WO2002056391A1 - Dispositif electroluminescent - Google Patents

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light emitting
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Takahiro Kozawa
Naoki Shibata
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Toyoda Gosei Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device. More specifically, the present invention relates to a light emitting device in which a group III nitride compound semiconductor light emitting element is combined with a phosphor, and a part of the light of the light emitting element is converted by the phosphor and emitted.
  • a group III nitride compound semiconductor light emitting element is combined with a phosphor, and a part of the light of the light emitting element is converted by the phosphor and emitted.
  • a part of the light from the light-emitting element is wavelength-converted by the phosphor, and the wavelength-converted light and the light from the light-emitting element are mixed and emitted to emit a color different from that of the light-emitting element itself
  • Various light emitting devices have been proposed. For example, a light emitting device having a configuration in which a blue light emitting element is combined with a phosphor that is excited by blue light and emits light having a longer wavelength than blue light is known.
  • blue light that is, light in the visible region is used as excitation light for the phosphor.
  • the phosphor has different excitation efficiency or luminous efficiency depending on the wavelength of the excitation light, and generally, the excitation efficiency is reduced when light in the visible region is used as the excitation light. Therefore, in the above-described light emitting device, the excitation efficiency of the phosphor is low, and the light from the light emitting element cannot be converted into a wavelength with high efficiency and externally radiated. Further, the low excitation efficiency of the phosphor increases the loss of blue light of the light emitting element, and the amount of blue light radiated outside without being converted by the phosphor is also reduced.
  • the amount of light obtained by wavelength conversion of light from the light emitting element and the amount of light from the light emitting element directly radiated to the outside without wavelength conversion are both small.
  • the light emission amount (luminance) of the entire light emitting device decreases.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to use a single light source (light emitting element) to emit light of a color different from the light emitting color of the light emitting element itself with high efficiency. And a light emitting device. In particular, white or two or more wavelengths It is an object of the present invention to provide a light emitting device capable of emitting light of a mixed color with high efficiency. Disclosure of the invention
  • the present inventors have studied various improvements in a light emitting device using a group III nitride-based compound semiconductor as a material of a light emitting layer, and found that the light emitting device has a light emission peak wavelength in the ultraviolet region and a light emission peak wavelength in the visible region.
  • a light-emitting element that can emit the light having the light.
  • the present invention has been made based on the above study, and the configuration is as follows. That is,
  • a light-emitting element comprising a group III nitride compound semiconductor and having a light-emitting layer that emits light in an ultraviolet region and light in a visible region with a light emission peak wavelength
  • a phosphor that emits light having a wavelength different from that of the excitation light when excited by the light in the ultraviolet region.
  • the phosphor is excited and emitted by the light in the ultraviolet region emitted by the light emitting element, and the light due to the emission and the light in the visible region emitted by the light emitting element are mixed and emitted outside.
  • the light in the ultraviolet region emitted from the light emitting element is used for exciting the phosphor, the phosphor can be excited with high efficiency, and high-luminance light can be obtained from the phosphor.
  • light in the visible region is emitted from the light emitting element, but such light is emitted outside without being absorbed by the phosphor. Therefore, light in the visible region emitted from the light emitting element can be used as external radiation without loss.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a white LED 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the light emitting element 10 used in the LED 1.
  • FIG. 3 is a graph showing a light emission spectrum of the light emitting element 10.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an optical element 60 used in a light emitting device according to another embodiment of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the light-emitting device of the present invention includes a light-emitting layer that is made of a Group III nitride-based compound semiconductor and emits light having an emission peak wavelength in an ultraviolet region and light having an emission peak wavelength in a visible region. That is, as for the emission wavelength, a light emitting layer having at least one emission peak in the ultraviolet region and one emission peak in the visible region is used. If the light-emitting layer satisfies such conditions, for example, a light-emitting layer having two or more light emission peaks in an ultraviolet region can be used, and a light-emitting layer having two or more light emission peaks in a visible region can be used. Monkey
  • the light in the ultraviolet region needs to be light that can excite a phosphor described below.
  • the light is a light having a wavelength capable of exciting the phosphor with high efficiency. Therefore, it is preferable to have an emission peak wavelength near the excitation wavelength of the phosphor, and it is more preferable to have a single emission peak wavelength near the excitation wavelength of the phosphor.
  • the light in the visible region is emitted after being mixed with light emitted from a phosphor described later. That is, the light emitting device of the present invention can emit light of a color in which light in the visible region emitted from the light emitting layer of the light emitting element and light from the phosphor are mixed. Therefore, the color (wavelength) of light in the visible region can be appropriately selected in consideration of the color (wavelength) of light from the phosphor and the color of light emitted from the light emitting device. In other words, the emission color of the light emitting device can be changed by changing the color (wavelength) of light in the visible region.
  • light in the visible region can have an emission peak wavelength in the range of 4300 nm to 5600 nm.
  • the emission peak wavelength is 450 nn! It can be in the range of ⁇ 49 nm.
  • the light in the visible region is blue light, and a light emitting device that emits white light can be configured by using a phosphor that emits yellow to yellow-green light as a phosphor described later.
  • the light emitting layer is formed using a group III nitride compound semiconductor.
  • a group III nitride compound semiconductor is represented by a general formula
  • Some of the Group III elements may be replaced with boron (B), thallium (T 1), etc.
  • part of nitrogen (N) may be replaced with phosphorus (P), arsenic (A s), antimony (S b ), Bismuth (B i), etc.
  • the light emitting layer may contain an arbitrary dopant.
  • a 1 xl G ato xl An area consisting of x2 I n x2 N (0 ⁇ xl ⁇ l, 0 ⁇ x 2 ⁇ 1 N x 1> x 2)
  • Shall have an A 1 yl G a Bok over I n y2 N (0 rather yl rather 1, 0 ⁇ y 2 ⁇ 1 s y 1 ⁇ y 2) region composed of. Since the former region contains a large amount of A1 in its composition, the band gap is relatively large, and light in the ultraviolet region having a relatively short emission wavelength can be emitted. On the other hand, since the latter region contains a large amount of In in its composition, the band gap is relatively small, and light in the visible region having a long emission wavelength can be emitted. Both these regions are preferably formed in a single layer in a mixed crystal state.
  • the light-emitting layer When the light-emitting layer is formed in a ternary system, it emits light in the visible region and a region composed of A 1 x G a! _ X N (0 ⁇ x ⁇ 1) that emits light in the ultraviolet region.
  • a light emitting layer having a region consisting of In y G a — y N (0 ⁇ y ⁇ 1) can be employed. Also in this case, it is preferable to form both regions in a single layer in a mixed crystal state.
  • the light emitting layer as described above can be formed by, for example, a metal organic chemical vapor deposition method (hereinafter, referred to as “MOCVD method”) as described in Examples below.
  • MOCVD method metal organic chemical vapor deposition method
  • an ammonia gas and an alkyl compound gas of a group III element are placed in a MOC VD apparatus heated to a predetermined temperature.
  • MOC VD apparatus heated to a predetermined temperature.
  • TMG trimethyl gallium
  • TMA trimethyl aluminum
  • TMI trimethyl indium
  • Formation of light emitting layer By adjusting the long conditions, that is, the growth temperature, the flow rate of the ammonia gas, the ratio and the flow rate of the alkyl compound gas, the flow rate ratio of the ammonia gas and the alkyl compound gas, the growth rate, etc. Can be formed.
  • Elemental source gas (TMG, TMA, TMI) 1 000: 1 to: L 00000: 1 range, growth temperature 600 ° C to 1100 ° C, growth rate 0.002 to 1 ⁇ mZ min by growing the light emitting layer in the range of, good a 1 crystallinity xl G a x _ xl _ x2 I n x 2 n (0 rather xl rather 1, 0 rather x 2 ° 1, x 1> x 2) and a l yl G a preparative vl - y 2 I n y 2 n (0 rather yl rather 1, 0 ⁇ y 2 ⁇ 1 y 1 ⁇ y 2) can be grown emitting layer composed of a mixed crystal of.
  • the light emitting layer is grown with a range of 1 to 80,000: 1, a growth temperature of 700 to 900 ° C, and a growth rate of 0.01 to 0.1 im / min.
  • a 1 xl G a — x2 In x 2 N (0 x xl x 1, 0 x x 2 x 1, x 1> x 2) is obtained by appropriately adjusting the growth conditions of the light emitting layer. It is possible to form light-emitting layers having different ratios of the region and the region consisting of A 1 y G a 1 yl _ y2 I n y2 N (0 x yl x 1, 0 ⁇ y 2 ⁇ 1 y 1 ⁇ y 2). it can.
  • I n y G ai _ y N can form different light-emitting layers of the proportion of the region consisting of (0 ⁇ y ⁇ l).
  • the layer configuration of the light emitting layer is not particularly limited, and a single quantum well structure, a multiple quantum well structure, or the like can be employed.
  • the method of forming the light emitting layer is not limited to the MOCVD method, but includes a well-known molecular beam crystal growth method (MBE method), a halide vapor deposition method (HVPE method), a sputtering method, an ion plating method, an electron shower method, and the like. Can also be formed.
  • MBE method molecular beam crystal growth method
  • HVPE method halide vapor deposition method
  • sputtering method an ion plating method
  • an electron shower method and the like.
  • the phosphor is excited by light in the ultraviolet region emitted from the light emitting element, and is different from the excitation light. It emits light of a certain wavelength. Therefore, any phosphor that can be excited by light in the ultraviolet region emitted from a luminescent element can be used as the phosphor in the present invention.
  • Z n S C u, A l, (Z n, C d) S: Cu, A l, Z n S: C u, A u, A l, Y 2 S I_ ⁇ 5: T b, ( Z n, C d) S: Cu, Gd 2 ⁇ 2 S: Tb, Y 2 O 2 S: Tb, Y 3 A 15 O 12 : Ce, (Zn, C d) S: Ag, Zn S: A g, Cu, G a, C l, Y 3 A l 5 12 : Tb, Y 3 (A 1, G a) 5 ⁇ 12 : Tb, Zn 2 S i ⁇ 4 : Mn, L a P 0 4: C e, Tb, Y 2 0 3 S: Eu, YV_ ⁇ 4: Eu, Z n S: M ns Y 2 0 3: E u, Z n S: Ag, Z n S: A g ,
  • a phosphor that emits light with high luminance when irradiated with excitation light emitted from a light emitting element is preferably used. Further, light emitted from the phosphor is mixed with light in the visible region emitted from the light emitting element and emitted externally. That is, the emission color of the phosphor is an element that determines the emission color of the entire light emitting device. Therefore, a phosphor having a luminescent color that can obtain a luminescent device of a desired luminescent color is selected. For example, when the visible light from the light emitting element is blue light, by using a phosphor having a yellow-yellow green light emission color, the light emitting device as a whole emits white light. Obtainable.
  • ZnS Cu, A1s (Zn, Cd) S: Cu, Al, ZnS: Cu, Au, A l, Y 2 S I_ ⁇ 5: Tb, (Z n, C d) S: Cu, G d 2 ⁇ 2 S: Tb, Y 2 0 2 S: Tb, Y 3 A 1 5 ⁇ 12: C e , (Z n, C d) S: Ag, Z n S: A g, C u, G a, C l, Y 3 A l 5 ⁇ 12: Tb, Y 3 (A 1, G a) 5 0 12 : Tb, Z n 2 S I_ ⁇ 4: Mn, L a P0 4 : C e, it is possible to use T b, and the like.
  • the phosphor may have an excitation wavelength for visible light emitted from the light emitting element.
  • the visible light emitted from the light emitting element it emits light of a different wavelength from the excitation light
  • a phosphor capable of emitting light (second phosphor) can be used in combination with the above phosphor. This makes it possible to correct the emission color of the light emitting device using the emission from the second phosphor.
  • n-type GaN layer doped with n-type impurities such as Si, S, Se, Te, and Ge is irradiated with light in the ultraviolet region, yellow light is emitted.
  • the emission color of the light emitting device of the present invention can be corrected using the emission obtained from the n-type GaN layer.
  • high-luminance light emission can be obtained from the n-type GaN layer
  • the above-mentioned phosphor is omitted by using such light emission, and light from the n-type GaN layer and light from the light-emitting element are emitted.
  • Light emission of the light emitting device can also be obtained by mixing color with visible light.
  • the above-mentioned phosphors can be used together.
  • the phosphor is arranged in the light emission direction of the light emitting device.
  • the phosphor is preferably used by being dispersed in a light transmitting material.
  • the light emitting direction of the light emitting element is covered with a light transmitting material in which a phosphor is dispersed (hereinafter, referred to as “fluorescent material”).
  • fluorescent material can be formed in a layer on the surface of the light emitting element.
  • the cup portion may be filled with a fluorescent material.
  • a fluorescent material can be used as the sealing member. That is, an element structure including a light emitting element may be sealed with a fluorescent material.
  • epoxy resin silicone resin, urea resin, glass, or the like is used. These materials can be used alone or two or more arbitrarily selected from them can be used.
  • the concentration distribution of the phosphor in the light transmissive material can be changed according to the purpose of use, conditions of use, and the like. That is, the amount of the phosphor is changed continuously or stepwise as it approaches the light emitting element. For example, the concentration of the phosphor is increased in a portion near the light emitting element. Thus, the phosphor can be efficiently irradiated with light from the light emitting element. By decreasing the concentration of the phosphor as the light emitting element is approached, deterioration of the phosphor due to heat generation of the light emitting element can be suppressed.
  • a layer or space made of another light transmissive material may be provided between the fluorescent material and the light emitting element.
  • the light from the light emitting element passes through the fluorescent material (the light in the ultraviolet region excites and emits the phosphor), and the light in the visible region from the light emitting element and the light from the phosphor Are automatically mixed in the fluorescent material.
  • the mode of mixing the light in the visible region from the light emitting element and the light from the phosphor is not limited to this.
  • phosphors are arranged in an island shape around the light emitting element. By irradiating the phosphor with ultraviolet light from the light emitting device and passing light in the visible region between the phosphor islands, light in the visible region from the light emitting device and light from the phosphor are emitted. Can be mixed in the sealing member.
  • the phosphor and the light emitting element are integrally combined to form the light emitting device.
  • the light emitting device may be configured with the phosphor separately from the light emitting element.
  • a light emitting device can be formed by forming an LED using the light emitting element having the above-described configuration and combining it with a light transmitting material containing a phosphor (a light transmitting film or a cap containing a phosphor).
  • the light emitting device of the present invention can be used alone as a light source that emits white light or the like. It can also be used for light-emitting diode display devices that display white with high density and high definition (hereinafter referred to as “LED display devices”).
  • LED display devices In a conventional LED display device capable of full-color display, white light emission is obtained by combining each LED of R, G, and B to form one pixel, and emitting and mixing colors. In other words, three LEDs are required to emit light for white display, and the display area is larger than in the case of single-color light emission such as green and red. For this reason, it was not possible to display white with high definition as in the case of green and the like.
  • white light emission can be realized by itself.By using the light emitting device in addition to each LED of RGB, a white display can be obtained with high density and high definition similarly to light emission of green and red. it can. Another advantage is that the white display can be adjusted by controlling the lighting state of one light emitting element.
  • white display is not performed by mixing the emission colors of RGB LEDs as in the past, there is no change in the visible color depending on the viewing angle, and it is also possible to reduce color unevenness. it can.
  • the white display by the mixed color of RGB and the white display by the light emitting device of the present invention are performed at the same time, thereby increasing the luminosity and luminance in the white display.
  • LED light emitting device
  • FIG. 1 is a diagram showing a white LED 1 according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a light emitting element 10 used in an LED 1.
  • composition Dopant
  • Second n-type layer 14 n -A 1 G a N S i
  • Substrate 11 The material of the substrate 11 is not particularly limited as long as it can grow a group III nitride compound semiconductor layer.
  • a group III nitride compound semiconductor layer In addition to sapphire, spinel, silicon, silicon carbide, zinc oxide, gallium phosphide, gallium arsenide Gallium, magnesium oxide, manganese oxide, group III nitride compound semiconductor single crystal, or the like can be used.
  • a sapphire substrate it is preferable to use the a-plane.
  • the buffer layer 12 is used to grow a high-quality semiconductor layer, and is formed on the surface of the substrate 11 by a well-known M ⁇ CVD method or the like.
  • a 1 N is buffered.
  • Each semiconductor layer is formed by a well-known MOCVD method.
  • ammonia gas and an alkyl compound gas of a group III element such as trimethyl gallium (TMG), trimethyl aluminum (TMA) and trimethyl indium (TM I) are heated to an appropriate temperature.
  • TMG trimethyl gallium
  • TMA trimethyl aluminum
  • TM I trimethyl indium
  • MBE molecular beam crystal growth
  • HVPE halide vapor phase epitaxy
  • sputtering ion plating, electron plating, etc. It can also be formed by a shower method or the like.
  • the group III nitride-based compound semiconductor may contain any dopant. Si, Ge, Se, Te, C, and the like can be used as the n-type impurities. Mg, Zn, Be, Ca, Sr, Ba and the like can be used as the r> type impurities. After doping with a p-type impurity, the group III nitride-based compound semiconductor can be exposed to electron beam irradiation, plasma irradiation, or heating by a furnace.
  • the layer 15 including the light emitting layer was formed as follows. First, the substrate temperature was set to 830 ° C, and TMG and ammonia gas were supplied into the MOCVD apparatus. Thus, a barrier layer (GaN) was formed. Subsequently, while maintaining the substrate temperature, the source gas was changed to ammonia gas, TMG, TMA, and TMI to form a quantum well layer (A 1 InGaN). By repeating the above operation a predetermined number of times, a layer 15 including a light-emitting layer in which a desired number of barrier layers and quantum well layers are stacked is obtained.
  • the configuration of the light emitting element may be a single hetero type, a double hetero type, or a homojunction type.
  • A1 X G a y I n X _ Y N (0 ⁇ X ⁇ 1, wide band gap doped with an acceptor such as magnesium between the layer 15 including the light emitting layer and the p-cladding layer 16 0 ⁇ Y ⁇ 1 N X + Y ⁇ 1) layer may be interposed. This is to prevent electrons injected into the layer 15 including the light emitting layer from diffusing into the ⁇ cladding layer 16.
  • the ⁇ electrode 20 is composed of two layers, A 1 and V. After forming the p-contact layer 17, the p-contact layer 17; p-cladding layer 16, a layer 15 including a light emitting layer, and an n-cladding layer 14 , And a part of the n-contact layer 13 are removed by etching, and then formed on the n-contact layer 13 by evaporation.
  • the translucent electrode 18 is a thin film containing gold, and is formed to cover substantially the entire upper surface of the p-contact layer 17.
  • the electrode 19 is formed on the translucent electrode 18 by vapor deposition. After the above steps, a separation step for each chip is performed. The light emitting stadium of the obtained light emitting device 10 was measured.
  • Figure 3 shows the measurement results at an applied voltage of 3.4 V and a forward current of 2 OmA. As shown in FIG. 3, two emission peaks are observed around a wavelength of 330 nm and around 470 nm.
  • a reflective layer can be provided between the layer 15 including the light emitting layer and the substrate 11 or on the surface of the substrate 11 where the semiconductor layer is not formed.
  • the reflective layer is made of a metal nitride such as titanium nitride, zirconium nitride, hafnium nitride, and tantalum nitride, A1, In, Cu, AgI, Pt, Ir, Pd, Rh, W, Mo, Ti. , Ni, or an alloy of two or more metals arbitrarily selected from these metals can be used as the material of the reflective layer.
  • LED 1 was fabricated using light emitting element 10 as follows.
  • the adhesive 22 is a silver paste in which silver is mixed as a filler in an epoxy resin. By using such a silver paste, heat dissipation from the light emitting element 10 is improved.
  • the cup portion 33 is filled with an epoxy resin (hereinafter, referred to as “phosphor resin”) 35 in which phosphor 36 is uniformly dispersed. After the wire bonding of the phosphor resin The cup part 33 can be filled. Further, before the light emitting element 10 is mounted on the cup portion 33, a layer made of a phosphor resin may be formed on the surface of the light emitting element 10. For example, a phosphor resin layer is formed on the surface of the light emitting element 10 by dipping the light emitting element 10 into a phosphor resin, and then the light emitting element 10 is mounted on the cup portion 33 using silver paste. I do. As a method for forming the phosphor resin layer, sputtering, coating, coating, or the like can be used in addition to the above-described dip.
  • the phosphor 36 ZnS: Cu, Au, A1 (P22_GY, manufactured by Kasei Optonitas Co., Ltd., emission peak 535 nm) was used.
  • the epoxy resin is used as the base material for dispersing the phosphor 36, but the present invention is not limited to this, and a transparent material such as a silicon resin, a urea resin, or glass can be used.
  • the phosphor 36 is uniformly dispersed in the phosphor resin 35.However, the concentration distribution of the phosphor 36 in the phosphor resin 35 may be inclined. You. For example, a plurality of phosphor resin layers having different phosphor concentrations are formed in the cup portion 33 by using epoxy resins having different phosphor concentrations. Further, the phosphor 36 concentration can be continuously changed.
  • the phosphor resin 35 may contain a diffusing agent made of titanium oxide, titanium nitride, tantalum nitride, aluminum oxide, silicon oxide, barium titanate, or the like.
  • a diffusing agent made of titanium oxide, titanium nitride, tantalum nitride, aluminum oxide, silicon oxide, barium titanate, or the like.
  • the electrode 19 and the n-electrode 20 of the light-emitting element 10 are wire-bonded to the lead frames 31 and 30 by wires 41 and 40, respectively.
  • the light emitting element 10, a part of the lead frames 30 and 31, and the wires 40 and 41 are sealed with a sealing resin 50 made of epoxy resin.
  • the material of the sealing resin 50 is not particularly limited as long as it is transparent, but a silicone resin, a urea resin, or glass other than an epoxy resin is preferably used.
  • adhesion with phosphor resin 35 From the viewpoint of the refractive index and the like, it is preferable to be formed of the same material as the material of the phosphor resin 35.
  • the sealing resin 50 is provided for the purpose of protecting the element structure or the like, but a lens effect can be provided to the sealing resin 50 by changing the shape of the sealing resin 50 according to the purpose. .
  • a round lens type or a convex lens type can be formed.
  • the shape of the sealing resin 50 can be circular, oval, or rectangular when viewed from the light extraction direction (upward in FIG. 1).
  • the phosphor 36 can be dispersed in the sealing resin 50 without being limited to the case where the phosphor resin 35 is omitted. Further, a phosphor different from the phosphor 36 is contained in the sealing resin, and the emission color of the LED 1 can be corrected and the emission color can be changed by using the emission of the phosphor.
  • a diffusing agent can be included in the sealing resin 50.
  • a diffusing agent titanium oxide, titanium nitride, tantalum nitride, aluminum oxide, silicon oxide, parium titanate, or the like is used.
  • a coloring agent can be included in the sealing resin 50.
  • the coloring agent is used to prevent the phosphor from exhibiting a specific color when the light emitting element 10 is turned on or off.
  • the life can be improved by including an ultraviolet absorbent in the sealing resin 50.
  • the phosphor 36, the diffusing agent, the colorant, and the ultraviolet absorber can be included in the encapsulating resin 50 alone, or two or more of them can be arbitrarily selected.
  • another light emitting element can be used in combination.
  • a light emitting element having a different emission wavelength from the light emitting element 10 is used.
  • a light-emitting element having an emission wavelength that does not substantially excite and emit light from the phosphor is used.
  • a light emitting device capable of emitting light of a color other than white light can be obtained. Further, the luminance can be increased by using a plurality of light emitting elements 10.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a configuration of a light emitting element 60 used in a light emitting device of another embodiment.
  • the same elements as those of the light emitting element 10 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the specifications of each layer of the light emitting element 60 are as follows. Composition: Dopant
  • Translucent electrode 1 8 An / C o
  • Second n-type layer 14 n -A 1 G a N S i
  • Reflective layer 70 Periodic structure
  • reflective layer 7 0 S i n-type A 1 0 doped.
  • X G a 0. 9 N or Ranaru first reflective layer 71 the A 1 from the first reflective layer 71 the composition is S i n-type a 1 0. 4 G a 0 de-loop.
  • the second reflective layer 7 2 consisting of 6 n are alternately laminated rich in. At this time, it is known that the refractive index of the first reflective layer 71 is larger than the refractive index n 2 of the second reflective layer 72, and that n 1 > n 2 .
  • the above configuration By providing the reflective layer, light generated in the layer 15 including the light emitting layer and in the ultraviolet region toward the n- contact layer 13 is reflected by the reflective layer 70.
  • the n contact layer 13 absorbs a part of the light in the ultraviolet region having a wavelength of 360 nm or less, so that the phosphor cannot be efficiently irradiated with the light in the ultraviolet region.
  • the provision of the reflective layer 70 prevents the light in the ultraviolet region from being absorbed by the n-contact layer 13 and also directs the light generated in the layer 15 including the light-emitting layer to the translucent electrode 18 By reflecting the light in the direction, it is possible to efficiently irradiate the phosphor arranged in the direction with light in the ultraviolet region. Therefore, high-luminance light is obtained from the phosphor, and a light-emitting device with high luminous efficiency is provided.
  • a 1 X G a (0 ⁇ x ⁇ 1) was used for the material of the reflective layer 70, but as a general formula, A 1 X G a y I n to x — y N (0 ⁇ x ⁇ 1 s 0 ⁇ y ⁇ 1 s 0 ⁇ x + y ⁇ l)
  • S x G ei _ x C (0 ⁇ x ⁇ 1)
  • a l xG ay li ⁇ - x one ⁇ 3 _ z (0 ⁇ x ⁇ 1 , 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ z ⁇ 1,
  • Semiconductors such as 0 ⁇ x + y ⁇ 1), metal nitrides such as titanium nitride, zirconium nitride, hafnium nit
  • the present application also discloses the following matters.
  • a light-emitting element comprising a group III nitride-based compound semiconductor and having a light-emitting layer that emits light in the ultraviolet region and light in the visible region with a light emission peak wavelength.
  • the emission peak wavelength of the light in the ultraviolet region can be set to 360 nm or less.
  • the emission peak wavelength of light in the visible region is in the range of 430 nm to 560 nm or 450 ⁇ ! It can be set in the range of 490490 nm.
  • the region consisting of n y 2 N (0 ⁇ y 1 ⁇ 1, 0 ⁇ y 2 ⁇ 1, y 1 ⁇ y 2) can be formed in a single layer.
  • the light-emitting layer is composed of a region consisting of A 1 X G a! _ X N (0 ⁇ x ⁇ 1) that emits light in the ultraviolet region, and In y G ai _ y N ( A region having a region of 0 ⁇ y ⁇ 1) can be adopted.
  • the region consisting of A 1 X G a! _ X N (0 ⁇ x ⁇ 1) and the region consisting of In y G ai — y N (0 ⁇ y ⁇ 1) are in a single layer. Can be formed.

Description

技術分野
本発明は、発光装置に関する。 詳しくは、 III族窒化物系化合物半導体発光素子 と蛍光体とを組み合わせ、 発光素子の光の一部を蛍光体により変換して放出する 発光装置に関する。 明 背景技術 書
発光素子からの光の一部を蛍光体により波長変換し、 かかる波長変換された光 と発光素子の光とを混合して放出することにより、 発光素子自体の発光色と異な る色を発光可能な発光装置が提案されている。 例えば、 青色発光の発光素子と青 色光により励起されて青色光より長波長の光を発光する蛍光体を組み合わせた構 成の発光装置が知られている。
上記従来の発光装置では、 青色光、 即ち可視領域の光を蛍光体の励起光として 用いている。 ここで、 蛍光体は励起光の波長によって励起効率ないし発光効率が 異なり、 一般に、 可視領域の光を励起光として用いた場合には励起効率が低下す る。 したがって、 上記の発光装置では蛍光体の励起効率が低く、 発光素子からの 光を高効率で波長変換して外部放射することができない。 また、 蛍光体の励起効 率が低いことは発光素子の青色光の損失を大きく し、 蛍光体により波長変換され ずに外部放射される青色光の量も少なくなる。 このように、 従来の構成では、 発 光素子の光が波長変換されることにより得られる光の量、 及ぴ波長変換されずに 直接外部放射される発光素子からの光の量のいずれも少なくなり、 その結果、 発 光装置全体の発光量 （輝度） が低下することとなる。
本発明は、 以上の課題に鑑みなされたものであり、 その目的とするところは、 単一の光源 （発光素子） を用い、 発光素子自体の発光色と異なる色の光を高効率 で発光可能な発光装置を提供するものである。 特に、 白色系あるいは 2波長以上 の混色の光を高効率に発光可能な発光装置を提供することを目的とする。 発明の開示
本発明者らは、上記課題に鑑み、 III族窒化物系化合物半導体を発光層の材料と した発光素子について種々の改良を検討したところ、 発光ピーク波長を各々紫外 領域に有する光と可視領域に有する光を発光可能な発光素子を開発するに至った。 本発明は以上の検討を基になされたものであり、 その構成は次の通りである。 即 ち、
III族窒化物系化合物半導体からなり、発光ピーク波長が紫外領域の光及び可視 領域の光を発光する発光層を備える発光素子と、
前記紫外領域の光により励起されて励起光と異なる波長の光を発光する蛍光体 とを備えてなる発光装置である。
以上の構成の発光装置では、 発光素子が発光する紫外領域の光により蛍光体が 励起、 発光し、 かかる発光による光と発光素子が発光する可視領域の光とが混合 されながら外部放射される。 ここで、 発光素子が発光する紫外領域の光を蛍光体 の励起に利用するため、 蛍光体を高効率で励起することができ、 蛍光体から高輝 度の発光が得られる。 一方、 発光素子からは可視領域の光が放出されるが、 かか る光は蛍光体に吸収されることなく外部放射される。 したがって、 発光素子が発 光する可視領域の光を損失することなく外部放射光として利用できる。
以上のように、 紫外領域の光と可視領域の光を発光する発光素子を用い、 かつ 紫外領域の光を蛍光体の励起に用いる構成としたことにより、 蛍光体から高輝度 の発光が得られ、 同時に発光素子の光の損失を抑えることができる。 即ち、 発光 素子の光を高効率で利用した発光効率の高い発光装置が提供される。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の一実施例である白色系 L E D 1の構成を示す図である。
図 2は、 L E D 1に用いられる発光素子 1 0の構成を示す図である。
図 3は、 発光素子 1 0の発光スぺク トルを示すグラフである。 図 4は、 本発明の他の実施例の発光装置に使用される 光素子 6 0の構成を示 す図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明の発光素子は、 ΠΙ族窒化物系化合物半導体からなり、発光ピーク波長が 紫外領域の光及び発光ピーク波長が可視領域の光を発光する発光層を備える。 即 ち、 発光波長に関しては、 紫外領域の発光ピーク及び可視領域の発光ピークをそ れぞれ少なくとも一つ有する発光層が用いられる。 かかる条件を満たす発光層で あれば、 例えば紫外領域に二つ以上の発光ピークを有する発光層を用いることも でき、 また、 可視領域に二つ以上の発光ピークを有する発光層を用いることもで さる。
紫外領域の光は、後述の蛍光体を励起可能な光である必要がある。好ましくは、 高効率で蛍光体を励起可能な波長を有する光であることが好ましい。 従って、 蛍 光体の励起波長付近に発光ピーク波長を有することが好ましく、 さらには、 蛍光 体の励起波長付近に単一の発光ピーク波長を有することが好ましい。 例えば、 紫 外領域の光を波長 3 6 0 n m以下の範囲に発光ピークを有するもの、 特に、 波長 3 4 0 η π！〜 3 6 0 n mの範囲に発光ピークを有するものとする。
可視領域の光は、後述の蛍光体から発光する光と混合されて放出される。即ち、 本発明の発光装置からは、 発光素子の発光層から発光する可視領域の光と蛍光体 からの光とが混合された色の発光が得られる。 従って、可視領域の光の色（波長） は、 蛍光体からの光の色 （波長） 及び発光装置から発光される光の色を考慮して 適宜選択されることができる。 換言すれば、 可視領域の光の色 （波長） を変化さ せることにより、 発光装置の発光色を変化させることができる。
具体的には、 可視領域の光を発光ピーク波長が 4 3 0 n m~ 5 6 0 n mの範囲 に有するものとすることができる。 また、 発光ピーク波長が 4 5 0 n n！〜 4 9◦ n mの範囲に有するものとすることができる。 かかる可視領域の光は青色系の光 であって、 後述の蛍光体として黄色〜黄緑色の発光をするものを用いることによ り、 白色系の発光をする発光装置を構成することができる。 発光層は III族窒化物系化合物半導体を材料として形成される。 ここで、 一般 に、 III族窒化物系化合物半導体とは、 一般式として
A 1 XG a Ύ I η !_Χ_ΥΝ (0≤Χ≤ 1 , 0≤ Υ≤ 1 0≤Χ + Υ≤ 1 )
の四元系で表され、 A 1 N、 G a Ν及び I ηΝのいわゆる 2元系、
A 1 XG a !_ΧΝ A 1 χ I η卜 ΧΝ及び G a x I n X_XN (以上において 0く xく 1) のいわゆる 3元系を包含する。 III族元素の一部をボロン（B)、タリウム （T 1 ) 等で置換しても良く、 また、 窒素 （N) の一部もリン （P)、 ヒ素 （A s)、 アンチモン （S b)、 ビスマス （B i ) 等で置換できる。 また、 発光層は任意のド 一パントを含有するものであってもよい。
発光層を四元系で形成する場合の一例を示せば、 発光層を
A 1 x lG aト xl— x2 I n x2N (0< x l < l、 0 < x 2 < 1 N x 1 > x 2) からなる領域と、
A 1 y lG a卜 ー I ny2N (0く y lく 1、 0 < y 2 < 1 s y 1 < y 2) からなる領域とを有するものとする。 前者の領域は、 A 1をその組成に多く含む ため、 バンドギヤップが比較的大きくなり、 発光波長の比較的短い紫外領域の光 を発光することができる。 他方、後者の領域は、 I nをその組成に多く含むため、 バンドギヤップが比較的小さくなり、 発光波長の長い可視領域の光を発光するこ とができる。 これら両領域は単一の層内に混晶の状態で形成させることが好まし い。 また、 発光層を三元系で形成する場合には、 紫外領域の光を発光する A 1 x G a !_XN (0≤x≤ 1) からなる領域と、 可視領域の光を発光する I nyG a — yN (0≤y≤ 1) からなる領域とを有する発光層を採用できる。 この場合にも、 両領域を単一の層内に混晶の状態で形成させることが好ましい。
以上のような発光層は、例えば、後述の実施例のように有機金属気相成長法（以 下、 「MOCVD法」という） により形成することができる。 通常、 MOCVD法 を用いて III族窒化物系化合物半導体からなる発光層を形成するには、 所定の温 度に昇温した MOC VD装置内に、 アンモニアガスと III族元素のアルキル化合 物ガス、例えばトリメチルガリゥム（TMG)、 トリメチルアルミニウム (TMA) やトリメチルインジウム （TMI) 等を供給して熱分解反応させる。 発光層の成 長条件、 即ち、 成長温度、 アンモニアガスの流量、 アルキル化合物ガスの比率及 び流量、 アンモニアガスとアルキル化合物ガスの流量比、 成長速度等を調整する ことにより、 上記の混晶からなる発光層を形成することができる。
本発明者らの検討によれば、 供給する原料ガスの比率を、 TMG： TMA： T M I = 1 ： 0. 01 : 0. 05〜 1 : 0. 5 : 1 0の範囲、 アンモニアガス ：111 族元素原料ガス （TMG、 TMA、 TM I) = 1 000 ： 1〜： L 00000 ： 1 の範囲、 成長温度を 600°C〜1 100°Cの範囲、 成長速度を 0. 002〜1 μ mZ分の範囲で発光層を成長させることにより、結晶性のよい A 1 x lG a x_x l_ x2 I n x 2N (0く x lく 1、 0く x 2く 1、 x 1 > x 2) と A l ylG aト v l— y 2 I ny 2N (0く y lく 1、 0 < y 2 < 1 y 1 < y 2) との混晶からなる発光 層を成長することができる。 好ましくは、 TMG： TMA： TM I = 1 : 0. 0 2 : 0. 4〜1 ： 0. 2 ： 2の範囲、 アンモニアガス ：111族元素原料ガス （TM G、 TMA、 TM I ) = 5000 ： 1〜 80000 ： 1の範囲、 成長温度を 70 0°C〜900°Cの範囲、 成長速度を 0. 01〜0. 1 i m/分の範囲で発光層を 成長させる。
尚、 発光層の成長条件を適宜調整することにより、 A 1 x lG a — x2 I nx 2N (0く x lく 1、 0く x 2く 1、 x 1 > x 2) 力、らなる領域と、 A 1 y G aェ 一 y l_y2 I ny2N (0く y lく 1、 0 < y 2 < 1 y 1 < y 2) からなる領域の 比率の異なる発光層を形成することができる。 三元系の発光層を形成する場合も 同様に、 成長条件を適宜調整することにより、 A l xGa i_xN (0≤x≤ 1) か らなる領域と、 I nyG a i_yN (0≤y≤ l) からなる領域の比率の異なる発光 層を形成することができる。
発光層の層構成は特に限定されず、 単一量子井戸構造、 多重量子井戸構造等を 採用できる。
発光層の形成方法は、 MOCVD法に限らず、 周知の分子線結晶成長法 （MB E法）、 ハライド系気相成長法 (HVPE法）、 スパッタ法、 イオンプレーティン グ法、 電子シャワー法等によっても形成することができる。
蛍光体は、 発光素子から発せられる紫外領域の光により励起され、 励起光と異 なる波長の光を発光する。 従って、 発光素字から発せられる紫外領域の光により 励起可能な蛍光体であれば、 本発明における蛍光体として用いることができる。 例えば、 Z n S : C u， A l、 （Z n, C d) S : Cu， A l、 Z n S ： C u , A u, A l、 Y2S i〇5 : T b、 (Z n, C d) S : Cu、 Gd2〇2S : Tb、 Y 2O2S : Tb、 Y3A l 5O12 : C e、 （Z n, C d) S : Ag、 Z n S ： A g , C u, G a , C l、 Y3A l 5012 : Tb、 Y3 (A 1 , G a) 5〇12 : Tb、 Z n2S i〇4 : Mn、 L a P 04 : C e , Tb、 Y203S : Eu、 YV〇4 : Eu、 Z n S : M n s Y203 : E u、 Z n S : Ag、 Z n S ： A g , A l、 （S r， C a， B a , Mg) 10 (P04) 6C l 2 : Eu、 S r 10 (POj sC l 2 : Euゝ (B a , S r , E u) (M g , Mn) A l 10O17、 (B a , E u) Mg A 1 10Οα 7、 Z n〇 ： Z n、 Y2S i〇5 : C eのいずれか又はこれらの中から選ばれる二 以上の蛍光体を組み合わせて用いることができる。
発光素子から発せられる励起光の照射により高輝度の発光をする蛍光体が好適 に用いられる。 また、 蛍光体から発せられる光は、 発光素子から発せられる可視 領域の光と混合されて外部放射される。 即ち、 蛍光体の発光色は、 発光装置全体 としての発光色を定める要素となる。 したがって、 所望の発光色の発光装置が得 られるような発光色を有する蛍光体が選択される。 例えば、 発光素子からの可視 光が青色系の光である場合には、 蛍光体として黄色〜黄緑色系の発光色を有する ものを採用することにより、 発光装置全体として白色系の色の発光を得ることが できる。 例えば、 黄色〜黄緑色系の発光色を有する蛍光体として、 Z n S : C u, A 1 s (Z n， C d) S : C u, A l、 Z n S : C u, Au, A l、 Y2S i〇5 : Tb、 （Z n， C d) S : Cu、 G d2〇2S : Tb、 Y202S : Tb、 Y3A 15 〇12 : C e、 （Z n， C d) S : Ag、 Z n S ： A g , C u , G a , C l、 Y3 A l 5〇12 : Tb、 Y3 (A 1 , G a ) 5012 : Tb、 Z n2S i〇4 : Mn、 L a P04 : C e， T b等を用いることができる。
尚、 蛍光体は、 発光素子から発せられる可視光に対しても励起波長を有してい てもよい。
発光素子から発せられる可視光により励起され、 励起光と異なる波長の光を発 光可能な蛍光体 （第 2の蛍光体） を上記の蛍光体に組み合わせて用いることもで きる。 これにより、 第 2の蛍光体からの発光を利用して発光装置の発光色の補正 をすることができる。
S i、 S、 S e、 T e、 G eといった n型不純物をドープした n型 G a N層に 紫外領域の光を照射すると黄色に発光することが知られている。 かかる n型 G a N層から得られる発光を利用して本発明の発光装置の発光色の補正をすることが できる。 また、 n型 G a N層から高輝度の発光が得られる場合には、 かかる発光 を利用することにより、 上記の蛍光体を省略し、 n型 G a N層からの光及び発光 素子からの可視光との混色により発光装置の発光を得ることもできる。 勿論、 こ の場合においても、 上記の蛍光体を併せて用いることもできる。
蛍光体は、 発光素子の光放出方向に配置される。 蛍光体は、 好ましくは、 光透 過性材料に分散されて用いられる。 この場合には、 蛍光体を分散した光透過性材 料 （以下、 「蛍光材料」という） により発光素子の光放出方向を被覆する構成とす ることが好ましい。 蛍光体に発光素子からの光を効率的に照射するためである。 例えば、 蛍光材料を発光素子の表面に層状に形成することができる。 また、 後述 の実施例のように発光素子をリードフレーム等のカップ状部分にマウントする場 合には、 当該カップ部に蛍光材料を充填することもできる。 さらには、 蛍光材料 を封止部材として用いることもできる。 即ち、 発光素子を含む素子構造を蛍光材 料により封止する構成としてもよい。
光透過性材料としては、 エポキシ樹脂、 シリコン樹脂、 尿素樹脂、 又はガラス 等が用いられる。 これらの材料は、 単独で用いられるのは勿論のこと、 これらの 中から任意に選択される二種以上を用いることもできる。
使用目的、 使用条件等に応じて、 光透過性材料内における蛍光体の濃度分布を 変化させることができる。 即ち、 発光素子に近づくに従って蛍光体の量を連続的 又は段階的に変化させる。 例えば、 発光素子に近い部分において蛍光体の濃度を 大きくする。 これにより、 効率的に発光素子からの光を蛍光体に照射することが できる。 発光素子に近づくに従って蛍光体の濃度を小さくすることにより、 発光 素子の発熱に起因する蛍光体の劣化を抑制することができる。 蛍光材料と発光素子との間に別の光透過性材料からなる層ないし空間を設ける こともできる。
蛍光材料を用い、 発光素子からの光が蛍光材料を通過する （紫外領域の光は蛍 光体を励起、 発光させる） 構成の場合、 発光素子からの可視領域の光と蛍光体か らの光は蛍光材料内で自動的に混合される。 しカゝし、 発光素子からの可視領域の 光と蛍光体からの光とを混合する態様はこれに限定されるものではない。例えば、 蛍光体を発光素子の周囲に島状に配置する。 そして、 発光素子からの紫外領域の 光を蛍光体に照射するとともに、 可視領域の光を蛍光体の島の間を通過させるこ とにより、 発光素子からの可視領域の光と蛍光体からの光とを封止部材中で混合 させることができる。 以上の場合では、 蛍光体と発光素子とが一体的に結合して 発光装置を構成するが、 蛍光体を発光素子と別体として発光装置を構成してもよ い。 例えば上記の構成の発光素子を用いて L E Dを構成し、 これに蛍光体を含有 する光透過性材料 （蛍光体含有の光透過性フィルム、 キャップ等） を組み合わせ て発光装置とすることができる。
本発明の発光装置は、 単独で白色等の発光をする光源として用いることができ る。 また、 白色を高密度、 高精細に表示する発光ダイオード表示装置 （以下、 「L E D表示装置」 という。） に利用することが考えられる。従来のフルカラー表示可 能な L E D表示装置においては、 R G Bの各 L E Dを組み合わせて一画素とし、 それらを発光、 混色することにより白色発光を得ていた。 即ち、 白色表示には 3 個の L E Dの発光が必要であり、 緑色、 赤色等の単色発光の場合に比べ表示領域 が大きくなつていた。 このため、 白色を緑色等の場合と同様に高精細に表示する ことはできなかった。
本発明の発光装置では、 単独で白色系の発光を実現できるので、 R G Bの各 L E Dに加えて用いることにより、 白色表示を緑色、赤色等の発光と同様に高密度、 高精細に得ることができる。 また、 一の発光素子の点灯状態の制御により白色表 示を調整できるという利点もある。 さらに、 従来のように R G Bの各 L E Dの発 光色の混色により白色表示をさせるのではないので、 見る角度によって視認色に 変化が生じたりすることがなく、 また、 色むらを低減させることもできる。 加え て、 RGBの各 LEDと併せて使用すれば、 RGBの混色による白色表示と本発 明の発光装置による白色表示とを同時に行うことにより、白色表示における光度、 輝度のアップが図られる。
以下、 本発明の一の実施例である発光装置 （LED) 1を例にとり、 本発明の 構成をより詳細に説明する。
図 1は本発明の一実施例である白色系 LED 1を示す図であり、 図 2には LE D 1に使用される発光素子 10の断面図が示される。
発光素子 10の各層のスペックは次の通りである。 組成： ドーパント
透光性電極 18 A uZC o
第一の p型層 1 7 p-A l Ga N : Mg
第二の P型層 1 6 p— A 1 G a N : Mg
発光する層を含む層 1 5 多重量子井戸構造
量子井戸層 A 1 I n G a N
バリァ層 G a N
第二の n型層 14 n -A 1 G a N : S i
第一の n型層 1 3 n - G a N : S i
バッファ層 12 A 1 N
基板 1 1 基板 1 1の材質は III族窒化物系化合物半導体層を成長させられるものであれ ば特に限定されず、 サファイアの他、 スピネル、 シリコン、 炭化シリコン、 酸化 亜鉛、 リン化ガリウム、 ヒ化ガリウム、 酸化マグネシウム、 酸化マンガン、 III 族窒化物系化合物半導体単結晶等を用いることができる。 サファイア基板を用い る場合にはその a面を利用することが好ましい。
バッファ層 1 2は高品質の半導体層を成長させるために用いられ、 周知の M〇 CVD法等により基板 1 1表面上に形成される。 本実施例では A 1 Nをバッファ 層として用いたが、 これに限定されるわけでなく、 GaN、 I nNの二元系、 一 般的に A l xG a yN (0<χ< 1、 0<y< l、 x + y = 1) で表される III族 窒化物系化合物半導体 （三元系）、 さらには A 1 aG a fa I n 一 bN (0 < a < 1、 0<b< l、 a + b < 1) で表される III族窒化物系化合物半導体 （四元系） を用いることもできる。
各半導体層は周知の MOCVD法により形成される。 この成長法においては、 アンモニアガスと ΠΙ族元素のアルキル化合物ガス、 例えばトリメチルガリゥム (TMG)、 トリメチルアルミェゥム (TMA)やトリメチルインジゥム（TM I ) とを適当な温度に加熱された基板上に供給して熱分解反応させ、 もつて所望の結 晶をバッファ層 12上に成長させる。 勿論、 各半導体層の形成方法はこれに限定 されるものではなく、周知の分子線結晶成長法（MBE法）、ハライド系気相成長 法 （HVPE法）、 スパッタ法、 イオンプレーティング法、電子シャワー法等によ つても形成することができる。 III族窒化物系化合物半導体は任意のドーパントを 含むものであっても良い。 n型不純物として、 S i、 Ge、 S e、 T e、 C等を 用いることができる。 r>型不純物として、 Mg、 Z n、 B e、 C a、 S r、 B a 等を用いることができる。 なお、 p型不純物をドープした後に III族窒化物系化 合物半導体を電子線照射、 プラズマ照射若しくは炉による加熱にさらすことがで きる。
本実施例では、 発光する層を含む層 15を次のように形成した。 まず、 基板温 度を 830°Cとし、 TMGとアンモニアガスを MOCVD装置内に供給した。 こ れによりバリア層 （GaN) を形成した。 続いて、 基板温度を維持した状態で、 原料ガスをアンモニアガス、 TMG、 TMA、 及び TM Iにして量子井戸層 （A 1 I nGaN) を形成した。 以上の操作を所定の回数繰り返すことにより、 所望 の数のバリア層及び量子井戸層が積層された発光する層を含む層 15が得られる。 発光素子の構成としては、 シングルヘテロ型、 ダブルへテロ型及ぴホモ接合型 であってもよい。
発光する層を含む層 15と pクラッド層 16との間にマグネシウム等のァクセ プタをドープしたバンドキヤップの広い A 1 XG a y I n卜 X_YN (0≤X≤ 1、 0≤Y≤ 1N X + Y≤ 1) 層を介在させることができる。 これは発光する層を含 む層 1 5の中に注入された電子が ρクラッド層 1 6に拡散するのを防止するため である。
η電極 20は A 1 と Vの 2層で構成され、 pコンタクト層 1 7を形成した後、 pコンタクト層 1 7、 ； pクラッド層 16、 発光する層を含む層 1 5、 nクラッド 層 14、 及び nコンタクト層 1 3の一部をエッチングにより除去し、 その後、 蒸 着により nコンタク ト層 1 3上に形成される。
透光性電極 1 8は金を含む薄膜であり、 pコンタクト層 1 7上面の実質的な全 面を覆って形成される。: 電極 1 9は蒸着により透光性電極 1 8上に形成される。 上記工程の後、 各チップの分離工程を行う。 得られた発光素子 10の発光スぺ タトルを測定した。 印加電圧 3. 4V、 順方向電流 2 OmAにおける測定結果を 図 3に示す。 図 3に示されるように、 波長 3 30 nm付近、 及ぴ 470 nm付近 に二つの発光ピークが観察される。
発光する層を含む層 1 5と基板 1 1との間、 又は基板 1 1の半導体層が形成さ れない面に反射層を設けることもできる。 反射層を設けることにより、 発光する 層を含む層 1 5で生じ、 基板側に向かった光を効率的に光の取り出し方向への反 射することができ、 その結果、発光効率の向上が図れる。 反射層は、 窒化チタン、 窒化ジルコニウム、 窒化ハフニウム、 及び窒化タンタル等の金属窒化物、 A 1、 I n、 Cu、 Ag I、 P t、 I r、 P d、 Rh、 W、 Mo、 T i、 N i等の金属 の単体又はこれらの中から任意に選択される 2種以上の金属からなる合金を反射 層の材料として用いることができる。
続いて、 発光素子 1 0を用いて LED 1を次のように作製した。
まず、 発光素子 1 0をリードフレーム 30に設けられるカップ部 3 3に接着剤 22を用いてマウントした。 接着剤 22はエポキシ樹脂の中に銀をフイラ一とし て混合させた銀ペーストである。 かかる銀ペーストを用いることにより発光素子 10からの熱の放散がよくなる。
カップ部 33には蛍光体 36を一様に分散させたエポキシ樹脂（以下、「蛍光体 樹脂」 という。） 35が充填される。蛍光体樹脂を後述のワイヤボンディング後に カップ部 3 3に充填することもできる。 また、 発光素子 1 0をカップ部 3 3にマ ゥントする前に発光素子 1 0の表面に蛍光体樹脂からなる層を形成してもよい。 例えば、 発光素子 1 0を蛍光体樹脂にディップすることにより、 発光素子 1 0の 表面に蛍光体樹脂層を形成し、 その後、 発光素子 1 0をカップ部 3 3に銀ペース トを用いてマウントする。 蛍光体樹脂層の形成方法としては、 上記ディップによ る他、 スパッタリング、 塗布、 又は塗装等を用いることもできる。
蛍光体 3 6には、 Z n S : C u， A u， A 1 (化成ォプトニタス株式会社製、 品名 P 2 2 _ G Y、 発光ピーク 5 3 5 n m) を用いた。 本実施例では、 蛍光体 3 6を分散させる基材としてエポキシ樹脂を用いたが、 これに限定されるわけでは なく、 シリコン樹脂、 尿素樹脂、 又はガラス等の透明な材料を用いることができ る。 また、 本実施例では蛍光体 3 6を蛍光体榭脂 3 5内に一様に分散させる構成 としたが、 蛍光体樹脂 3 5内で蛍光体 3 6の濃度分布に傾斜を設けることもでき る。 例えば、 蛍光体 3 6濃度の異なるエポキシ樹脂を用いて蛍光体 3 6濃度の異 なる複数の蛍光体樹脂層がカップ部 3 3内に形成されるようにする。 また、 連続 的に蛍光体 3 6濃度を変化させることもできる。
蛍光体樹脂 3 5に、 酸化チタン、 窒化チタン、 窒化タンタル、 酸化アルミニゥ ム、 酸化珪素、 チタン酸バリウム等からなる拡散剤を含ませることもできる。 後述の封止レジン 5 0に蛍光体 3 6を含ませることにより、 蛍光体樹脂 3 5を 省略することもできる。 即ち、 この場合にはカップ部 3 3内にも蛍光体 3 6を含 む封止レジン 5 0が充填されることとなる。 この場合においても、 上記蛍光体樹 脂 3 5における場合と同様に封止レジン 5 0内において蛍光体 3 6の濃度分布に 傾斜を設けることができる。
発光素子 1 0の； 電極 1 9及ぴ n電極 2 0は、 それぞれワイヤ 4 1及ぴ 4 0に よりリードフレーム 3 1及び 3 0にワイヤボンディングされる。
その後、 発光素子 1 0、 リードフレーム 3 0、 3 1の一部、 及ぴワイヤ 4 0、 4 1はエポキシ樹脂からなる封止レジン 5 0により封止される。 封止レジン 5 0 の材料は透明であれば特に限定はされないが、エポキシ樹脂の他、シリコン樹脂、 尿素樹脂、 又はガラスが好適に用いられる。 また、 蛍光体樹脂 3 5との接着性、 屈折率等の観点から、 蛍光体樹脂 3 5の材料と同じ材料で形成されることが好ま しい。
封止レジン 5 0は、 素子構造の保護等の目的で設けられるが、 封止レジン 5 0 の形状を目的に応じて変更することにより封止レジン 5 0にレンズ効果を付与す ることができる。 例えば、 図 1に示される砲弾型の他、 回レンズ型、 又は凸レン ズ型等に成形することができる。 また、 光の取り出し方向 （図 1において上方） から見て封止レジン 5 0の形状を円形、 楕円形、 又は矩形とすることができる。 上記の蛍光体榭脂 3 5を省略した場合に限らず、 封止レジン 5 0内に蛍光体 3 6を分散させることができる。 また、 封止レジンに蛍光体 3 6と異なる蛍光体を 含有させ、 かかる蛍光体の発光を利用して L E D 1の発光色の補正をすることが でき、 また発光色を変化させることができる。
また、 封止レジン 5 0内に拡散剤を含ませることができる。 拡散剤を用いるこ とにより、 発光素子 1 0からの光の指向性を緩和させることができる。 拡散剤と しては、 酸化チタン、 窒化チタン、 窒化タンタル、 酸化アルミニウム、 酸化珪素、 チタン酸パリゥム等が用いられる。
さらに、 封止レジン 5 0内に着色剤を含ませることもできる。 着色剤は、 蛍光 体が発光素子 1 0の点灯状態又は消灯状態において特有の色を示すことを防止す るために用いられる。
さらに、 紫外線吸収剤を封止レジン 5 0に含ませることにより寿命の向上が図 れる。
尚、 蛍光体 3 6、 拡散剤、 着色剤及び紫外線吸収剤は、 単独で、 又はこれらか ら任意に 2以上を選択して封止レジン 5 0に含ませることができるものである。 上記発光素子 1 0に加えて、 他の発光素子を併せて用いることもできる。 他の 発光素子としては発光素子 1 0と発光波長の異なる発光素子が用いられる。 好ま しくは、 蛍光体を実質的に励起、 発光させない発光波長を有する発光素子が用い られる。 かかる他の発光素子を用いることにより、 白色系以外の色も発光可能な 発光装置とすることができる。 また、 発光素子 1 0を複数個用いて輝度アップを 図ることもできる。 次に、 本発明の他の実施例について説明する。 図 4は、 他の実施例の発光装置 に使用される発光素子 6 0の構成を模式的に示した図である。 尚、 発光素子 6 0 において上記発光素子 1 0と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略 する。 発光素子 6 0の各層のスペックは次の通りである。 組成： ドーパント
透光性電極 1 8 An/C o
第一の p型層 1 7 p -A l G a N : Mg
第二の P型層 1 6 p -A l G a N : Mg
発光する層を含む層 1 5 多重量子井戸構造
量子井戸層 A 1 I n G a N
バリア層 A 1 G a'N
第二の n型層 14 n -A 1 G a N : S i
反射層 7 0 周期構造
第 1反射層 7 1 n— A 1 o. iG a 9N S i
第 2反射層 7 2 n -A 1 0. 4 G a 0. 6 N : S i
第 1反射層と第 2反射層の繰り返し数 7 0
第一の n型層 1 3 n - G a N： S
バッファ層 1 2 A 1 N
発光素子 60において、 反射層 7 0は S i ドープの n型 A 1 0. XG a 0. 9Nか らなる第 1反射層 7 1と、 第 1反射層 7 1より A 1をその組成に多く含む S i ド ープの n型 A 1 0. 4G a 0. 6Nからなる第 2反射層 7 2が交互に積層された構造 である。 このとき、 第 1反射層 7 1の屈折率 は第 2反射層 7 2の屈折率 n2よ り大きく、 n 1> n2となることが知られている。 また第 1反射層 7 1と第 2反射 層 7 2の膜厚は、 発光する層を含む層における紫外領域での発光ピーク波長； に 対してそれぞれ; LZ4 および λ/4 n 2と略同じとなるようにした。上記構成 の反射層を設けることにより、 発光する層を含む層 1 5で生じ、 nコンタクト層 1 3側に向かった紫外領域の光は反射層 70で反射される。 通常、 nコンタク ト 層 1 3は波長 360 nm以下の紫外領域の光の一部を吸収してしまうため、 蛍光 体に紫外領域の光を効率的に照射することができない。 しかしながら反射層 70 を設けることで nコンタクト層 1 3で紫外領域の光が吸収されることを防ぐと共 に、 発光する層を含む層 1 5で生じた光を透光性電極 1 8に向かう方向に反射す ることで、 当該方向に配置された蛍光体に紫外領域の光を効率的に照射すること ができる。 したがって蛍光体から高輝度の発光が得られ、 発光効率の高い発光装 置が提供される。 産業上の利用可能性
反射層 70の材料には A 1 XG a (0≤ x≤ 1) を用いたが、一般式とし て A 1 XG a y I nト x— yN (0≤ x≤ 1 s 0≤ y≤ 1 s 0≤x + y≤ l) で表さ れる III族窒化物系化合物半導体の他、 S i xG e i_xC (0≤ x≤ 1), Z nxM g x_x Sy S e x_y (0≤ x≤ 1 , O y^ l A l xG ay l i^— x一 ^ 3 _z (0≤ x≤ 1 , 0≤ y≤ 1 , 0≤ z≤ 1 , 0≤x + y≤ 1) などの半導体、 窒 化チタン、 窒化ジルコニウム、 窒化ハフニウム、 及ぴ窒化タンタル等の金属窒化 物、 A l、 I n、 Cu、 Ag l、 P t、 I r、 P d、 Rh、 W、 Mo、 T i、 N i等の金属の単体又はこれらの中から任意に選択される 2種以上の金属からなる 合金を材料として形成することができる。 また本実施例では反射層として屈折率 の異なる 2種類の層を積層させているが、 屈折率が大きく反射率の大きな 1種類 の層のみ、 あるいは屈折率の異なる 3種類以上の層を積層させた構造としても良 い。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、 本発明の精神と範 囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にと つて明らかである。
本出願は、 2001年 01月 1 0日出願の日本特許出願 （特願 2001— 00 3 104)、 200 1年 1 1月 16日出願の日本特許出願（特願 2001— 35 2 376) に基づくものであり、 その内容はここに参照として取り込まれる。
この発明は、 上記発明の実施の形態の説明に何ら限定されるものではない。 特 許請求の範囲の記載を逸脱せず、 当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態 様もこの発明に含まれる。
本出願は以下の事項をも開示する。
III族窒化物系化合物半導体からなり、発光ピーク波長が紫外領域の光及び可視 領域の光を発光する発光層を備える発光素子が開示される。
この発光ピーク波長が紫外領域の光は、 その発光ピーク波長を 360 nm以下 に設定することができる。 また、 可視領域の光の発光ピーク波長は 430 nm〜 560 nmの範囲又は 450 ηπ！〜 490 n mの範囲に設定することができる。 発光層は、 A l ^G a i x 2 I nx 2N (0く x lく 1、 0く x 2く 1、 x 1 > x 2) からなる領域と、 A 1 y lG a 一 y丄 y 2 I ny2N (0く y lく 1、 0 <y 2< l y l < y 2)からなる領域とを有するものを採用することができる。 この場合において、 A 1 x lG a i x 2 I nx 2N (0く x lく 1、 0 < x 2 < 1、 x 1 > x 2) からなる領域と、 A 1 y a卜 yト y2 I ny 2N (0 < y 1 < 1、 0 < y 2 < 1 , y 1 < y 2) からなる領域は単一の層内に形成することがで さる。
また、発光層は紫外領域の光を発光する A 1 XG a !_XN (0≤x≤ 1) からな る領域と、 可視領域の光を発光する I nyG a i_yN (0≤y≤ 1) からなる領域 とを有するものを採用することができる。この場合において、 A 1 XG a !_XN(0 ≤x≤ 1) からなる領域と、 I nyG a i— yN (0≤y≤ 1) からなる領域は単一 の層内に形成することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. Ill族窒化物系化合物半導体からなり、発光ピーク波長が紫外領域の光 及ぴ可視領域の光を発光する発光層を備える発光素子と、
前記紫外領域の光により励起されて励起光と異なる波長の光を発光する蛍光体 とを備えてなる発光装置。
2. 前記可視領域の光の発光ピーク波長は 430 nm〜 5 60 nmの範囲 にある、 請求の範囲第 1項に記載の発光装置。
3. 前記可視領域の光の発光ピーク波長は 450 nm〜490 nmの範囲 にある、 請求の範囲第 2項に記載の発光装置。
4. 前記発光層は、前記紫外領域の光を発光する A 1 x lG a !_xl_x2 I n x2N (0 < x 1 < 1 , 0 < x 2 < 1 , x 1 > x 2) からなる領域と、 前記可視領 域の光を発光する A 1 ylG a yl y 2 I ny 2N (0く y lく 1、 0く y 2く 1、 y Ky 2) からなる領域とを有する、 請求の範囲第 1項に記載の発光装置。
5. 前記 A 1 x lG a丄— x l x 2 I n x 2N (0く x lく 1、 0く x 2く 1、 x 1 > x 2) からなる領域と、 前記 A 1 y iG a !_71_72 I ny 2N (0 < y 1 < 1、 0く y 2く 1、 y 1 < y 2) からなる領域は単一の層内に形成されている、 請求の範囲第 4項に記載の発光装置。
6. 前記発光層は、 前記紫外領域の光を発光する A 1 XG a (0≤x ≤ 1) からなる領域と、前記可視領域の光を発光する I nyG a i_yN (0≤y≤ 1) からなる領域とを有する、 請求の範囲第 1項に記載の発光装置。
7. 前記 A 1 XG a !_XN (0≤ x≤ 1) からなる領域と、 前記 I n y G a !_yN (0≤y≤ 1) からなる領域は単一の層内に形成されている、 請求の範囲 第 6項に記載の発光装置。
8. 前記発光素子からの光と前記蛍光体からの光とが混合されて発光する、 請求の範囲第 1項に記載の発光装置。
9. 前記発光素子の光放出方向が前記蛍光体を分散した光透過性材料により 被覆されている、 請求の範囲第 1項に記載の発光装置。
1 0. 前記発光素子はリードフレームのカップ部にマウントされ、 当該力 ップ部には前記蛍光体を分散した前記光透過性材料が充填されている、 請求の範 囲第 9項に記載の発光装置。
1 1. 前記紫外領域の光の発光ピーク波長は 360 nm以下の範囲にある、 請求の範囲第 1項に記載の発光装置。
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