピングのための約３ｅＶを超えるウィンドウ層の望ましいバンドギャップに匹敵する。）図６から、少量のＢｅ又はＳを添加したＺｎＳｅは、約２．７ｅＶの直接バンドギャップエネルギーを有し、ＧａＡｓに対して格子整合しているＩＩ−ＶＩ材料を提供できることが明らかである。そのような材料は、よって、ウィンドウ層に好適である。緑色（５４０ｎｍ）ポンピングで使用するための赤色発光ポテンシャル井戸を採用した代表的なＲＳＣ層構造を、表４に示す。Ｂｅに関して記載されている組成物はおよその値である。
【００５３】
【表４】
【００５４】
量子井戸のバンドギャップエネルギー（Ｅｐｗ）はここでも１．９７ｅＶであり、赤色光の発光に対応している。表４のものに類似の実施形態で、追加のポテンシャル井戸、吸収材層、及び／又はシアンブロッカー層も含むものも、ＡｌＧａＩｎＰ系及びＢｅＺｎＳｅ系合金を用いて製造することができる。
【００５５】
また、間接バンドギャップを有する半導体材料を、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ赤色下方コンバーターの格子整合したウィンドウ材料に使用することも可能である。例えば、Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ（間接バンドギャップエネルギーが約２．２８ｅＶ）又は
【数２】
は、赤色発光ポテンシャル井戸の緑色ポンピングのためのウィンドウとして好適であり得る。
【００５６】
上述の見地から、Ｃｄを実質的に含まない赤色発光ポテンシャル井戸（例えばＩＩＩ−Ｖ族半導体で、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰなどの合金）は、Ｃｄ非含有の格子整合ウィンドウ層（例えば、ＩＩ−ＶＩ族半導体で、例えば、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、ＢｅＺｎＳｅ、ＭｇＺｎＳＳｅ、又はＢｅＺｎＳＳｅなどの合金）、及びＣｄ非含有の格子整合吸収材層と組み合わせることによって、望ましい場合は実質的にＣｄを含まない半導体積層体又はＲＳＣを提供できることが、理解されるであろう。更に、Ｃｄ非含有の緑色発光ポテンシャル井戸（例えば、ＩＩ−ＶＩ族半導体、例えば、ＭｇＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、又はＭｇＺｎＳＳｅなどの合金）は、Ｃｄ非含有の格子整合ウィンドウ層（例えば、別のＩＩ−ＶＩ族半導体、例えば、ＭｇＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、又はＭｇＺｎＳＳｅなどの合金）、及びＣｄ非含有の格子整合吸収材層と組み合わせることによって、望ましい場合は実質的にＣｄを含まない半導体積層体又はＲＳＣを提供できる場合によっては、半導体構成体のＩＩ−ＶＩ族半導体層は、カドミウム含有基材又は緩衝層（例えば、ＣｄＺｎＳｅ緩衝層）の上で成長させることができるが、そのような緩衝層及び基材は後でエッチング又はその他の好適な方法で除去することができ、これにより完成した半導体構成体又はデバイスは実質的にＣｄを含まない。
【００５７】
赤色光の生成に、直接ポンピングアプローチ又はダブル下方アプローチのいずれかを使い、緑色光の生成に、例えば、表２のＭｇＺｎＳｅＴｅ又はＺｎＳｅＴｅ合金などのＣｄ非含有ＩＩ−ＶＩ族半導体を使うことにより、フルカラーディスプレイのＲＧＢピクセル、及び非ピクセル化の白色エミッターを製造することができる。
【００５８】
図８は、本明細書で開示されるように、青色発光エレクトロルミネセンスデバイス８１２（例えば、ＧａＩｎＮ ＬＥＤ）を、青色ポンピングの緑色発光ＲＳＣ ８１４、及び、青色ポンピングの赤色発光ＲＳＣ ８１６と組み合わせて含んでいる、ピクセル化ＲＧＢ光源８１０の概略断面図である。これら構成要素のいずれか又は全てが、実質的にＣｄ非含有であり得、ＲｏＨＳ指令に準拠し得る。エレクトロルミネセンスデバイス８１２には、３つの個別に特定可能な青色発光源８１２ａ、８１２ｂ、８１２ｃが含まれる。光源８１２ａからの青色発光は、ＲＳＣによる下方変換なしに、光源８１０を出ることができる。光源８１２ｂからの青色ポンピング発光は、ＲＳＣ ８１４によって遮られ、これが青色ポンピング光を緑色発光に下方変換し、残存する青色光はほとんど又は全く残さない。ＲＳＣ ８１４は、例えば、合金ＭｇＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、又はＭｇＺｎＳＳｅなどのＩＩ−ＶＩ族半導体からなるポテンシャル井戸を含み得る。光源８１２ｃからの青色ポンピング発光は、ＲＳＣ ８１６によって遮られ、これが青色ポンピング光を赤色発光に下方変換し、残存する青色光はほとんど又は全く残さない。ＲＳＣ ８１６は、例えば、合金ＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族半導体からなるポテンシャル井戸を含み得る。
【００５９】
図８において、緑色発光ＲＳＣ及び赤色発光ＲＳＣを含むエピ層は、異なる基材上で別に成長させることができ、例えば、緑色エミッターはＩｎＰ基材上で成長させ、赤色エミッターはＧａＡｓ基材上で成長させることができる。そのような場合において、ＲＳＣは、別のプロセス工程において、エレクトロルミネセンスデバイス８１２に接着し、パターン化してピクセル化することができる。構造体に対する赤色発光ＲＳＣの接着は、パターン化した緑色発光ＲＳＣ又はピクセル８１４を備えたエレクトロルミネセンスデバイス８１２上に平坦化層８１８を設けることにより促進することができる。図８の構成において、平坦化層８１８は望ましくは、エレクトロルミネセンスデバイス８１２の青色発光とＲＳＣ ８１４の緑色発光の両方に対して高い透明度を有する。
【００６０】
図８では複合ＲＧＢピクセルが１つだけ示されているが、読者には、この光源８１０にはそのようなピクセルの大型アレイが含まれ得ることが理解されよう。
【００６１】
図９は、別のピクセル化ＲＧＢ光源９１０の概略断面図である。この光源もまた、青色発光エレクトロルミネセンスデバイス８１２を含み、個別に特定可能な青色発光源８１２ａ、８１２ｂ、８１２ｃを備える。光源９１０は、図８に関連して記述したものと同じ、青色ポンピングの緑色発光ＲＳＣ ８１４を含み得る。しかしながら、光源９１０はまた、青色ポンピングの緑色発光ＲＳＣ ９１２と、緑色ポンピングの赤色発光ＲＳＣ ９１４を含み得る。本明細書に記述されるように、これら構成要素のいずれか又は全てが、実質的にＣｄ非含有であり得、ＲｏＨＳ指令に準拠し得る。
【００６２】
図８の実施形態と同様に、光源８１２ａからの青色発光は、ＲＳＣによる下方変換なしに、光源９１０を出ることができる。また図８の実施形態と同様に、光源８１２ｂからの青色ポンピング発光は、ＲＳＣ ８１４によって遮られ、これが青色ポンピング光を緑色発光に下方変換し、残存する青色光はほとんど又は全く残さない。ＲＳＣ ８１４は上述のように、ＩＩ−ＶＩ族半導体からなるポテンシャル井戸を含み得る。光源８１２ｃからの青色ポンピング発光は、ＲＳＣ ９１２によって遮られ、これが青色ポンピング光の一部又は全てを緑色発光に下方変換し、所望により、一部の残存青色ポンピング光も残す。緑色光及び所望による青色光は次に、ＲＳＣ ９１４によって遮断され、これが緑色光及び所望による青色光を、赤色発光に下方変換する。ＲＳＣ ９１４は、例えば、合金ＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族半導体からなるポテンシャル井戸を含み得る。
【００６３】
図８と同様に、図９の実施形態における緑色発光ＲＳＣ及び赤色発光ＲＳＣを含むエピ層は、異なる基材上で別に成長させることができる。別のタイプのＲＳＣは、同様に、別のプロセス工程において、エレクトロルミネセンスデバイス８１２に接着し、パターン化してピクセル化することができる。構造体に対する赤色発光ＲＳＣの接着は、パターン化した緑色発光ＲＳＣ又はピクセル８１４、９１２を備えたエレクトロルミネセンスデバイス８１２上に平坦化層９１８を提供することにより促進することができる。前と同様、平坦化層９１８は望ましくは、エレクトロルミネセンスデバイス８１２の青色発光とＲＳＣ ８１４、９１２の緑色発光の両方に対して高い透明度を有する。
【００６４】
図８及び９のデバイスは、次の工程を含むプロセスを使用して製造することができる：緑色発光ＲＳＣ半導体積層体を青色ポンピングＬＥＤに接着する；成長基材（例えば、ＩｎＰ）をＲＳＣ半導体積層体から除去する；緑色発光ＲＳＣ上に取り出し機能を作製する；緑色発光ＲＳＣをピクセルにパターン化する；透明材料でオーバーコートし、デバイスを平坦化する；赤色発光ＲＳＣを、平坦化したデバイス（ピクセル化した緑色コンバーターを備えた青色ＬＥＤ）に接着する；成長基材（例えば、ＧａＡｓ）を赤色発光ＲＳＣから除去する；赤色発光ＲＳＣ上に取り出し機能を作製する；赤色発光ＲＳＣをピクセルにパターン化する；ポンピングＬＥＤに対する電気的接続のためのバイアスを作製する。
【００６５】
図１０は、複合ＲＧＢ画素又はピクセルのアレイに基づく、画像生成システムの領域１０１０、又はその一部の概略平面図である。複合又はフルカラーＲＧＢピクセル１０１１のそれぞれは、３つの構成カラー要素のグループからなっており、時にこれは「サブピクセル」と呼ばれる。これは、１つの（「Ｒ」）赤色発光、１つの（「Ｇ」）緑色発光、１つの（「Ｂ」）発光である。６つのフルカラーピクセル１０１１が図１０に示されているが、６つより少ない数、又は６よりも多い数（例えば、数十、数百、又は数千個）を望むように使用することができる。フルカラーピクセル１０１１は、図８及び９のように実現することができ、赤色及び緑色発光はＲＳＣ要素によって設けられ、青色光は青色ＬＥＤアレイから直接提供される。この青色ＬＥＤアレイは赤色及び緑色エミッターにポンピングも行っている。別の方法としては、青色光もＲＳＣによって設けられてもよく、ポンピングＬＥＤ要素は、青よりも短い波長（例えば、紫）の光を発するよう選択することができる。画像情報について、画像生成システム１０１０における赤、緑及び青のエミッターのそれぞれが、好ましいように個別に特定可能である。これは、「アクティブ」又は「パッシブ」マトリックススキームのいずれかによって達成可能である。アクティブマトリックスアプローチにおいては、ポンピングＬＥＤ要素のそれぞれが、専用のスイッチング回路に関連づけられており、論理信号がこのスイッチに印加されると、駆動電流がポンプＬＥＤ要素に印加される。パッシブマトリックスアプローチにおいては、ポンピングＬＥＤ要素のアノードとカソードが、行及び列の電極に接続されている。特定のピクセルのアノード及びカソードに接している電極に対して十分な電圧が印加されると、そのピクセルから光が放射される。
【００６６】
ＲＳＣに基づくピクセルアレイの作製のためのアプローチの詳細は、国際公開特許ＷＯ ２００８／１０９２９６ Ａ１号（Ｈａａｓｅ）及び同ＷＯ ２００９／０４８７０４ Ａ２号（Ｋｅｌｌｅｙら）、並びに次の、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願に記載されている：第６１／０５９，０７３号（代理人整理番号第６４０９５ＵＳ００２号）、（２００８年６月５日出願）、同第６１／０８８，９５３号（代理人整理番号第６４３５５ＵＳ００２号）（２００８年８月１４日出願）、同第６１／０９５，２０５号（代理人整理番号第６４４０４ＵＳ００２号）（２００８年９月８日出願）、及び同第６１／１４０，６９７号（代理人整理番号第６４４１１ＵＳ００２）、これらは全て、参照により本明細書に組み込まれる。
【００６７】
様々なＲＳＣデバイスに使用され得る光取り出し機能には、粒子のオーバーコーティング、ナノ構造、並びにエッチング構造（ウェット及び／又はドライエッチングを含む）が挙げられ、例えば米国特許出願第６１／１７５，６４０号「Ｒｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｗｉｔｈ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ」（代理人整理番号第６４７５９ＵＳ００２号）（２００９年５月５日出願）に開示されているものなどの取り出し機能が含まれ、これらは参照により本明細書に組み込まれる。
【００６８】
このようにして製造された赤色発光及び緑色発光ＲＳＣは、適応照明用の大型フルカラーＲＧＢピクセル、又は画像形成用の小さなＲＧＢピクセルを製造するのに使用することができる。あるいは、赤色及び緑色のエミッターをパターン化するか、又はパターン化せずに、赤色発光ＲＳＣを設計することによって緑色光及び青色光の一部を透過させ、緑色発光ＲＳＣを設計することによって一部の青色光を透過させることによって、非ピクセル化の白色エミッターを作製して、固定スペクトルの白色エミッターを製造するのに使用することができる。更に他の実施形態において、他のカラー／波長のスタンドアロンの緑色エミッター、赤色エミッター、若しくは緑色エミッター、又はカラー／波長の組み合わせを作製することができる。本出願の教示を用いて、これら実施形態のそれぞれは、ＲＳＣを形成し得るポテンシャル井戸、吸収材層、ウィンドウ層、及びその他の構成要素の半導体層（及び、例えば接着材料、接続ワイヤ、電気的接続材料、カプセル化材料などの、半導体を含まないその他のデバイス構成要素）で形成することができ、これらは全てＣｄ、Ｈｇ、及び／又はＡｓを実質的に含まなくてもよく、したがってＲｏＨＳ指令に準拠し、これによりそのようなデバイス自体それぞれが、実質的にＣｄ、Ｈｇ、及び／又はＡｓを実質的に含まなくてもよく、したがってＲｏＨＳ指令に準拠できる。
【００６９】
本出願の教示は更に、デバイス又は構成体が、それ自体だけで考えたときに、そのような選択された材料（例えば、水銀及び／又は砒素）が実質的に非含有ではないような１つ以上の構成要素を含み得、かつ、実際にそのような選択された材料を比較的顕著な量又はかなり大量に含み得るけれども、全体として考えたときに、カドミウム及び／又はその他の選択された材料を実質的に含まないと見なされ得る、デバイス又は構成体を製造するのに使用することができる。そのような実施形態において、顕著な量又は大量のカドミウム及び／又はその他の選択された材料を含むデバイス／構成体の構成要素は、そのような材料を含まないか実質的に含まないようなデバイス／構成体のその他の構成要素によって補償することができ、これにより、平均で、そのデバイス／構成体を全体として考えたときに、そのような材料を比較的少量だけ有することになる。ＲＳＣを形成する半導体層の積層体の場合、ＲＳＣは例えば、カドミウム濃度が５重量％、又は１０重量％である半導体材料からなるポテンシャル井戸層を含み得る。しかしながら、積層体の他の半導体層、例えばウィンドウ層及び／又は吸収材層は、カドミウムをほとんど又は全く含まない可能性があり、例えば、別個に考えたときにこれらは実質的にＣｄ非含有であり得る。カドミウムをほとんど又は全く含まない層の全体重量又は質量は、顕著な量又は大量のカドミウムを含むポテンシャル井戸層の重量又は質量に比べ、十分大きい可能性があり、これにより半導体積層体全体は、低いカドミウム量を維持し、例えば、０．０１重量％未満であり得、これによりＲｏＨＳ指令に準拠できる。別の実施形態において、ＲＳＣを形成する同様の半導体積層体は、複数のポテンシャル井戸層から成っていてよく、複数のポテンシャル井戸層を含み得、この一部又は全てが個々に、顕著な量又は大量（例えば、０．０１重量％超、０．１重量％超、１重量％超、５重量％超、又は１０重量％超）のカドミウム又はその他の選択材料を含む可能性がある。そのような実施形態において、半導体積層体の他の層は、実質的にＣｄ不含有であり得、これらＣｄ非含有層は、積層体の十分に大きな割合を占めているため、その半導体積層体は全体として、非常に少量（例えば、０．０１重量％未満）のカドミウム量を維持することになり得、これにより、その積層体で形成されたＲＳＣは、例えばＲｏＨＳ指令に準拠する。このような場合において、ＲＳＣの１つ以上の構成層が実質的にＣｄ非含有ではないけれども、全体としてＲＳＣが実質的にＣｄ非含有である場合、そのＣｄ含有層は、１つ以上のポテンシャル井戸層であり得、又は、ＲＳＣを構成する１つ以上のその他の構成層であり得る。
【００７０】
本明細書で開示されるＣｄ非含有、Ｈｇ非含有、及び／又はＡｓ非含有の実施形態は、例えばＣｄＭｇＺｎＳｅなどのカドミウム含有材料のみを採用し得る従来の実施形態に比較して、不利だと見なされ得るような本実施形態の観点において、望ましくないと見なされる可能性が高く、本教示の以前には、当業者によって非実際的だとして無視又は却下されてきたかもしれない。そのような認識される不利益には次のものが挙げられ得る。赤色発光及び緑色発光ＲＳＣをポンピングＬＥＤウエハに取り付けるためのウエハ接着工程２つが必要で、プロセスの複雑さが増す；使用するポンピングＬＥＤのウエハ当たり、高価な基材を１枚だけではなく２枚も（例えば、ＩｎＰウエハとＧａＡｓウエハ）消費することに伴う追加コスト；特に赤色発光ＲＳＣに使用される吸収剤層に関して、バンドギャップエネルギーの上限に対する制限があるため、温度安定性又は性能を犠牲にする可能性がある；ＺｎＳｅＴｅ合金からなるポテンシャル井戸の効率はまだ十分に理解されておらず、一部の用途では低すぎる可能性がある；ＭｇＺｎＳｅＴｅ及びＺｎＳｅＴｅ合金の品質はよくわかっておらず、一部尾用途では不適切である可能性がある。
【００７１】
上記で検討された具体的な材料及び構造に加え、赤色、緑色、及び／又は青色のエミッター、ピクセル化ＲＧＢエミッター、白色エミッター、並びにその他の色のエミッターを実現するための他のアプローチで、これらの一部又は全てが実質的にＣｄ、Ｈｇ及び／又はＡｓを含有せず、よってＲｏＨＳ指令に準拠し得るような他のアプローチが、可能である。１つのアプローチにおいて、緑色エミッターは、例えば、ＧａＮ系青色ポンピング発光ＬＥＤなどの青色発光エレクトロルミネセンスデバイスと共に、モノリシックに成長させることができる。そのような場合、緑色エミッターは、ＬＥＤの青色発光によって光学的に、又は電気的に、ポンピングすることができる。この点に関しては、ＡｌＧａＩｎＮ半導体における量子ドットを採用するデバイスを参照し、例えば、米国特許第７，２１７，９５９号（Ｃｈｅｎ）及び米国特許出願第ＵＳ ２００５／０２３０６９３号（Ｃｈｅｎ）が参照される。赤色発光は、光学的下方変換ポテンシャル井戸を用いて提供することができ、例えば、前記表３及び表４に関連して検討したＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰ構造が挙げられる。
【００７２】
他の実施形態において、緑色及び赤色のエミッターはモノリシックに成長させることができる。例えば、ＡｌＧａＩｎＰ合金又はＧａＩｎＰ合金を利用した赤色発光ポテンシャル井戸又はＲＳＣは、圧縮歪みＺｎＳｅＴｅ量子井戸に基づき、緑色発光ポテンシャル井戸又はＲＳＣの成長のため、基材として使用され得る。そのような場合、吸収材層及び／又はウィンドウ層は、ＧａＡｓに対して格子整合又は擬似格子整合した、ＢｅＭｇＺｎＳｅ又はＭｇＺｎＳＳｅ半導体合金から製造され得る。
【００７３】
また本明細書において、例えば、ＡｌＩｎＧａＡｓＮＰＳｂに基づく希釈窒化物半導体系からの合金など、その他のＩＩＩ−Ｖ材料系を使用した赤色発光ポテンシャル井戸又はＲＳＣが想到される。米国特許出願公開第ＵＳ ２００８／０１１１１２３号（Ｔｕら）が参照される。１つのアプローチにおいて、Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ０．００２Ｐ０．９９８に基づくポテンシャル井戸と、６２５ｎｍ付近の発光は、ＧａＰ基材に対して格子整合して成長させることができる。ＧａＰは、４２０ｎｍでポンピングするための吸収材層として使用することができ、ＺｎＳ又はＺｎＳＳｅからなる格子整合したウィンドウ層も使用することができる。
【００７４】
最後に、赤色、緑色、及び青色の要素を含んだハイブリッドピクセルアレイを製造するために本明細書に記述されたアプローチが、単色の下方変換半導体デバイス、及び多数又は白色の下方変換半導体デバイスの、カドミウム非含有バージョンを生成するために使用できることが、読者には再び注意を喚起される。
【００７５】
特記しない限り、本明細書及び「特許請求の範囲」で使用されている量、性質の測定などを表現する全ての数は、用語「約」により改変されていると理解されるべきである。したがって、反することが示されない限り、本明細書及び添付の「特許請求の範囲」に記載の数値的パラメーターは、本発明の教示を利用して当業者により得ることが求められる所望の性質に応じて変化する近似値である。均等論を「特許請求の範囲」の範疇に適用することを制限しようとする試みとしてではなく、各数値パラメーターは少なくとも、記録された有効数字の桁数を考慮して、又通常の四捨五入を適用することによって解釈されるべきである。本発明の広範な範囲を示す数値範囲及びパラメーターは近似であるにもかかわらず、いかなる数値も本明細書で述べられる具体的な例で示される程度に、これらは妥当に可能な限り精確に報告される。しかしながら、いかなる数値も試験及び測定の限界に関連する誤差を含み得る。
【００７６】
本発明の様々な修正及び変更は、本発明の範囲及び趣旨から逸脱せずに当該技術分野の当業者に明らかとであり、本発明は、ここに記載された例示的な実施形態に限定されないことが理解されるべきである。例えば、１つの開示実施形態の特徴は、別に記載のない限り、他の開示実施形態全てにも適用され得ることを、読者は推定すべきである。また、本明細書において参照された全ての米国特許、公開特許出願、並びに他の特許及び非特許文書は、それらが上述の開示に矛盾しない範囲において、参照によって全てが組み込まれることが理解されるべきである。
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
参照は次記の係属中米国特許出願に対して行われ、これらの内容は本明細書で開示される実施形態に組み込まれ得る：米国特許出願番号第６１／１７５，６４０号「Ｒｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｗｉｔｈ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ」（代理人整理番号第６４７５９ＵＳ００２号）（２００９年５月５日出願）；米国特許出願番号第６１／１７５，６３２号「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｇｒｏｗｎ ｏｎ Ｉｎｄｉｕｍ−Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ Ｉｎｄｉｕｍ Ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ」（代理人整理番号第６５４３４ＵＳ００２号）（２００９年５月５日出願）；及び米国特許出願番号第６１／１７５，６３６号「Ｒｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｆｏｒ Ｕｓｅ Ｗｉｔｈ ＬＥＤｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」（代理人整理番号第６５４３５ＵＳ００２号）（２００９年５月５日出願）。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は概ね、ソリッドステート半導体光源に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体デバイス、及び半導体デバイスの製造方法は、幅広く様々な種類が知られている。これらのデバイスの一部は、可視光又は近可視光（例えば、紫外線若しくは近赤外線）などの光を発するように設計されている。例としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）及びレーザーダイオードなどのエレクトロルミネセンスデバイスが挙げられ、これらにおいては、駆動電流又は同様の電気信号がデバイスに印加されて光を発する。発光するよう設計された半導体デバイスの別の例が、再発光半導体構成体（ＲＳＣ）である。
【０００４】
ＬＥＤとは異なり、ＲＳＣは発光するのに外部電子回路からの駆動電流を必要としない。その代わりにＲＳＣは、ＲＳＣの活性領域における第１波長λ１の光の吸収によって電子正孔対を生成する。この電子と孔が活性領域にあるポテンシャル井戸内で再結合し、第１波長λ１とは異なる第２波長λ２の光を発し、所望により更に、ポテンシャル井戸の数と設計機能に応じて、他の波長λ３、λ４などの光を発する。第１波長λ１の開始放射又は「ポンプ光」は典型的に、ＲＳＣに連結された青、紫、又は紫外線の発光ＬＥＤによって供給される。代表的なＲＳＣデバイス、その製作の方法、及び関連するデバイスと方法は、例えば米国特許第７，４０２，８３１号（Ｍｉｌｌｅｒら）、米国特許出願公開第ＵＳ ２００７／０２８４５６５号（Ｌｅａｔｈｅｒｄａｌｅら）、及び同第ＵＳ ２００７／０２９０１９０号（Ｈａａｓｅら）、国際公開特許ＷＯ ２００９／０４８７０４号（Ｋｅｌｌｅｙら）、並びに係属中の米国特許出願第６１／０７５，９１８号「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｌｉｇｈｔ Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ」（代理人整理番号第６４３９５ＵＳ００２号）（２００８年６月２６日出願）に見出すことができ、これらは全て、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００５】
本明細書において特定の波長の光に対して言及が行われる場合、その言及は、ピーク波長がその特定の波長であるスペクトルを有する光に対してなされていると理解されるであろう。
【０００６】
光ポンピング垂直共振器型面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）は、ＲＳＣの一種と見なすことができ、光を放射するよう設計された半導体デバイスの別の例である。ＶＣＳＥＬは、ポンプ光源によって放射された第１波長の光の少なくとも一部分を、第２波長の少なくとも部分的なコヒーレント光に変換する。ＶＣＳＥＬは、第１ミラーと第２ミラーとの間に配置され、かつ第１波長の少なくとも一部分を第２波長の光に変換する半導体多層積層体を含む。この半導体多層積層体は、Ｃｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅ合金を含み得る量子井戸を含む。係属中の米国特許出願第６１／０９４，２７０号「Ｄｉｏｄｅ−Ｐｕｍｐｅｄ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ」（代理人整理番号第６４１１６ＵＳ００２号）（２００８年９月４日出願）が参照され、これは参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００７】
本出願の一部利益となるのは、白色光を放射することができる光源である。一部の場合において、既知の白色光源は、青色発光ＬＥＤなどのエレクトロルミネセンスデバイスを、第１及び第２ＲＳＣ系発光素子と組み合わせることによって構築される。この第１発光素子には、例えば、青色光の一部を緑色光に変換し、青色光の残りを透過する、緑色発光ポテンシャル井戸が挙げられる。第２発光素子には、第１発光素子から受け取った緑色及び／又は青色の光の一部を赤色光に変換し、青色光及び緑色光の残りを透過する、ポテンシャル井戸が挙げられ得る。結果として得られた赤色、緑色、及び青色光の構成成分を合わせることにより、例えば、国際公開特許ＷＯ ２００８／１０９２９６号（Ｈａａｓｅ）に記述されているデバイスが、実質的に白色の光の出力を提供することができる。
【０００８】
一部のデバイスは、ピクセル化した配列又はアレイを用いて、白色光を提供する。すなわち、それ自体では白色光を発しないような複数の個別の発光素子が、互いにごく近接して配列されることにより、全体として合成の白色ピクセルを形成する。このピクセルは典型的に、観測システムの解像度限界を下回る特性寸法又はサイズを有しているため、異なる発光素子から発せられる光は、効果的に合わせられて観測システム内に入る。そのようなデバイスの一般的な配列は、３つの個別の発光素子−赤色（Ｒ）発光素子１つ、緑色（Ｇ）発光素子１つ、青色（Ｂ）発光素子１つ−のものであり、これらが１つの「ＲＧＢ」ピクセルを形成する。着色発光素子の大きなアレイは、カラー画像を形成するために、そのようにして構成することができる。そのようなデバイスの開示については、再び、国際公開特許ＷＯ ２００８／１０９２９６号（Ｈａａｓｅ）が参照される。
【０００９】
図１は、ＲＳＣ １０８及びＬＥＤ １０２を組み合わせたデバイス１００の例を示す。このＬＥＤはＬＥＤ半導体層１０４の積層体を有し、これは時に、ＬＥＤ基材１０６上にあるエピ層と呼ばれる。層１０４は、ｐ型とｎ型の接合層、発光層（典型的には、量子井戸を含む）、緩衝層、及びスーパーストレート層を含み得る。層１０４は、任意の結合層１１６を介してＬＥＤ基材１０６に接合されていてもよい。ＬＥＤは上表面１１２及び下表面を有し、この上表面は、上表面が平坦である場合に比べてＬＥＤからの光の取り出しが増大するように、非平坦になっている。電極１１８、１２０は、図に示すように、この上側表面及び下側表面上に設けられてもよい。これらの電極を介して、好適な電源に接続されているとき、ＬＥＤは第１波長λ１の光を放射し、これは青色、紫色、又は紫外線（ＵＶ）の光に対応し得る。このＬＥＤ光の一部は、ＲＳＣ １０８内に入り、そこで吸収される。
【００１０】
ＲＳＣ １０８は、接着層１１０を介してＬＥＤの上側表面１１２に接合される。このＲＳＣは上側表面１２２及び下側表面１２４を有し、この下側表面１２４を介して入るＬＥＤからのポンプ光を有する。上側表面及び下側表面の一方又は両方のいずれでも、光取り出しのために役立つよう、非平坦であり得る。ＲＳＣには、構造内の一部のバンドギャップが選択されるように工学的に操作されていて、ＬＥＤ １０２の発光したポンプ光の少なくとも一部が吸収されるように、量子井戸構造１１４も含まれる。ポンプ光の吸収によって発生した電荷担体は、より小さなバンドギャップを有する構造の一部である量子井戸に拡散し、そこで担体は再結合してより長い波長の光を発生する。これは図１において示されるように、ＲＳＣ １０８内から発し、ＲＳＣから外に出る、第２波長λ２での再発光による出力光を提供する。
【００１１】
図２は、ＲＳＣを含む半導体層積層体２１０の例を示す。この積層体は、リン化インジウム（ＩｎＰ）ウエハ上に分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）を用いて成長させたものである。ＧａＩｎＡｓ緩衝層は、まずＭＢＥによりＩｎＰ基板に形成されて、ＩＩ−ＶＩ形成用の表面を準備した。続いて、ＲＳＣに使用するＩＩ−Ｖ族エピタキシャル層を成長させるために、超高真空移送システムを通って別のＭＢＥチャンバへウエハを移動させた。成長させたＲＳＣの詳細は図２に示され、表１にまとめられている。表は、ＲＳＣに伴う異なる層の厚さ、材料組成、バンドギャップ、及び層の説明を記載している。ＲＳＣには８つのＣｄＺｎＳｅ量子井戸２３０が含まれ、それぞれが遷移エネルギー２．１５ｅＶを有する。各量子井戸２３０は、ＬＥＤより発光される青色光を吸収できる２．４８ｅＶのバンドギャップエネルギーを有するＣｄＭｇＺｎＳｅ吸収層２３２の間に挟まれていた。ＲＳＣはまた、種々のウィンドウ、緩衝体、及びグレーディング層を含んでいた。
【００１２】
【表１】
【００１３】
この例及びその他のＲＣＳデバイスの更なる詳細は、国際公開特許ＷＯ ２００９／０４８７０４号（Ｋｅｌｌｅｙら）に見出すことができる。
【００１４】
前の実施例に示すように、ＣｄＭｇＺｎＳｅ合金は、ＲＳＣデバイスの製造において特に利点がある。明らかに、ＣｄＭｇＺｎＳｅの合金（これは、本明細書の検討目的のため、ＣｄＺｎＳｅをも含む）は、幅広い範囲のバンドギャップエネルギーにわたって、有用な半導体基材上に、格子整合した、又は擬似格子整合した多層積層体として形成することを便利に可能にするような格子定数で、製造することができる。例えば、エピタキシャル成長プロセス中にＣｄＭｇＺｎＳｅ合金の組成物を単に制御するだけで、適切な厚さとバンドギャップを有するＣｄＭｇＺｎＳｅ系半導体層の積層体がＩｎＰ基材（ＲＳＣの必要又は望ましい構成成分のほぼ全てを含む半導体層積層体）の上に製造でき、これにより、一実施形態において、結果として得られたＲＳＣは、青色のポンプ光を緑色の再発光光に変換し、及び別の実施形態においては青色のポンプ光を赤色の再発光光に変換し、更に別の実施形態においては青色のポンプ光を緑色と赤色の再発光光両方に変換する。よって、全体又は大半がＣｄＭｇＺｎＳｅ系材料からなっている１つ以上のＲＳＣを備えた青色放射エレクトロルミネセンスデバイスを組み合わせることによって、ＲＧＢピクセル化又はその他の白色光源を製造することが可能である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
近年、潜在的な環境問題及び／又は健康問題に基づき、特定の物質の使用を制限しようと、様々なグループ又は団体によって対処が検討され、及び／又は対処がとられている。そのような物質の１つがカドミウムである。よって、カドミウムは通常のＣｄＭｇＺｎＳｅ系ＲＳＣにはごく微量しか存在していない場合でも、またＣｄＭｇＺｎＳｅ合金におけるカドミウム原子は半導体材料の格子構造に強力に結合している場合でも、カドミウム含有の材料使用を実質的に避けて、効率的なＲＳＣデバイス（場合によっては、ＲＧＢアレイを含む）の製造を可能にするような、代替のアプローチを見出すことが望ましい可能性がある。よって、少なくとも、開示される実施形態の一部は、実質的にカドミウム非含有の発光デバイス又はその構成要素を目的とし、又は少なくとも適合性を有する。しかしながら読者は、開示される実施形態の多くは必ずしもカドミウム非含有である必要はなく、１つ以上の構成要素がかなりの量のカドミウムを含み得るにもかかわらず、様々な設定において有利に利用できることを、理解すべきである。
【００１６】
本出願は、とりわけ、第１ポテンシャル井戸及びウィンドウを含む半導体構成体を開示する。この第１ポテンシャル井戸は、第１のＩＩＩ−Ｖ型半導体を含み、第１光子エネルギーを有する光を、より小さな第２光子エネルギーを有する光へと変換するよう適合されている。ウィンドウは、第１のＩＩ−ＶＩ型半導体を含み、第１光子エネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する。
【００１７】
代表的な実施形態において、第１ポテンシャル井戸は擬似格子整合であり得、ウィンドウは実質的にＣｄ非含有であり得る。このウィンドウ及び／又は全体の半導体構成体は、後述するように、ＲｏＨＳ指令に適合し得る。第１光子エネルギーを有する光には、紫外線、紫色、青色、及び／又は緑色の光が挙げられ得る。第２光子エネルギーを有する光には、赤色光が挙げられ得る。この半導体構成体は擬似格子整合であり得、例えばＧａＡｓなどの第２のＩＩＩ−Ｖ族半導体を含む基材上に配置することができる。第１のＩＩＩ−Ｖ族半導体には、ＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰが含まれ得る。第１のＩＩ−ＶＩ族半導体には、ＢｅＭｇＺｎＳｅ若しくはＢｅＺｎＳｅが含まれ得、又は例えば、ＭｇＺｎＳＳｅ若しくはＢｅＺｎＳＳｅが含まれ得る。第１ポテンシャル井戸は、１層以上の吸収材層と、所望により追加のポテンシャル井戸とを含む擬似格子整合の半導体層の積層体の構成要素であり得、この積層体の層はそれぞれに、ＡｌＧａＩｎＰを含み得る。第１ポテンシャル井戸は、１層以上の吸収材層と、所望により追加のポテンシャル井戸と、を含む、擬似格子整合の半導体層の積層体の構成要素であり得、この半導体層の積層体は、実質的にＣｄ非含有であり得る。半導体構成体はまた、第１光子エネルギーを有する光を放射するよう適合された光源上に配置することができ、及び、第２ポテンシャル井戸は、第１光子エネルギーを有する光を、第１光子エネルギーより小さく第２光子エネルギーより大きい第３光子エネルギーを有する光へと変換するためのものであり、この第２ポテンシャル井戸は第２のＩＩ−ＶＩ族半導体を含む。第１光子エネルギーを有する光には、紫外線、紫色、及び／又は青色光が挙げられ得、第３光子エネルギーを有する光には、緑色光が挙げられ得る。あるいは、半導体構成体は、第１光子エネルギーよりも大きい第３光子エネルギーを有する光を放射するよう適合された光源、及び、第３光子エネルギーを有する光を第１光子エネルギーを有する光へ変換するための第２のＩＩ−ＶＩ族半導体を含む第２ポテンシャル井戸と、組み合わせることができる。そのような場合、第２のＩＩ−ＶＩ族半導体には、ＭｇＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、又はＭｇＺｎＳＳｅが挙げられ得、第３光子エネルギーを有する光には紫外線、紫色、及び／又は青色の光が挙げられ得、第１光子エネルギーを有する光には、緑色光が挙げられ得、及び、第２光子エネルギーを有する光には、赤色光が挙げられ得る。
【００１８】
本出願は更に、第１のＩＩ−ＶＩ族半導体を含む第１ポテンシャル井戸を含む半導体構成体を開示し、この第１ポテンシャル井戸は、第１光子エネルギーを有する光を、より小さい第２光子エネルギーを有する光へと変換するよう適合されている。この第１ポテンシャル井戸は、実質的にＣｄ非含有である。
【００１９】
代表的な実施形態において、第１のＩＩ−ＶＩ族材料は、ＩｎＰに対して擬似格子整合であり得、例えばＭｇＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、又はＭｇＺｎＳＳｅを含み得る。第１光子エネルギーを有する光には、紫外線、紫色、及び／又は青色光が挙げられ得、第２光子エネルギーを有する光には、緑色光が挙げられ得る。この半導体構成体はまた、第１光子エネルギーを有する光を放射するよう適合された光源と組み合わせることができる。
【００２０】
本出願はまた、第１ポテンシャル井戸及びウィンドウを含む半導体構成体を開示する。この第１ポテンシャル井戸は、第１のＩＩＩ−Ｖ型半導体を含み、第１光子エネルギーを有する光を、より小さな第２光子エネルギーを有する光へと変換するように適合されている。ウィンドウは、第２のＩＩＩ−Ｖ型半導体を含み、第１光子エネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する。
【００２１】
代表的な実施形態において、第１ポテンシャル井戸は、ウィンドウに対して格子整合していてよく、及び／又は第２のＩＩＩ−Ｖ族半導体は、間接的バンドギャップを有し得る。更に、この半導体構成体はまた、第１のＩＩ−ＶＩ族半導体を含む第２ポテンシャル井戸を含み得、第３光子エネルギーを有する光を第１光子エネルギーを有する光へと変換するよう適合されている。この第２ポテンシャル井戸は実質的にＣｄ非含有であり得る。第３光子エネルギーを有する光には、青色、紫色、及び／又は紫外線の光が挙げられ得、第１光子エネルギーを有する光には、緑色光が挙げられ得、及び、第２光子エネルギーを有する光には、赤色光が挙げられ得る。第１のＩＩＩ−Ｖ族半導体はＡｌＧａＩｎＰを含み得、第２のＩＩＩ−Ｖ族半導体はＡｌＩｎＰを含み得、並びに、第１のＩＩ−ＶＩ族半導体は、例えば、ＭｇＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、又はＭｇＺｎＳＳｅを含み得る。
【００２２】
関連する方法、システム、及び物品も述べられる。
【００２３】
本願のこれらの態様及び他の態様は、以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかし、決して、上記要約は、請求された主題に関する限定として解釈されるべきでなく、主題は、手続処理の間補正することができる添付の特許請求の範囲によってのみ規定される。
【００２４】
本出願では：
「格子整合した」とは、基板上のエピタキシャル層のような２種類の結晶性材料に関して、各材料が個別に見た場合にそれぞれ所定の格子定数を有し、これらの格子定数がほぼ等しい、一般的には、その差が０．２％以下、より一般的にはその差が０．１％以下、最も一般的にはその差が０．０１％以下であることを意味する。
「擬似格子整合した」は、エピタキシャル膜及び基板等の、所定の厚さの第１結晶性層及び第２結晶性層に関して、各々の単離した層がある格子定数を有し、これらの格子定数が十分に類似しており、その結果、所定厚さの第１層は、ミスフィット欠陥が実質的にない層の平面の中で第２層の格子間隔を採ることができることを意味する。
「ポテンシャル井戸」は、キャリアを１つの次元内だけに閉じ込めるように設計された多層半導体構造内の（１つ以上の）半導体層を意味しており、その際、（１つ以上の）半導体層は、周囲の層よりも低いバンドエネルギー、及び／又は周囲の層よりも高い価電子帯エネルギーを有する。量子井戸は、一般に、量子化効果が井戸内の電子正孔対再結合のためのエネルギーを増大させるほどに薄いポテンシャル井戸を意味する。量子井戸は、通常、約１００ｎｍ以下又は約１０ｎｍ以下の厚さを有する。
【００２５】
更に、層又は構成要素が「実質的にＣｄ非含有」である、又は類似の表現は、その層又は構成要素がもしＣｄを含んでいるとしても、その量は０．０１重量％未満であることを意味する。
【００２６】
「ＲｏＨＳ指令」とは、２００３年１月２７日の電気・電子機器に含まれる特定有害物質の使用制限に関する欧州議会及び理事会の指令２００２／９５／ＥＣを指し、一般には有害物質に関する制限指令、又は単にＲｏＨＳと呼ばれる。これは２００３年２月１３日にＯｆｆｉｃｉａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｕｎｉｏｎにて公表され、更に２００５年８月１８日の委員会決定により改訂され、２００５年８月１９日に２００５／６１８／ＥＣの名称でＯｆｆｉｃｉａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｕｎｉｏｎにて公表された。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ＬＥＤ／ＲＳＣデバイスの組み合わせの概略側面図。
【図２】ＲＳＣを含む代表的な半導体層積層体の概略側面図。
【図３】ＲＳＣを含むある半導体構成体の概略側面図。
【図４】ＲＳＣ中に見出され得る様々な層について好適なバンドギャップエネルギーの説明に役立つ、エネルギーダイアグラム。
【図５】様々なＩＩ−ＶＩ族及びＩＩＩ−Ｖ族半導体化合物及び個々の元素について、格子定数とバンドギャップエネルギーを示すグラフ。
【図６】様々なＩＩ−ＶＩ族及びＩＩＩ−Ｖ族半導体化合物及び個々の元素について、格子定数とバンドギャップエネルギーを示すグラフ。
【図７】ＡｌＧａＩｎＰ合金についての、バンドギャップエネルギー対組成のグラフ。
【図８】本明細書に開示されるように、青色ポンピング光源及びＲＳＣを使用したＲＧＢ光源の概略断面図。
【図９】別のＲＧＢ光源の概略断面図。
【図１０】ＲＳＣに基づく複合ＲＧＢ画素（ピクセル）のアレイを含むカラー画像システムの概略平面図。 図中、同様の参照数字は同様の構成要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
一般的な半導体構成体と、特に再発光半導体構成体（ＲＳＣ）とに関連する一般的原理及び設計に関する検討事項の議論から始める。前述のように、ＲＳＣデバイスは光ルミネセンス変換プロセスを介して動作する。すなわち、吸収材料のバンドギャップよりも大きいエネルギーを備えたポンプ光の光子が、電子正孔対を生成し、これが再び結合して、発光層のバンドギャップ又はその付近のエネルギーの光子を放射する。この変換構造は、原理的に均質の半導体であり得るが、均質層の効率は、表面で形成されるキャリアが、比較的高い確率で非放射性再結合を有するという事実があるため、低くなる。よって、層から層へのバンドギャップを工学的に操作し、キャリアを閉じ込める量子井戸を形成し、自由表面に拡散するのを防ぐようなウィンドウ層を形成することによって、格子整合ヘテロ構造のような、より複雑な構造を介する方が、より高い効率を得ることができる。更に高い効率は、十分に小さいサイズの量子井戸を使用して、量子閉じ込め効果が放射性再結合を促進するようにすることによって、得ることができる。
【００２９】
量子閉じ込めを利用した高効率の半導体下方変換構造を製造するには、この構造及び関連する設計検討事項の典型的な層には、１つ以上のポテンシャル井戸層、吸収材層、及びウィンドウ層が挙げられる。効率的な変換を達成するために、これらの層の全てが（ＲＳＣに含まれている限りにおいて）、好ましくは相互に格子整合して、あるいは擬似格子整合して成長させ、これにより、非放射性の再結合を促進する構造的欠陥の生成を防ぐことができる。ここで、これらのタイプの層それぞれについて設計に関する検討事項を見ていく。
【００３０】
ポテンシャル井戸層は、望ましい放射光子エネルギー（Ｅｅ）と通常は同じ、又はわずかに小さくてもよい、バンドギャップエネルギー（Ｅｐｗ）を有する。バンドギャップエネルギーＥｐｗと放射エネルギーＥｅとの差は、ポテンシャル井戸層の厚さが十分に小さい場合、井戸における量子化に伴うエネルギーレベルによるものである。開示される実施形態においては、任意の色又は波長、又はこれらの組み合わせの光放射が想到されるが、ディスプレイ型の用途、並びに一般照明用途における具体的な利益となるのは、可視光、特に赤色、緑色、及び青色の光である。よって、ＲＳＣ設計における具体的な利益となるのは、少なくとも赤色光及び／又は緑色光、並びに場合によっては青色光を放射することができるポテンシャル井戸層である。（多くの場合、青色光は、ＲＳＣに連結されるＬＥＤなどのエレクトロルミネセンスデバイスによって供給されるため、そのような場合においてはＲＳＣは必ずしも、青色光を放射するように設計されたポテンシャル井戸層を含む必要はない。）用語「赤色」、「緑色」、又は「青色」は、かなりの範囲の光子エネルギー（又は波長）に妥当に適用することができるが、議論の目的のために、赤色については約２ｅＶ（約６２０ｎｍの波長に対応）又は更には１．９ｅＶ（約６５０ｎｍの波長）の代表的光子エネルギー、並びに、緑色については約２．３ｅＶ（約５４０ｎｍの波長）の代表的光子エネルギーを選択し得る。これらの値は制限的なものとして見なされるべきではなく、ポテンシャル井戸層の具体的な材料の安定性を検討する際に、何らかのガイダンスをデバイス設計者に与えるものである。
【００３１】
吸収材層は、ポンプ光スペクトルの大部分の光子エネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギー（Ｅａ）を有しているため、ポンプ光の大半は吸収され、電子正孔対に変換される。ポンプ光の典型的なスペクトル幅（又は光子エネルギーの範囲）に対して、吸収材のバンドギャップＥａは好ましくは、ポンプ光スペクトルのピークにおける光子エネルギーＥｐｕｍｐよりも、数百ｍｅＶ小さい。効率的な吸収のためには、約２００ｍｅＶを超える差があることが望ましい。また、この吸収材層は、ポテンシャル井戸内のキャリアを閉じ込める「壁」又は「バリア」を形成できることにも注意されたい。バリア高さＥａとポテンシャル井戸エネルギーＥｐｗとの差は、好ましくは、デバイスの動作温度で利用できる熱エネルギー（Ｔ）よりも有意に大きい。典型的には、光ルミネセンス強度の温度依存性を最小限に抑えるために、Ｅａ−Ｅｅ、又はＥａ−Ｅｐｗは、１０ＫＢＴよりも大きく、ＫＢはボルツマン定数であり、Ｔはケルビン温度での動作温度である。差の値は、２００ｍｅＶを超え、好ましくは３００ｍｅＶのオーダーであることが望ましい。
【００３２】
ウィンドウ層は、ポンプエネルギー分布よりも高いバンドギャップエネルギー（Ｅｗ）を有し、これにより、吸収層及び／又はポテンシャル井戸層へのポンプ光の効率的な浸透が可能になる。典型的なＧａＩｎＮポンプＬＥＤにおいて、ウィンドウバンドギャップは好ましくは、ＬＥＤスペクトルの中央（すなわち、ポンプ光のピーク波長）で光子エネルギーＥｐｕｍｐを約２００ｍｅＶ以上上回る。この検討事項は、吸収層で効率的に吸収されるポンプ光を有したいという希望と組み合わせて、吸収材のバンドギャップとウィンドウのバンドギャップとの間に約４００ｍｅＶ以上の差があり得ることを意味し、これにより、ウィンドウ−吸収材界面で生成されるキャリアが、外側ウィンドウ表面へと拡散して非放射的に結合することを防止するような、バリアを自動的に提供することに注意されたい。
【００３３】
図３及び４は、設計に関する検討事項の前述の議論を支持するものとして設けられている。
【００３４】
図３では、例えばＲＳＣ ３１０などの半導体構成体が、概略断面図に示されている。ＲＳＣ ３１０は、半導体ウィンドウ層３１２、半導体吸収材層３１４、半導体ポテンシャル井戸層３１６、及びもう１つの半導体層３１８を含むように示されており、ＲＳＣはポンプ光３２０で照らされ、出力光３２２を放射している。層３１８は、ウィンドウ層３１２に類似又は同じもう１つのウィンドウ層であってもよく、また、「シアンブロッカー」と呼ばれる光フィルタリング層であってもよい。シアンブロッカー層は、吸収材層のバンドギャップエネルギーＥａと同じ桁で、望ましくは若干（典型的には、数ｍｅＶ〜数十ｍｅＶ）少ないバンドギャップエネルギーＥｃｂを備えて提供することができ、これによりシアンブロッカーは、ＲＳＣの他の層を透過したポンプ光源によって供給された短波長光の実質的に全てを、効果的に吸収することができる。しかしながら、シアンブロッカーバンドギャップエネルギーＥｃｂも、好ましくは、放射エネルギーＥｅよりも実質的に高く、これによりポテンシャル井戸から発する再発光光は、透過率が高い。これに関する参照は、係属中の米国特許出願第６１／０７５，９１８号「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｌｉｇｈｔ Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ」（代理人整理番号第６４３９５ＵＳ００２号）（２００８年６月２６日出願）に対して行われる。層３１８がシアンブロッカーの場合、出力光３２２には、実質的にポンプ光３２０が一切含まれない可能性がある。一方、層３１８がウィンドウ層の場合、出力光３２２には、ＲＳＣ ３１０の吸収層及びポテンシャル井戸の設計に依存して、ある程度の（かなりの量の場合も含む）ポンプ光３２０が含まれ得る。
【００３５】
図４において、エネルギー（例えば、バンドギャップエネルギー又は光子エネルギー）が、ＲＳＣ内に見出され得る様々なタイプの層又は領域を表わすよう区分された横軸に対してプロットされている。ウィンドウ層（Ｅｗ）、吸収材層（Ｅａ）、ポテンシャル井戸（Ｅｐｗ）、及びシアンブロッカーのバンドギャップエネルギーが示されており、ポンプ光分布のピークエネルギー（Ｅｐｕｍｐ）及びポテンシャル井戸によって再発光された光のピークエネルギー（Ｅｅ）も示されている。前述の議論に従い、様々なパラメーターの間に下記のおよその関係を維持することが望ましい：
【数１】
【００３６】
これらの関係は、例えば、ＣｄＭｇＺｎＳｅ合金などのカドミウム含有半導体材料を組み込んだＲＳＣデバイスにおいて容易に維持することができる。ＣｄＭｇＺｎＳｅ合金系においては、赤色発光及び／又は緑色発光のいずれであっても、全ての望ましいバンドギャップ値を有する密に格子整合した材料を、合金の組成を適切に変更することによって達成することができる。この理由からＣｄＭｇＺｎＳｅは、フルカラー発光（例えば、ＲＧＢ）用途に使用するために設計されたＲＳＣに使用するのに、非常に有利な合金系である。
【００３７】
様々なＩＩ−ＶＩ型及びＩＩＩ−Ｖ族半導体化合物及び元素半導体結晶の特性をプロットした、図５のバンドギャップ対格子定数のダイアグラムは、この利点を示している。太線で区切られた領域５１０は、ＣｄＭｇＺｎＳｅ合金で達成可能なバンドギャップ対格子定数値の範囲に対応している。またこの図に含まれるのは、赤色発光（約６２０ｎｍ）に対応するバンドギャップエネルギーを表わす線５１２、緑色発光（５４０ｎｍ）に対応するバンドギャップエネルギーを表わす線５１４、緑色発光よりも３００大きいバンドギャップエネルギーを表わし、よって多くの実施形態において吸収材層として適切な線５１６、並びに、線５１６より５００ｍｅＶ上回るバンドギャップエネルギーを表わし、よって多くの実施形態においてウィンドウ層として適切な線５１８である。
【００３８】
図５において、矩形領域５２０は、赤色と緑色の両方、並びに吸収層及びウィンドウ層にも適切な格子整合層を成長させることができる領域を示している。このＣｄＭｇＺｎＳｅ材料系においてさえも、赤色発光ポテンシャル井戸層として使用するのに好適な合金は、ＩｎＰに対して完全には格子整合せず、よってそのような合金は、全体の構造がＩｎＰ成長基材に対して擬似格子整合である場合、小さな圧縮歪みを備えて成長させる必要がある場合がある。また図５で明らかなように、半導体合金にＣｄ又はＨｇを含めない場合、６２０ｎｍの赤色光を放射するのに十分小さい直接バンドギャップエネルギーを有するＩＩ−ＶＩ材料は存在しない。
【００３９】
しかしながら注目に値することとして、カドミウムがなくともテルルの添加により、少なくとも緑色発光下方変換構造体に適切であるような格子整合した合金を製造することが可能であることを発明者らは見出した。これは、図６のバンドギャップ対格子定数ダイアグラムに示されていて、図では、太線によって区切られた領域６１０は、ＭｇＺｎＳｅＴｅ合金系において利用できる可能なバンドギャップエネルギーと格子定数の領域を示している。ＺｎＳｅＴｅの合金を含め、そのような合金は、均質層（単数又は複数）において、カドミウムをほとんど又は全く含まず、例えば、Ｃｄが０．０１重量％未満、又は０．００１重量％未満での層形成において、既知のエピタキシャル成長プロセスを用いて、製造することができる。そのような合金は、均質層（単数又は複数）において、水銀をほとんど又は全く含まず、例えばＨｇが０．１重量％未満、又は０．０１重量％未満での層形成において、製造することもできる。そのような合金は、ＲｏＨＳ指令に準拠して製造することも可能である。
【００４０】
図６のＭｇＺｎＳｅＴｅ系（領域６１０）は、ＲＳＣデバイスにおける実質的にＣｄを含まない単色緑色発光のための有望なオプションであり、ＭｇＺｎＳｅＴｅ層は、ＩｎＰ基材上での成長に対して融和性である。緑色発光ポテンシャル井戸、吸収材層、及びウィンドウ層にとっても、ＺｎＳｅＴｅ合金を含む適切なＭｇＺｎＳｅＴｅ系合金は、ＩｎＰ基材に対して格子整合が可能である。図６で、領域６１０の境界を形成する太い破線で示されているように、ＭｇＳｅＴｅ合金サブ系に対応する領域６１０の上部分において、バンドギャップエネルギー対組成物の間の正確な関係について、現時点では、当該技術分野におけるコンセンサスが欠如しているにもかかわらず、これは事実である。
【００４１】
青色ポンプ光（例えば、ピーク波長４５０ｎｍ）で使用するための代表的な緑色発光の下方変換層構造体が、表２に示されている。この構造体は、そのウィンドウ層、吸収材層、及びポテンシャル井戸に、ＺｎＳｅＴｅを含むＭｇＺｎＳｅＴｅ系合金を用いている。記載されている組成物は、バンドギャップ対格子定数値における不確定性のため、近似値である。
【００４２】
【表２】
【００４３】
もちろん、表２のものに類似の実施形態で、追加のポテンシャル井戸と追加の吸収材層、所望によりシアンブロッカー層も含むものも、ＭｇＺｎＳｅＴｅ系合金を用いて製造することができる。表に示されている量子井戸のバンドギャップエネルギー（Ｅｐｗ）は２．２ｅＶの値であり、これは、量子効果により、約２．２〜２．３ｅＶ（すなわち、緑色光）のピークエネルギーを有する再発光光を生成すると予想される。
【００４４】
後のプロセス工程において、ＲＳＣを形成する半導体層は、望ましい場合はエレクトロルミネセンスポンプ光源（例えば、青色発光ＬＥＤ）に接着することができ、そのような方法においてウィンドウ層（表２の成長順序５）はＬＥＤとポテンシャル井戸（表２の成長順序３）との間にあり、この後にＩｎＰ成長基材を例えばエッチングなどで除去して、緑色光がポテンシャル井戸によって生成できるようになることが、読者には理解されよう。この半導体層積層体の構成は、ポンプ光源側を向くよう設計されているＲＳＣの表面が、最後に成長させたＲＳＣデバイス層の表面になっており、この構成を「標準の向き」と呼ぶ。本明細書で開示される半導体積層体は、「逆の向き」を用いて製造することもでき、ポンプ光源側を向くよう設計されているＲＳＣの表面が、最初に成長させたＲＳＣデバイス層の表面になっている。逆の向きが使用された場合、ガラス又はその他の好適な材料で製造されたキャリアウィンドウは、積層体の成長基材の反対側に取り付けることができ、この成長基材を次に除去してから、ＲＳＣをポンプ光源に取り付けることができる。これに関する参照は、米国特許出願第６１／１７５，６３６号「Ｒｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｆｏｒ Ｕｓｅ Ｗｉｔｈ ＬＥＤｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」（代理人整理番号第６５４３５ＵＳ００２号）（２００９年５月５日出願）に対して行われ、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【００４５】
カドミウム非含有の緑色発光ＲＳＣのための材料としてＭｇＺｎＳｅＴｅ合金（ＺｎＳｅＴｅ合金を含む）を選択した場合、デバイス設計者が直面する問題は（ここでは緑色と赤色の両方の発光を単一のデバイスに合わせることが望ましい場合において）、この緑色コンバーターに適合する赤色発光ポテンシャル井戸として使用するのに好適な、効率的なカドミウム非含有材料を見出すことである。これは、赤色への下方変換のためのＩＩＩ−Ｖ層のハイブリッド統合を介して容易に達成することができる。
【００４６】
赤色発光ポテンシャル井戸については、ＡｌＧａＩｎＰ合金系（ＧａＡｓ基材に対して格子整合している）が優れた候補である。この合金系は、ＧａＩｎＰ材料を含むと見なし得る。一部のＡｌＧａＩｎＰ合金は、高効率の赤色ＬＥＤを製造するのに商業的に使用されている。このような材料は、良好な光学的下方コンバーターを製造するのにも使用することができる。
【００４７】
ＧａＡｓに対して格子整合しているＡｌＧａＩｎＰ合金、すなわち、形態（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐの組成物に関するバンドギャップエネルギー対組成物のグラフを、図７に示す。この図のデータは、Ｅ．Ｆ．Ｓｃｈｕｂｅｒｔ著「Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ」、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，ＵＫ）から得られたものである。これらの組成物で、１．９ｅＶ（６５３ｎｍ）と２．２ｅＶ（５５５ｎｍ）との間の直接バンドギャップエネルギーを達成することができる。赤色波長６２０ｎｍ（２．０ｅＶ）で発光するポテンシャル井戸を製造するには、ｘ≒０．１０の組成物を使用することができる。バンドギャップがポテンシャル井戸エネルギーを０．２ｅＶ上回る吸収材層を製造するには、ｘ≒０．４６の組成物を使用することができる。
【００４８】
バンドギャップエネルギーがポンプ光を効率的に透過させるのに十分なほど大きいウィンドウ層を製造するには、ＡｌＧａＩｎＰ合金以外で、そのような合金と融和性のある半導体材料を探すことができる。典型的なＲＳＣ系は、例えば、ピーク波長が約４５０ｎｍ（２．８ｅＶ）の青色ポンプ光を使用し得る。ウィンドウ層における青色ポンプ吸収を避けるために、ウィンドウのバンドギャップエネルギーは、望ましくは、約３．０ｅＶを上回る。図７は、そのようなＡｌＧａＩｎＰ組成物が存在しないことを示す。
【００４９】
しかしながら、赤色発光体の青色ポンピングのためのウィンドウとして使用できる、バンドギャップエネルギーが３．０ｅＶより大きく、ＧａＡｓに対して格子整合しているＩＩ−ＶＩ合金を製造することが可能である。この用途の有望な候補はＢｅＭｇＺｎＳｅであり、これは、ＧａＡｓ上に格子整合して成長させることができ、バンドギャップは最高３．１ｅＶである（Ｂｅ０．１４Ｍｇ０．２６Ｚｎ０．６Ｓｅの組成物で）。ウィンドウ層としてこの材料を採用し、青色ポンプ光（４５０ｎｍ又は２．７６ｅＶ）で使用される赤色発光ＲＳＣ下方コンバーターのための代表的な層構造体を、表３に示す。
【００５０】
【表３】
【００５１】
ここでも、表３のものに類似の実施形態で、追加のポテンシャル井戸と追加の吸収材層、所望によりシアンブロッカー層も含むものも、ＡｌＧａＩｎＰ系及びＢｅＭｇＺｎＳｅ系合金を用いて製造することができる。表に示されている量子井戸のバンドギャップエネルギー（Ｅｐｗ）は１．９７ｅＶの値であり、これは、量子効果により、約２ｅＶ（すなわち、赤色光）のピークエネルギーを有する再発光光を生成すると見込まれる。
【００５２】
赤色発光ポテンシャル井戸の直接青色ポンピングへの別のアプローチは、緑色発光ポテンシャル井戸の青色ポンピングを使用してから、このポテンシャル井戸からの緑色発光を使って赤色発光ポテンシャル井戸をポンピングすることである。そのような配置は、「ダブル下方変換」と呼ばれる。この配置で、ウィンドウ層が赤色発光ポテンシャル井戸と共に使用される場合は、直接青色ポテンシャル井戸が使用される場合よりも低いバンドギャップエネルギーを有し得る。例えば、第１ポテンシャル井戸からの緑色発光が５４０ｎｍ（２．３ｅＶ）のピークを有する場合、緑色発光の実質的部分が吸収されるのを避けるために、赤色発光ポテンシャル井戸と共に使用するウィンドウのバンドギャップエネルギーは好ましくは約２．５ｅＶを超える。（これは、上記の直接青色光ポンピングのための約３ｅＶを超えるウィンドウ層の望ましいバンドギャップに匹敵する。）図６から、少量のＢｅ又はＳを添加したＺｎＳｅは、約２．７ｅＶの直接バンドギャップエネルギーを有し、ＧａＡｓに対して格子整合しているＩＩ−ＶＩ材料を提供できることが明らかである。そのような材料は、よって、ウィンドウ層に好適である。緑色（５４０ｎｍ）ポンピングで使用するための赤色発光ポテンシャル井戸を採用した代表的なＲＳＣ層構造を、表４に示す。Ｂｅに関して記載されている組成物はおよその値である。
【００５３】
【表４】
【００５４】
量子井戸のバンドギャップエネルギー（Ｅｐｗ）はここでも１．９７ｅＶであり、赤色光の発光に対応している。表４のものに類似の実施形態で、追加のポテンシャル井戸、吸収材層、及び／又はシアンブロッカー層も含むものも、ＡｌＧａＩｎＰ系及びＢｅＺｎＳｅ系合金を用いて製造することができる。
【００５５】
また、間接バンドギャップを有する半導体材料を、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ赤色下方コンバーターの格子整合したウィンドウ材料に使用することも可能である。例えば、Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ（間接バンドギャップエネルギーが約２．２８ｅＶ）又は
【数２】
は、赤色発光ポテンシャル井戸の緑色ポンピングのためのウィンドウとして好適であり得る。
【００５６】
上述の見地から、Ｃｄを実質的に含まない赤色発光ポテンシャル井戸（例えばＩＩＩ−Ｖ族半導体で、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰなどの合金）は、Ｃｄ非含有の格子整合ウィンドウ層（例えば、ＩＩ−ＶＩ族半導体で、例えば、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、ＢｅＺｎＳｅ、ＭｇＺｎＳＳｅ、又はＢｅＺｎＳＳｅなどの合金）、及びＣｄ非含有の格子整合吸収材層と組み合わせることによって、望ましい場合は実質的にＣｄを含まない半導体積層体又はＲＳＣを提供できることが、理解されるであろう。更に、Ｃｄ非含有の緑色発光ポテンシャル井戸（例えば、ＩＩ−ＶＩ族半導体、例えば、ＭｇＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、又はＭｇＺｎＳＳｅなどの合金）は、Ｃｄ非含有の格子整合ウィンドウ層（例えば、別のＩＩ−ＶＩ族半導体、例えば、ＭｇＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、又はＭｇＺｎＳＳｅなどの合金）、及びＣｄ非含有の格子整合吸収材層と組み合わせることによって、望ましい場合は実質的にＣｄを含まない半導体積層体又はＲＳＣを提供できる場合によっては、半導体構成体のＩＩ−ＶＩ族半導体層は、カドミウム含有基材又は緩衝層（例えば、ＣｄＺｎＳｅ緩衝層）の上で成長させることができるが、そのような緩衝層及び基材は後でエッチング又はその他の好適な方法で除去することができ、これにより完成した半導体構成体又はデバイスは実質的にＣｄを含まない。
【００５７】
赤色光の生成に、直接ポンピングアプローチ又はダブル下方アプローチのいずれかを使い、緑色光の生成に、例えば、表２のＭｇＺｎＳｅＴｅ又はＺｎＳｅＴｅ合金などのＣｄ非含有ＩＩ−ＶＩ族半導体を使うことにより、フルカラーディスプレイのＲＧＢピクセル、及び非ピクセル化の白色エミッターを製造することができる。
【００５８】
図８は、本明細書で開示されるように、青色発光エレクトロルミネセンスデバイス８１２（例えば、ＧａＩｎＮ ＬＥＤ）を、青色ポンピングの緑色発光ＲＳＣ ８１４、及び、青色ポンピングの赤色発光ＲＳＣ ８１６と組み合わせて含んでいる、ピクセル化ＲＧＢ光源８１０の概略断面図である。これら構成要素のいずれか又は全てが、実質的にＣｄ非含有であり得、ＲｏＨＳ指令に準拠し得る。エレクトロルミネセンスデバイス８１２には、３つの個別に特定可能な青色発光源８１２ａ、８１２ｂ、８１２ｃが含まれる。光源８１２ａからの青色発光は、ＲＳＣによる下方変換なしに、光源８１０を出ることができる。光源８１２ｂからの青色ポンピング発光は、ＲＳＣ ８１４によって遮られ、これが青色ポンピング光を緑色発光に下方変換し、残存する青色光はほとんど又は全く残さない。ＲＳＣ ８１４は、例えば、合金ＭｇＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、又はＭｇＺｎＳＳｅなどのＩＩ−ＶＩ族半導体からなるポテンシャル井戸を含み得る。光源８１２ｃからの青色ポンピング発光は、ＲＳＣ ８１６によって遮られ、これが青色ポンピング光を赤色発光に下方変換し、残存する青色光はほとんど又は全く残さない。ＲＳＣ ８１６は、例えば、合金ＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族半導体からなるポテンシャル井戸を含み得る。
【００５９】
図８において、緑色発光ＲＳＣ及び赤色発光ＲＳＣを含むエピ層は、異なる基材上で別に成長させることができ、例えば、緑色エミッターはＩｎＰ基材上で成長させ、赤色エミッターはＧａＡｓ基材上で成長させることができる。そのような場合において、ＲＳＣは、別のプロセス工程において、エレクトロルミネセンスデバイス８１２に接着し、パターン化してピクセル化することができる。構造体に対する赤色発光ＲＳＣの接着は、パターン化した緑色発光ＲＳＣ又はピクセル８１４を備えたエレクトロルミネセンスデバイス８１２上に平坦化層８１８を設けることにより促進することができる。図８の構成において、平坦化層８１８は望ましくは、エレクトロルミネセンスデバイス８１２の青色発光とＲＳＣ ８１４の緑色発光の両方に対して高い透明度を有する。
【００６０】
図８では複合ＲＧＢピクセルが１つだけ示されているが、読者には、この光源８１０にはそのようなピクセルの大型アレイが含まれ得ることが理解されよう。
【００６１】
図９は、別のピクセル化ＲＧＢ光源９１０の概略断面図である。この光源もまた、青色発光エレクトロルミネセンスデバイス８１２を含み、個別に特定可能な青色発光源８１２ａ、８１２ｂ、８１２ｃを備える。光源９１０は、図８に関連して記述したものと同じ、青色ポンピングの緑色発光ＲＳＣ ８１４を含み得る。しかしながら、光源９１０はまた、青色ポンピングの緑色発光ＲＳＣ ９１２と、緑色ポンピングの赤色発光ＲＳＣ ９１４を含み得る。本明細書に記述されるように、これら構成要素のいずれか又は全てが、実質的にＣｄ非含有であり得、ＲｏＨＳ指令に準拠し得る。
【００６２】
図８の実施形態と同様に、光源８１２ａからの青色発光は、ＲＳＣによる下方変換なしに、光源９１０を出ることができる。また図８の実施形態と同様に、光源８１２ｂからの青色ポンピング発光は、ＲＳＣ ８１４によって遮られ、これが青色ポンピング光を緑色発光に下方変換し、残存する青色光はほとんど又は全く残さない。ＲＳＣ ８１４は上述のように、ＩＩ−ＶＩ族半導体からなるポテンシャル井戸を含み得る。光源８１２ｃからの青色ポンピング発光は、ＲＳＣ ９１２によって遮られ、これが青色ポンピング光の一部又は全てを緑色発光に下方変換し、所望により、一部の残存青色ポンピング光も残す。緑色光及び所望による青色光は次に、ＲＳＣ ９１４によって遮断され、これが緑色光及び所望による青色光を、赤色発光に下方変換する。ＲＳＣ ９１４は、例えば、合金ＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族半導体からなるポテンシャル井戸を含み得る。
【００６３】
図８と同様に、図９の実施形態における緑色発光ＲＳＣ及び赤色発光ＲＳＣを含むエピ層は、異なる基材上で別に成長させることができる。別のタイプのＲＳＣは、同様に、別のプロセス工程において、エレクトロルミネセンスデバイス８１２に接着し、パターン化してピクセル化することができる。構造体に対する赤色発光ＲＳＣの接着は、パターン化した緑色発光ＲＳＣ又はピクセル８１４、９１２を備えたエレクトロルミネセンスデバイス８１２上に平坦化層９１８を提供することにより促進することができる。前と同様、平坦化層９１８は望ましくは、エレクトロルミネセンスデバイス８１２の青色発光とＲＳＣ ８１４、９１２の緑色発光の両方に対して高い透明度を有する。
【００６４】
図８及び９のデバイスは、次の工程を含むプロセスを使用して製造することができる：緑色発光ＲＳＣ半導体積層体を青色ポンピングＬＥＤに接着する；成長基材（例えば、ＩｎＰ）をＲＳＣ半導体積層体から除去する；緑色発光ＲＳＣ上に取り出し機能を作製する；緑色発光ＲＳＣをピクセルにパターン化する；透明材料でオーバーコートし、デバイスを平坦化する；赤色発光ＲＳＣを、平坦化したデバイス（ピクセル化した緑色コンバーターを備えた青色ＬＥＤ）に接着する；成長基材（例えば、ＧａＡｓ）を赤色発光ＲＳＣから除去する；赤色発光ＲＳＣ上に取り出し機能を作製する；赤色発光ＲＳＣをピクセルにパターン化する；ポンピングＬＥＤに対する電気的接続のためのバイアスを作製する。
【００６５】
図１０は、複合ＲＧＢ画素又はピクセルのアレイに基づく、画像生成システムの領域１０１０、又はその一部の概略平面図である。複合又はフルカラーＲＧＢピクセル１０１１のそれぞれは、３つの構成カラー要素のグループからなっており、時にこれは「サブピクセル」と呼ばれる。これは、１つの（「Ｒ」）赤色発光、１つの（「Ｇ」）緑色発光、１つの（「Ｂ」）発光である。６つのフルカラーピクセル１０１１が図１０に示されているが、６つより少ない数、又は６よりも多い数（例えば、数十、数百、又は数千個）を望むように使用することができる。フルカラーピクセル１０１１は、図８及び９のように実現することができ、赤色及び緑色発光はＲＳＣ要素によって設けられ、青色光は青色ＬＥＤアレイから直接提供される。この青色ＬＥＤアレイは赤色及び緑色エミッターにポンピングも行っている。別の方法としては、青色光もＲＳＣによって設けられてもよく、ポンピングＬＥＤ要素は、青よりも短い波長（例えば、紫）の光を発するよう選択することができる。画像情報について、画像生成システム１０１０における赤、緑及び青のエミッターのそれぞれが、好ましいように個別に特定可能である。これは、「アクティブ」又は「パッシブ」マトリックススキームのいずれかによって達成可能である。アクティブマトリックスアプローチにおいては、ポンピングＬＥＤ要素のそれぞれが、専用のスイッチング回路に関連づけられており、論理信号がこのスイッチに印加されると、駆動電流がポンプＬＥＤ要素に印加される。パッシブマトリックスアプローチにおいては、ポンピングＬＥＤ要素のアノードとカソードが、行及び列の電極に接続されている。特定のピクセルのアノード及びカソードに接している電極に対して十分な電圧が印加されると、そのピクセルから光が放射される。
【００６６】
ＲＳＣに基づくピクセルアレイの作製のためのアプローチの詳細は、国際公開特許ＷＯ ２００８／１０９２９６ Ａ１号（Ｈａａｓｅ）及び同ＷＯ ２００９／０４８７０４ Ａ２号（Ｋｅｌｌｅｙら）、並びに次の、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願に記載されている：第６１／０５９，０７３号（代理人整理番号第６４０９５ＵＳ００２号）、（２００８年６月５日出願）、同第６１／０８８，９５３号（代理人整理番号第６４３５５ＵＳ００２号）（２００８年８月１４日出願）、同第６１／０９５，２０５号（代理人整理番号第６４４０４ＵＳ００２号）（２００８年９月８日出願）、及び同第６１／１４０，６９７号（代理人整理番号第６４４１１ＵＳ００２）、これらは全て、参照により本明細書に組み込まれる。
【００６７】
様々なＲＳＣデバイスに使用され得る光取り出し機能には、粒子のオーバーコーティング、ナノ構造、並びにエッチング構造（ウェット及び／又はドライエッチングを含む）が挙げられ、例えば米国特許出願第６１／１７５，６４０号「Ｒｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｗｉｔｈ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ」（代理人整理番号第６４７５９ＵＳ００２号）（２００９年５月５日出願）に開示されているものなどの取り出し機能が含まれ、これらは参照により本明細書に組み込まれる。
【００６８】
このようにして製造された赤色発光及び緑色発光ＲＳＣは、適応照明用の大型フルカラーＲＧＢピクセル、又は画像形成用の小さなＲＧＢピクセルを製造するのに使用することができる。あるいは、赤色及び緑色のエミッターをパターン化するか、又はパターン化せずに、赤色発光ＲＳＣを設計することによって緑色光及び青色光の一部を透過させ、緑色発光ＲＳＣを設計することによって一部の青色光を透過させることによって、非ピクセル化の白色エミッターを作製して、固定スペクトルの白色エミッターを製造するのに使用することができる。更に他の実施形態において、他のカラー／波長のスタンドアロンの緑色エミッター、赤色エミッター、若しくは緑色エミッター、又はカラー／波長の組み合わせを作製することができる。本出願の教示を用いて、これら実施形態のそれぞれは、ＲＳＣを形成し得るポテンシャル井戸、吸収材層、ウィンドウ層、及びその他の構成要素の半導体層（及び、例えば接着材料、接続ワイヤ、電気的接続材料、カプセル化材料などの、半導体を含まないその他のデバイス構成要素）で形成することができ、これらは全てＣｄ、Ｈｇ、及び／又はＡｓを実質的に含まなくてもよく、したがってＲｏＨＳ指令に準拠し、これによりそのようなデバイス自体それぞれが、実質的にＣｄ、Ｈｇ、及び／又はＡｓを実質的に含まなくてもよく、したがってＲｏＨＳ指令に準拠できる。
【００６９】
本出願の教示は更に、デバイス又は構成体が、それ自体だけで考えたときに、そのような選択された材料（例えば、水銀及び／又は砒素）が実質的に非含有ではないような１つ以上の構成要素を含み得、かつ、実際にそのような選択された材料を比較的顕著な量又はかなり大量に含み得るけれども、全体として考えたときに、カドミウム及び／又はその他の選択された材料を実質的に含まないと見なされ得る、デバイス又は構成体を製造するのに使用することができる。そのような実施形態において、顕著な量又は大量のカドミウム及び／又はその他の選択された材料を含むデバイス／構成体の構成要素は、そのような材料を含まないか実質的に含まないようなデバイス／構成体のその他の構成要素によって補償することができ、これにより、平均で、そのデバイス／構成体を全体として考えたときに、そのような材料を比較的少量だけ有することになる。ＲＳＣを形成する半導体層の積層体の場合、ＲＳＣは例えば、カドミウム濃度が５重量％、又は１０重量％である半導体材料からなるポテンシャル井戸層を含み得る。しかしながら、積層体の他の半導体層、例えばウィンドウ層及び／又は吸収材層は、カドミウムをほとんど又は全く含まない可能性があり、例えば、別個に考えたときにこれらは実質的にＣｄ非含有であり得る。カドミウムをほとんど又は全く含まない層の全体重量又は質量は、顕著な量又は大量のカドミウムを含むポテンシャル井戸層の重量又は質量に比べ、十分大きい可能性があり、これにより半導体積層体全体は、低いカドミウム量を維持し、例えば、０．０１重量％未満であり得、これによりＲｏＨＳ指令に準拠できる。別の実施形態において、ＲＳＣを形成する同様の半導体積層体は、複数のポテンシャル井戸層から成っていてよく、複数のポテンシャル井戸層を含み得、この一部又は全てが個々に、顕著な量又は大量（例えば、０．０１重量％超、０．１重量％超、１重量％超、５重量％超、又は１０重量％超）のカドミウム又はその他の選択材料を含む可能性がある。そのような実施形態において、半導体積層体の他の層は、実質的にＣｄ不含有であり得、これらＣｄ非含有層は、積層体の十分に大きな割合を占めているため、その半導体積層体は全体として、非常に少量（例えば、０．０１重量％未満）のカドミウム量を維持することになり得、これにより、その積層体で形成されたＲＳＣは、例えばＲｏＨＳ指令に準拠する。このような場合において、ＲＳＣの１つ以上の構成層が実質的にＣｄ非含有ではないけれども、全体としてＲＳＣが実質的にＣｄ非含有である場合、そのＣｄ含有層は、１つ以上のポテンシャル井戸層であり得、又は、ＲＳＣを構成する１つ以上のその他の構成層であり得る。
【００７０】
本明細書で開示されるＣｄ非含有、Ｈｇ非含有、及び／又はＡｓ非含有の実施形態は、例えばＣｄＭｇＺｎＳｅなどのカドミウム含有材料のみを採用し得る従来の実施形態に比較して、不利だと見なされ得るような本実施形態の観点において、望ましくないと見なされる可能性が高く、本教示の以前には、当業者によって非実際的だとして無視又は却下されてきたかもしれない。そのような認識される不利益には次のものが挙げられ得る。赤色発光及び緑色発光ＲＳＣをポンピングＬＥＤウエハに取り付けるためのウエハ接着工程２つが必要で、プロセスの複雑さが増す；使用するポンピングＬＥＤのウエハ当たり、高価な基材を１枚だけではなく２枚も（例えば、ＩｎＰウエハとＧａＡｓウエハ）消費することに伴う追加コスト；特に赤色発光ＲＳＣに使用される吸収剤層に関して、バンドギャップエネルギーの上限に対する制限があるため、温度安定性又は性能を犠牲にする可能性がある；ＺｎＳｅＴｅ合金からなるポテンシャル井戸の効率はまだ十分に理解されておらず、一部の用途では低すぎる可能性がある；ＭｇＺｎＳｅＴｅ及びＺｎＳｅＴｅ合金の品質はよくわかっておらず、一部尾用途では不適切である可能性がある。
【００７１】
上記で検討された具体的な材料及び構造に加え、赤色、緑色、及び／又は青色のエミッター、ピクセル化ＲＧＢエミッター、白色エミッター、並びにその他の色のエミッターを実現するための他のアプローチで、これらの一部又は全てが実質的にＣｄ、Ｈｇ及び／又はＡｓを含有せず、よってＲｏＨＳ指令に準拠し得るような他のアプローチが、可能である。１つのアプローチにおいて、緑色エミッターは、例えば、ＧａＮ系青色ポンピング発光ＬＥＤなどの青色発光エレクトロルミネセンスデバイスと共に、モノリシックに成長させることができる。そのような場合、緑色エミッターは、ＬＥＤの青色発光によって光学的に、又は電気的に、ポンピングすることができる。この点に関しては、ＡｌＧａＩｎＮ半導体における量子ドットを採用するデバイスを参照し、例えば、米国特許第７，２１７，９５９号（Ｃｈｅｎ）及び米国特許出願第ＵＳ ２００５／０２３０６９３号（Ｃｈｅｎ）が参照される。赤色発光は、光学的下方変換ポテンシャル井戸を用いて提供することができ、例えば、前記表３及び表４に関連して検討したＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰ構造が挙げられる。
【００７２】
他の実施形態において、緑色及び赤色のエミッターはモノリシックに成長させることができる。例えば、ＡｌＧａＩｎＰ合金又はＧａＩｎＰ合金を利用した赤色発光ポテンシャル井戸又はＲＳＣは、圧縮歪みＺｎＳｅＴｅ量子井戸に基づき、緑色発光ポテンシャル井戸又はＲＳＣの成長のため、基材として使用され得る。そのような場合、吸収材層及び／又はウィンドウ層は、ＧａＡｓに対して格子整合又は擬似格子整合した、ＢｅＭｇＺｎＳｅ又はＭｇＺｎＳＳｅ半導体合金から製造され得る。
【００７３】
また本明細書において、例えば、ＡｌＩｎＧａＡｓＮＰＳｂに基づく希釈窒化物半導体系からの合金など、その他のＩＩＩ−Ｖ材料系を使用した赤色発光ポテンシャル井戸又はＲＳＣが想到される。米国特許出願公開第ＵＳ ２００８／０１１１１２３号（Ｔｕら）が参照される。１つのアプローチにおいて、Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ０．００２Ｐ０．９９８に基づくポテンシャル井戸と、６２５ｎｍ付近の発光は、ＧａＰ基材に対して格子整合して成長させることができる。ＧａＰは、４２０ｎｍでポンピングするための吸収材層として使用することができ、ＺｎＳ又はＺｎＳＳｅからなる格子整合したウィンドウ層も使用することができる。
【００７４】
最後に、赤色、緑色、及び青色の要素を含んだハイブリッドピクセルアレイを製造するために本明細書に記述されたアプローチが、単色の下方変換半導体デバイス、及び多数又は白色の下方変換半導体デバイスの、カドミウム非含有バージョンを生成するために使用できることが、読者には再び注意を喚起される。
【００７５】
特記しない限り、本明細書及び「特許請求の範囲」で使用されている量、性質の測定などを表現する全ての数は、用語「約」により改変されていると理解されるべきである。したがって、反することが示されない限り、本明細書及び添付の「特許請求の範囲」に記載の数値的パラメーターは、本発明の教示を利用して当業者により得ることが求められる所望の性質に応じて変化する近似値である。均等論を「特許請求の範囲」の範疇に適用することを制限しようとする試みとしてではなく、各数値パラメーターは少なくとも、記録された有効数字の桁数を考慮して、又通常の四捨五入を適用することによって解釈されるべきである。本発明の広範な範囲を示す数値範囲及びパラメーターは近似であるにもかかわらず、いかなる数値も本明細書で述べられる具体的な例で示される程度に、これらは妥当に可能な限り精確に報告される。しかしながら、いかなる数値も試験及び測定の限界に関連する誤差を含み得る。
【００７６】
本発明の様々な修正及び変更は、本発明の範囲及び趣旨から逸脱せずに当該技術分野の当業者に明らかとであり、本発明は、ここに記載された例示的な実施形態に限定されないことが理解されるべきである。例えば、１つの開示実施形態の特徴は、別に記載のない限り、他の開示実施形態全てにも適用され得ることを、読者は推定すべきである。また、本明細書において参照された全ての米国特許、公開特許出願、並びに他の特許及び非特許文書は、それらが上述の開示に矛盾しない範囲において、参照によって全てが組み込まれることが理解されるべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光子エネルギーを有する光を、より小さな第２光子エネルギーを有する光へと変換し、かつ第１のＩＩＩ−Ｖ型半導体を含む、第１ポテンシャル井戸と、
前記第１光子エネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、かつ第１のＩＩ−ＶＩ族半導体を含む、ウィンドウと、を含む、半導体構成体。
【請求項２】
前記第１ポテンシャル井戸が擬似格子整合である、請求項１に記載の構成体。
【請求項３】
前記ウィンドウが実質的にＣｄ非含有である、請求項１に記載の構成体。
【請求項４】
前記半導体構成体が、ＲｏＨＳ指令に適合している、請求項１に記載の構成体。
【請求項５】
前記第１光子エネルギーを有する前記光が、紫外線、紫色、青色、及び／又は緑色光を含む、請求項１に記載の構成体。
【請求項６】
前記第２光子エネルギーを有する前記光が、赤色光を含む、請求項１に記載の構成体。
【請求項７】
前記構成体が擬似格子整合であり、第２のＩＩＩ−Ｖ族半導体を含む基材上に配置されている、請求項１に記載の構成体。
【請求項８】
前記第２のＩＩＩ−Ｖ族半導体がＧａＡｓを含む、請求項７に記載の構成体。
【請求項９】
前記第１のＩＩＩ−Ｖ族半導体がＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰを含む、請求項１に記載の構成体。
【請求項１０】
前記第１のＩＩ−ＶＩ族半導体がＢｅＭｇＺｎＳｅ又はＢｅＺｎＳｅを含む、請求項１に記載の構成体。
【請求項１１】
前記第１のＩＩ−ＶＩ族半導体がＭｇＺｎＳＳｅ又はＢｅＺｎＳＳｅを含む、請求項１に記載の構成体。
【請求項１２】
前記第１ポテンシャル井戸が、１つ以上の吸収材層と、所望により１つ以上の追加ポテンシャル井戸と、を含む、擬似格子整合半導体層の積層体の構成要素であり、前記半導体層の積層体の層はそれぞれ、ＡｌＧａＩｎＰを含む、請求項１に記載の構成体。
【請求項１３】
前記第１ポテンシャル井戸が、１つ以上の吸収材層と、所望により１つ以上の追加ポテンシャル井戸と、を含む、擬似格子整合半導体層の積層体の構成要素であり、前記半導体層の積層体は、実質的にＣｄ非含有である、請求項１に記載の構成体。
【請求項１４】
前記第１光子エネルギーを有する光を放射するよう適合された光源上に配置されている、請求項１の構成体。
【請求項１５】
前記第１光子エネルギーを有する光を放射するよう適合された光源上に配置されている、請求項１の構成体と、
前記第１光子エネルギーを有する光を、前記第１光子エネルギーより小さく前記第２光子エネルギーより大きい第３光子エネルギーを有する光へと変換し、かつ第２のＩＩ−ＶＩ族半導体を含む、第２ポテンシャル井戸と、を含む、発光システム。
【請求項１６】
前記第２ポテンシャル井戸が実質的にＣｄ非含有である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第２ポテンシャル井戸が、１つ以上の吸収材層と、所望により１つ以上の追加ポテンシャル井戸と、を含む、擬似格子整合半導体層の積層体の構成要素であり、前記半導体層の積層体は、全体として実質的にＣｄ非含有である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１光子エネルギーを有する前記光が、紫外線、紫色、及び／又は青色光を含み、前記第３光子エネルギーを有する前記光が、緑色光を含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第２のＩＩ−ＶＩ族半導体がＭｇＺｎＳｅＴｅ又はＺｎＳｅＴｅを含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第２のＩＩ−ＶＩ族半導体がＢｅＭｇＺｎＳｅ又はＭｇＺｎＳＳｅを含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２１】
請求項１の構成体と、
前記第１光子エネルギーよりも大きい第３光子エネルギーを有する光を放射するよう適合された光源と、
前記第３光子エネルギーを有する前記光を、前記第１光子エネルギーを有する光へと変換し、かつ第２のＩＩ−ＶＩ族半導体を含む、第２ポテンシャル井戸と、を含む、発光システム。
【請求項２２】
前記第２ポテンシャル井戸が実質的にＣｄ非含有である、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記第２ポテンシャル井戸が、１つ以上の吸収材層と、所望により１つ以上の追加ポテンシャル井戸と、を含む、擬似格子整合半導体層の積層体の構成要素であり、前記半導体層の積層体は、全体として実質的にＣｄ非含有である、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第２のＩＩ−ＶＩ族半導体がＭｇＺｎＳｅＴｅ又はＺｎＳｅＴｅを含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記第２のＩＩ−ＶＩ族半導体がＢｅＭｇＺｎＳｅ又はＭｇＺｎＳＳｅを含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
前記第３光子エネルギーを有する前記光が、紫外線、紫色、及び／又は青色光を含み、前記第１光子エネルギーを有する前記光が、緑色光を含み、前記第２光子エネルギーを有する前記光が、赤色光を含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第２ポテンシャル井戸が、前記光源と請求項１の構成体との間に配置される、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２８】
第１光子エネルギーを有する光を、より小さな第２光子エネルギーを有する光へと変換し、かつ第１のＩＩ−ＶＩ型半導体を含む、第１ポテンシャル井戸を含む半導体構成体であって、
前記第１ポテンシャル井戸と半導体構成体全体のうち少なくとも１つが実質的にＣｄ非含有である、半導体構成体。
【請求項２９】
前記第１のＩＩ−ＶＩ族半導体がＩｎＰに対して擬似格子整合である、請求項２８に記載の構成体。
【請求項３０】
前記第１のＩＩ−ＶＩ族半導体がＭｇＺｎＳｅＴｅ又はＺｎＳｅＴｅを含む、請求項２８に記載の構成体。
【請求項３１】
前記第１のＩＩ−ＶＩ族半導体がＢｅＭｇＺｎＳｅ又はＭｇＺｎＳＳｅを含む、請求項２８に記載の構成体。
【請求項３２】
前記第１光子エネルギーを有する前記光が、紫外線、紫色、及び／又は青色光を含み、前記第２光子エネルギーを有する前記光が、緑色光を含む、請求項２８に記載の構成体。
【請求項３３】
前記第１光子エネルギーを有する前記光を放射するよう適合された光源と組み合わせた、請求項２８に記載の構成体。
【請求項３４】
第１光子エネルギーを有する光を、より小さな第２光子エネルギーを有する光へと変換し、かつ第１のＩＩＩ−Ｖ型半導体を含む、第１ポテンシャル井戸と、
前記第１光子エネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、かつ第２のＩＩＩ−Ｖ族半導体を含む、ウィンドウと、を含む、半導体構成体。
【請求項３５】
前記第１ポテンシャル井戸が、前記ウィンドウに対して格子整合している、請求項３４に記載の構成体。
【請求項３６】
前記第２のＩＩＩ−Ｖ族半導体が間接的バンドギャップを有する、請求項３４に記載の構成体。
【請求項３７】
前記第１光子エネルギーを有する前記光を放射するよう適合された光源上に配置されている、請求項３４に記載の構成体。
【請求項３８】
第３光子エネルギーを有する光を、前記第１光子エネルギーを有する前記光へと変換し、かつ第１のＩＩ−ＶＩ族半導体を含む、第２ポテンシャル井戸を更に含み、
前記第３光子エネルギーは前記第１光子エネルギーよりも大きい、請求項３４に記載の構成体。
【請求項３９】
前記第２ポテンシャル井戸が半導体積層体内に含まれており、前記第２ポテンシャル井戸と半導体積層体全体のうち少なくとも１つが実質的にＣｄ非含有である、請求項３８に記載の構成体。
【請求項４０】
前記第３光子エネルギーを有する前記光が、紫外線、紫色、及び／又は青色光を含み、前記第１光子エネルギーを有する前記光が、緑色光を含み、前記第２光子エネルギーを有する前記光が、赤色光を含む、請求項３８に記載の構成体。
【請求項４１】
前記第１のＩＩＩ−Ｖ族半導体がＡｌＧａＩｎＰを含み、前記第２のＩＩＩ−Ｖ族半導体がＡｌＩｎＰを含み、及び前記第１のＩＩ−ＶＩ族半導体がＭｇＺｎＳｅＴｅ又はＺｎＳｅＴｅを含む、請求項３８に記載の構成体。
【請求項４２】
前記第１のＩＩ−ＶＩ族半導体がＢｅＭｇＺｎＳｅ又はＭｇＺｎＳＳｅを含む、請求項３８に記載の構成体。
【請求項４３】
前記第３光子エネルギーを有する光を放射するよう適合された光源上に配置されている、請求項３８に記載の構成体。
【請求項１】
第１光子エネルギーを有する光を、より小さな第２光子エネルギーを有する光へと変換し、かつ第１のＩＩＩ−Ｖ型半導体を含む、第１ポテンシャル井戸と、
前記第１光子エネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、かつ第１のＩＩ−ＶＩ族半導体を含む、ウィンドウと、を含む、半導体構成体。
【請求項２】
前記第１ポテンシャル井戸が擬似格子整合である、請求項１に記載の構成体。
【請求項３】
前記ウィンドウが実質的にＣｄ非含有である、請求項１に記載の構成体。
【請求項４】
前記半導体構成体が、ＲｏＨＳ指令に適合している、請求項１に記載の構成体。
【請求項５】
前記第１光子エネルギーを有する前記光が、紫外線、紫色、青色、及び／又は緑色光を含む、請求項１に記載の構成体。
【請求項６】
前記第２光子エネルギーを有する前記光が、赤色光を含む、請求項１に記載の構成体。
【請求項７】
前記構成体が擬似格子整合であり、第２のＩＩＩ−Ｖ族半導体を含む基材上に配置されている、請求項１に記載の構成体。
【請求項８】
前記第２のＩＩＩ−Ｖ族半導体がＧａＡｓを含む、請求項７に記載の構成体。
【請求項９】
前記第１のＩＩＩ−Ｖ族半導体がＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰを含む、請求項１に記載の構成体。
【請求項１０】
前記第１のＩＩ−ＶＩ族半導体がＢｅＭｇＺｎＳｅ又はＢｅＺｎＳｅを含む、請求項１に記載の構成体。
【請求項１１】
前記第１のＩＩ−ＶＩ族半導体がＭｇＺｎＳＳｅ又はＢｅＺｎＳＳｅを含む、請求項１に記載の構成体。
【請求項１２】
前記第１ポテンシャル井戸が、１つ以上の吸収材層と、所望により１つ以上の追加ポテンシャル井戸と、を含む、擬似格子整合半導体層の積層体の構成要素であり、前記半導体層の積層体の層はそれぞれ、ＡｌＧａＩｎＰを含む、請求項１に記載の構成体。
【請求項１３】
前記第１ポテンシャル井戸が、１つ以上の吸収材層と、所望により１つ以上の追加ポテンシャル井戸と、を含む、擬似格子整合半導体層の積層体の構成要素であり、前記半導体層の積層体は、実質的にＣｄ非含有である、請求項１に記載の構成体。
【請求項１４】
前記第１光子エネルギーを有する光を放射するよう適合された光源上に配置されている、請求項１の構成体。
【請求項１５】
前記第１光子エネルギーを有する光を放射するよう適合された光源上に配置されている、請求項１の構成体と、
前記第１光子エネルギーを有する光を、前記第１光子エネルギーより小さく前記第２光子エネルギーより大きい第３光子エネルギーを有する光へと変換し、かつ第２のＩＩ−ＶＩ族半導体を含む、第２ポテンシャル井戸と、を含む、発光システム。
【請求項１６】
前記第２ポテンシャル井戸が実質的にＣｄ非含有である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第２ポテンシャル井戸が、１つ以上の吸収材層と、所望により１つ以上の追加ポテンシャル井戸と、を含む、擬似格子整合半導体層の積層体の構成要素であり、前記半導体層の積層体は、全体として実質的にＣｄ非含有である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１光子エネルギーを有する前記光が、紫外線、紫色、及び／又は青色光を含み、前記第３光子エネルギーを有する前記光が、緑色光を含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第２のＩＩ−ＶＩ族半導体がＭｇＺｎＳｅＴｅ又はＺｎＳｅＴｅを含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第２のＩＩ−ＶＩ族半導体がＢｅＭｇＺｎＳｅ又はＭｇＺｎＳＳｅを含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２１】
請求項１の構成体と、
前記第１光子エネルギーよりも大きい第３光子エネルギーを有する光を放射するよう適合された光源と、
前記第３光子エネルギーを有する前記光を、前記第１光子エネルギーを有する光へと変換し、かつ第２のＩＩ−ＶＩ族半導体を含む、第２ポテンシャル井戸と、を含む、発光システム。
【請求項２２】
前記第２ポテンシャル井戸が実質的にＣｄ非含有である、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記第２ポテンシャル井戸が、１つ以上の吸収材層と、所望により１つ以上の追加ポテンシャル井戸と、を含む、擬似格子整合半導体層の積層体の構成要素であり、前記半導体層の積層体は、全体として実質的にＣｄ非含有である、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第２のＩＩ−ＶＩ族半導体がＭｇＺｎＳｅＴｅ又はＺｎＳｅＴｅを含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記第２のＩＩ−ＶＩ族半導体がＢｅＭｇＺｎＳｅ又はＭｇＺｎＳＳｅを含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
前記第３光子エネルギーを有する前記光が、紫外線、紫色、及び／又は青色光を含み、前記第１光子エネルギーを有する前記光が、緑色光を含み、前記第２光子エネルギーを有する前記光が、赤色光を含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第２ポテンシャル井戸が、前記光源と請求項１の構成体との間に配置される、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２８】
第１光子エネルギーを有する光を、より小さな第２光子エネルギーを有する光へと変換し、かつ第１のＩＩ−ＶＩ型半導体を含む、第１ポテンシャル井戸を含む半導体構成体であって、
前記第１ポテンシャル井戸と半導体構成体全体のうち少なくとも１つが実質的にＣｄ非含有である、半導体構成体。
【請求項２９】
前記第１のＩＩ−ＶＩ族半導体がＩｎＰに対して擬似格子整合である、請求項２８に記載の構成体。
【請求項３０】
前記第１のＩＩ−ＶＩ族半導体がＭｇＺｎＳｅＴｅ又はＺｎＳｅＴｅを含む、請求項２８に記載の構成体。
【請求項３１】
前記第１のＩＩ−ＶＩ族半導体がＢｅＭｇＺｎＳｅ又はＭｇＺｎＳＳｅを含む、請求項２８に記載の構成体。
【請求項３２】
前記第１光子エネルギーを有する前記光が、紫外線、紫色、及び／又は青色光を含み、前記第２光子エネルギーを有する前記光が、緑色光を含む、請求項２８に記載の構成体。
【請求項３３】
前記第１光子エネルギーを有する前記光を放射するよう適合された光源と組み合わせた、請求項２８に記載の構成体。
【請求項３４】
第１光子エネルギーを有する光を、より小さな第２光子エネルギーを有する光へと変換し、かつ第１のＩＩＩ−Ｖ型半導体を含む、第１ポテンシャル井戸と、
前記第１光子エネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、かつ第２のＩＩＩ−Ｖ族半導体を含む、ウィンドウと、を含む、半導体構成体。
【請求項３５】
前記第１ポテンシャル井戸が、前記ウィンドウに対して格子整合している、請求項３４に記載の構成体。
【請求項３６】
前記第２のＩＩＩ−Ｖ族半導体が間接的バンドギャップを有する、請求項３４に記載の構成体。
【請求項３７】
前記第１光子エネルギーを有する前記光を放射するよう適合された光源上に配置されている、請求項３４に記載の構成体。
【請求項３８】
第３光子エネルギーを有する光を、前記第１光子エネルギーを有する前記光へと変換し、かつ第１のＩＩ−ＶＩ族半導体を含む、第２ポテンシャル井戸を更に含み、
前記第３光子エネルギーは前記第１光子エネルギーよりも大きい、請求項３４に記載の構成体。
【請求項３９】
前記第２ポテンシャル井戸が半導体積層体内に含まれており、前記第２ポテンシャル井戸と半導体積層体全体のうち少なくとも１つが実質的にＣｄ非含有である、請求項３８に記載の構成体。
【請求項４０】
前記第３光子エネルギーを有する前記光が、紫外線、紫色、及び／又は青色光を含み、前記第１光子エネルギーを有する前記光が、緑色光を含み、前記第２光子エネルギーを有する前記光が、赤色光を含む、請求項３８に記載の構成体。
【請求項４１】
前記第１のＩＩＩ−Ｖ族半導体がＡｌＧａＩｎＰを含み、前記第２のＩＩＩ−Ｖ族半導体がＡｌＩｎＰを含み、及び前記第１のＩＩ−ＶＩ族半導体がＭｇＺｎＳｅＴｅ又はＺｎＳｅＴｅを含む、請求項３８に記載の構成体。
【請求項４２】
前記第１のＩＩ−ＶＩ族半導体がＢｅＭｇＺｎＳｅ又はＭｇＺｎＳＳｅを含む、請求項３８に記載の構成体。
【請求項４３】
前記第３光子エネルギーを有する光を放射するよう適合された光源上に配置されている、請求項３８に記載の構成体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２０１２−５３２４５４（Ｐ２０１２−５３２４５４Ａ）
【公表日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１７７８２（Ｐ２０１２−５１７７８２）
【出願日】平成２２年６月２５日（２０１０．６．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４００３８
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００８４７６
【国際公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（５０５００５０４９）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２５日（２０１０．６．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４００３８
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００８４７６
【国際公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（５０５００５０４９）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Ｆターム（参考）】
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