JP3419280B2 - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、LEDディスプレイ、
バックライト光源、信号機、光センサー、光プリンター
ヘッド、照光式スイッチ及び各種インジケータなどに利
用される赤色系が発光可能な発光装置などに係わる。特
に、使用環境によらず高輝度、高効率な発光が可能であ
ると共に温度変化に対して色調変化や輝度変化が少ない
発光装置及びそれを用いた表示装置に関する。
【0002】
【従来技術】発光ダイオード(以下、LEDともいう)
やレーザーダイオード(以下、LDともいう)は、小型
で効率が良く鮮やかな色の発光をする。また、半導体素
子であるため球切れなどの心配がない。振動やON/OFF
点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。そのため各
種インジケータや種々の光源として利用されている。最
近、超高輝度高効率な発光ダイオードとしてRGB
(赤、緑、青色)などの発光ダイオードがそれぞれ開発
された。これに伴いRGBの三原色を利用したLEDデ
ィスプレイが省電力、長寿命、軽量などの特長を生かし
て飛躍的に発展を遂げつつある。
【0003】発光ダイオードは使用される発光層の半導
体材料、形成条件などによって紫外から赤外まで種々の
発光波長を放出させることが可能とされている。また、
優れた単色性ピーク波長を有する。
【0004】しかしながら、現在のところ可視光のうち
青色や緑色の比較的短波長を高輝度に発光可能な発光素
子としては、窒化物系化合物しか実用化されていない。
また、窒化物系化合物半導体を利用した発光素子は種々
の発光波長を高輝度に発光することが可能であるが、現
在のところ可視域の長波長側において高効率に発光可能
なものを形成させることが困難である。
【0005】一方、赤色系が高輝度に発光可能な発光ダ
イオードとしては、GaAlAs、GaAsP、AlG
aInPなどを発光層にもつものが利用されている。そ
のため、RGB(赤、緑、青)の発光を同一半導体を用
いて高輝度に発光させることができない。青色や緑色に
関しては、実質的に同じ半導体材料を利用することがで
きるものの赤色に関しては青色や緑色と異なる半導体材
料を利用することとなる。半導体材料が異なると駆動電
圧などが異なる。そのため、個々に電源を確保する必要
があり回路構成が複雑になる。また、半導体材料が異な
ることに起因して温度変化に対する色調や輝度の変化率
がそれぞれ大きく異なる。図9に、窒化物系化合物半導
体を用いた発光素子(Aが青色、Bが緑色)の輝度に比
べて他の発光素子(Cが赤色)の特性が大きく異なる具
体例を示す。
【0006】RGBの発光ダイオードをそれぞれ発光さ
せ混色表示させてある場合、温度変化などにより色調や
輝度の特性が大きく異なると色バランスなどが崩れる。
特に、人間の目は、白色に関して感度が良く少しの色ず
れでも識別できる。したがって、RGBが異なる半導体
材料からなる発光素子の混色光を利用して白色系を発光
させると温度変化によるホワイトバランスなどが特に大
きな問題となる。このような色調変化や輝度変化は表示
ディスプレイ、光センサーや光プリンターなどにおいて
大きな問題となる。
【0007】さらに、発光ダイオードは優れた単色性ピ
ーク波長を有するが故に白色系発光光源などとさせるた
めには、RGBなどが発光可能な各LEDチップをそれ
ぞれ近接配置して発光させ拡散混色させる必要がある。
このような発光ダイオードは、種々の色を自由に発光さ
せる発光装置としては有効であるが、白色系やピンクな
どの色のみを発光させる場合においても青緑色系及び黄
色系の発光ダイオード、赤色系、緑色系及び青色系の発
光ダイオードをそれぞれ使用せざるを得ない。LEDチ
ップは、半導体であり色調や輝度のバラツキもまだ相当
ある。
【0008】また、上述の如く、各半導体ごとに電流な
どを調節して白色系など所望の光を発光させなければな
らない。異なる半導体材料を用いた発光素子の場合、個
々の温度特性の差や経時変化が大きく異なり、色調など
が種々変化してしまう場合がある。使用開始時に白色光
等とさせるべく設定させていたとしても発光ダイオード
自身の発熱等により色ずれ、輝度むらなどが生じる場合
がある。さらに、LEDチップからの発光を均一に混色
させなければ色むらを生ずる場合がある。
【0009】本出願人は先にLEDチップの発光色を蛍
光物質で色変換させた発光ダイオードとして特開平5−
152609号公報、特開平7−99345号公報など
に記載された発光ダイオードを開発した。これらの発光
ダイオードによって、青色光を発光するLEDチップを
用いて他の発光色を効率よく発光させることができる。
【0010】具体的には、発光層のエネルギーバンドギ
ャップが大きいLEDチップをリードフレームの先端に
設けられたカップ上などに配置する。LEDチップは、
LEDチップが設けられたメタルステムやメタルポスト
とそれぞれ電気的に接続させる。そして、LEDチップ
を被覆する樹脂モールド部材中などにLEDチップから
の光を吸収し波長変換する蛍光物質を含有させて形成さ
せてある。これにより、LEDチップから青色の発光を
吸収し別の色を高輝度に発光可能な発光ダイオードとす
ることができる。
【0011】発光素子からの発光波長により励起される
蛍光物質は、蛍光染料、蛍光顔料さらには有機、無機化
合物などから様々なものが挙げられる。また、蛍光物質
は、残光性が長いものと実質的にないものなどがある。
さらに、発光素子からの発光波長を波長の短いものから
長い波長へと変換する、或いは発光素子からの発光波長
を波長の長いものから短い波長へと変換するものとがあ
る。
【0012】
【発明が解決する課題】しかしながら、波長の長いもの
から短い波長へと変換する場合、変換効率が極めて悪く
実用に向かない。さらに、多段励起を必要とするため励
起波長量に対してリニアに発光量が増えない。また、発
光素子周辺に近接して配置された蛍光物質は、太陽光よ
りも約30倍から40倍にも及ぶ強照射強度の光線にさ
らされる。特に、発光素子であるLEDチップを高エネ
ルギーバンドギャップを有する半導体を用い蛍光物質の
変換効率向上や蛍光物質の使用量を減らした場合におい
ては、LEDチップから発光した光が可視光域にある場
合でも光エネルギーが必然的に高くなる。紫外域に至っ
ては極めて光エネルギーが高くなる。この場合、発光強
度を更に高め長期に渡って使用すると、蛍光物質自体が
劣化しやすいものがある。蛍光物質が劣化すると色調が
ずれる、或いは光の外部取り出し効率が低下する場合が
ある。
【0013】同様に発光素子の近傍に設けられた蛍光物
質は、発光素子の昇温や外部環境からの加熱など高温に
もさらされる。発光ダイオードとして利用する場合は、
一般的に樹脂モールドに被覆されてはいるものの外部環
境からの水分の進入などを完全に防ぐことができない。
また、製造時に付着した水分を完全に除去することもで
きない。蛍光物質によっては、このような水分が発光素
子からの高エネルギー光や熱によって蛍光物質の劣化を
促進する場合もある。また、イオン性の有機染料に至っ
てはチップ近傍では直流電界により電気泳動を起こし、
色調が変化する可能性もある。
【0014】さらに、蛍光物質の分解により生じたイオ
ンなどが発光素子を汚染する或いは、発光素子からの波
長を反射するカップや発光素子を電気的に接続させる導
電性ワイヤーなどが変質し取り出し効率が低下する場合
もある。
【0015】したがって、本発明は上記課題を解決し、
温度変化に対して色調や輝度の変化が少ない赤色系の発
光波長成分を含む発光装置などを提供することにある。
また、より高輝度、長時間の使用環境下においても発光
光率の低下や色ずれの極めて少ない赤色系の発光波長成
分を含む発光装置などを提供することを目的とする。特
に、赤色系とは異なる他の色が発光可能な窒化物系化合
物半導体と諸特性が揃った赤色系の発光波長成分が発光
可能な発光装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも発
光層が窒化ガリウム系化合物半導体である発光素子と、
該発光素子が発光する発光波長の少なくとも一部を吸収
し波長変換して発光する蛍光物質とを有する発光装置で
ある。特に、発光素子からの発光スペクトルが主ピーク
として365nmから530nm内にあると共に、蛍光
物質がaMgO・bLi2O・Sb2O3:cMn、dM
gO・eTiO2:fMn、gMgO・hMgF2・Ge
O2:iMn、jCaO・kM1O・TiO2:lPr、
mM22O 3・(P1-nVn)2O5:oEu2O3から選択さ
れる少なくとも一種である。
【0017】但し、2≦a≦6、2≦b≦4、0.00
1≦c≦0.05、1≦d≦3、1≦e≦2、0.00
1≦f≦0.05、2.5≦g≦4.0、0≦h≦1、
0.003≦i≦0.05。M1はZn、Mg、Sr、
Baより選択される少なくとも1種。j+k+l=1、
0<k≦0.4、0.00001≦l≦0.2。M2は
La、Y、Sc、Lu、Gdより選択される少なくとも
1種。0.5≦m≦1.5、0<n≦1、0.001≦
o≦0.5である。
【0018】本発明の請求項2に記載の発光装置は、発
光層が少なくとも窒化物系化合物半導体であり可視光を
発光する発光素子と、発光素子の可視発光波長により励
起されて発光波長より長波長の蛍光を発光する蛍光物質
とを有する。特に、発光素子がn型窒化物系化合物半導
体層と、p型窒化物系化合物半導体層との間に、ダブル
へテロ構造となるノンドープのInαAlβGa1-α-
βN層の活性層を有し、InαAlβGa1-α-βN層
のα値が0以上、β値が0以上、α+β値が1未満、I
nαAlβGa1-α-βN層の膜厚が100オングスト
ローム未満であると共に、蛍光物質の組成式がaMgO
・bLi2O・Sb2O3:cMn、dMgO・eTi
O2:fMn、gMgO・hMgF2・GeO2:iMn
から選択される少なくとも一種である。
【0019】但し、2≦a≦6、2≦b≦4、0.00
1≦c≦0.05、1≦d≦3、1≦e≦2、0.00
1≦f≦0.05、2.5≦g≦4.0、0≦h≦1、
0.003≦i≦0.05である。
【0020】本発明の請求項3に記載の発光装置は、発
光層が少なくとも窒化物系化合物半導体であり可視光を
発光する発光素子と、発光素子の可視発光波長により励
起されて発光波長より長波長の蛍光を発光する蛍光物質
とを有する。特に、発光素子がn型窒化物系化合物半導
体層と、p型窒化物系化合物半導体層との間に、ダブル
へテロ構造となりp型不純物を含むInαAlβGa1-
α-βN層の活性層を有し、InαAlβGa1-α-βN
層のα値が0以上、β値が0以上、α+β値が1未満、
InαAlβGa1-α-βN層の膜厚が100オングス
トローム以上であると共に、蛍光物質の組成式がaMg
O・bLi2O・Sb2O3:cMn、dMgO・eTi
O2:fMn、gMgO・hMgF2・GeO2:iMn
から選択される少なくとも一種である。
【0021】但し、2≦a≦6、2≦b≦4、0.00
1≦c≦0.05、1≦d≦3、1≦e≦2、0.00
1≦f≦0.05、2.5≦g≦4.0、0≦h≦1、
0.003≦i≦0.05である。
【0022】本発明の請求項4に記載の発光装置は、発
光層が少なくとも窒化物系化合物半導体であり紫外線を
放射する発光素子と、発光素子の紫外発光波長により励
起されて発光波長より長波長の蛍光を発光する蛍光物質
とを有する。特に、発光素子がn型窒化物系化合物半導
体層と、p型窒化物系化合物半導体層との間に、ダブル
へテロ構造となりn型不純物を含むInαGa1-αN層
の活性層を有し、n型不純物濃度が5×1017/cm3
未満、InαGa1-αN層のα値が0より大きく0.1
以下、InαGa1-αN層の膜厚が100オングストロ
ーム以上、1000オングストローム以下であると共
に、蛍光物質の組成式がgMgO・hMgF2・Ge
O2:iMn、jCaO・kM1O・TiO2:lPr、
mM22O3・(P1-nVn)2O5:oEu2O3、M32O2
S:pEu、M42O:qEu、から選択される少なく
とも一種である。
【0023】但し、2.5≦g≦4.0、0≦h≦1、
0.003≦i≦0.05。M1はZn、Mg、Sr、
Baより選択される少なくとも1種。j+k+l=1、
0<k≦0.4、0.00001≦l≦0.2。M2は
La、Y、Sc、Lu、Gdより選択される少なくとも
1種。0.5≦m≦1.5、0<n≦1、0.001≦
o≦0.5。M3はLa、Y、Ga、Sc、Luより選
択される少なくとも1種。0.0005≦p≦0.1。
M4はLa、Y、Gaより選択される少なくとも1種。
0.0005≦q≦0.1である。
【0024】本発明の請求項5に記載の発光装置は、発
光層が少なくとも窒化物系化合物半導体であり紫外線を
放射する発光素子と、発光素子の紫外発光波長により励
起されて発光波長より長波長の蛍光を発光する蛍光物質
とを有する。特に、発光素子がn型窒化物系化合物半導
体層と、p型窒化物系化合物半導体層との間に、ダブル
へテロ構造となりn型不純物を含むInδGa1-δN層
の活性層を有し、不純物濃度が5×1017/cm3以
上、InδGa1-δN層のδ値が0より大きく0.1以
下、InδGa1-δN層の膜厚が100オングストロー
ム以上であると共に、蛍光物質の組成式がgMgO・h
MgF2・GeO2:iMn、jCaO・kM1O・Ti
O2:lPr、mM22O3・(P1-nVn)2O5:oEu2
O3、M32O2S:pEu、M42O:qEuから選択さ
れる少なくとも一種である。
【0025】但し、2.5≦g≦4.0、0≦h≦1、
0.003≦i≦0.05。M1はZn、Mg、Sr、
Baより選択される少なくとも1種。j+k+l=1、
0<k≦0.4、0.00001≦l≦0.2。M2は
La、Y、Sc、Lu、Gdより選択される少なくとも
1種。0.5≦m≦1.5、0<n≦1、0.001≦
o≦0.5。M3はLa、Y、Ga、Sc、Luより選
択される少なくとも1種。0.0005≦p≦0.1。
M4はLa、Y、Gaより選択される少なくとも1種。
0.0005≦q≦0.1である。
【0026】
【発明の実施の形態】本発明者らは、種々の実験の結
果、光エネルギーが比較的高い発光波長を発光する発光
素子からの発光波長を蛍光物質によって変換させる発光
装置において、特定の発光素子及び特定の蛍光物質を選
択することにより高輝度、長時間の使用時における光効
率低下や色ずれを防止し高輝度に発光できることを見出
し本発明を成すに至った。
【0027】特に本発明の発光素子に用いられる窒化物
系化合物半導体は、紫外光から青色、緑色(発光波長の
主ピークが365nmから530nm)を効率よく発光
することができる。しかしながら蛍光物質から見ると励
起光源の励起波長範囲が上述の如く極めて狭く、且つピ
ーク性を持っている。そのため、発光装置としての光度
や発光効率を向上させるためには選択された特定の発光
素子及び特定の蛍光物質との組み合わせが必要となる。
【0028】即ち、発光装置に用いられる蛍光物質とし
ては、
1.耐光性に優れていることが要求される。特に、発光
素子などの微小領域から強放射されるために発光素子に
接して或いは近接して設けられた蛍光物質は、太陽光の
約30倍から40倍にもおよぶ強照射強度にも十分耐え
る必要がある。発光素子が紫外域に発光する場合は、紫
外線に対しての耐久性も要求される。
【0029】2.発光光率を向上させるため、窒化物系
化合物半導体からの発光波長に対して効率よく励起され
ること。
【0030】3.励起によって効率よく発光可能なこ
と。
【0031】4.発光素子近傍に配置される場合、温度
特性が良好であること。
【0032】5.発光ダイオードの利用環境に応じて耐
候性があること6.発光素子などを損傷しないこと。
【0033】7.色調が組成比或いは複数の蛍光物質の
混合比で連続的に変化可能なことなどの特徴を有するこ
とが求められる。
【0034】これらの条件を満たすものとして本発明
は、発光素子として発光層に高エネルギーバンドギャッ
プを有する窒化物系化合物半導体素子を、蛍光物質とし
てaMgO・bLi2O・Sb2O3:cMn、dMgO
・eTiO2:fMn、gMgO・hMgF2・Ge
O2:iMn、jCaO・kM1O・TiO2:lPr、
mM22O3・(P1-nVn)2O5:oEu2O3、M32O2
S:pEu、M42O:qEuから選択される少なくと
も一種を用いる。これにより発光素子から放出された高
エネルギー光を長時間近傍で高輝度に照射した場合であ
っても発光色の色ずれや発光輝度の低下が極めて少ない
赤色系の発光波長成分である長波長成分を高輝度に有す
る発光装置とすることができる。
【0035】具体的な発光装置の一例として、チップタ
イプLEDを図2に示す。チップタイプLEDの筐体2
04内に窒化ガリウム系半導体を用いたLEDチップ2
02をエポキシ樹脂などを用いてダイボンド固定させて
ある。導電性ワイヤー203として金線をLEDチップ
202の各電極と筐体に設けられた各電極205とにそ
れぞれ電気的に接続させてある。5MgO・3Li2O
・Sb2O5としてMg5Li6Sb2O13:Mnをエポキ
シ樹脂中に混合分散させたものをLEDチップ、導電性
ワイヤーなどを外部応力などから保護するモールド部材
201として均一に充填し硬化形成させる。このような
発光ダイオードに電力を供給させることによってLED
チップ202を発光させれる。LEDチップ202から
の発光によって励起された蛍光物質からの発光、或いは
蛍光物質からの発光とLEDチップ202からの光との
混色光が発光可能な発光装置とすることができる。以
下、本発明の構成部材について詳述する。
【0036】(蛍光物質)本発明に用いられる蛍光物質
としては、発光素子の発光波長により励起されて発光素
子からの励起波長より長波長を発光する蛍光物質をい
う。具体的な蛍光物質としては、aMgO・bLi2O
・Sb2O3:cMn、dMgO・eTiO2:fMn、
gMgO・hMgF2・GeO2:iMn、jCaO・k
M1O・TiO 2:lPr、mM22O3・(P1-nVn)2
O5:oEu2O3、M32O2S:pEu、M42O:qE
uから選択される少なくとも一種である。
【0037】(但し、2≦a≦6、2≦b≦4、0.0
01≦c≦0.05、1≦d≦3、1≦e≦2、0.0
01≦f≦0.05、2.5≦g≦4.0、0≦h≦
1、0.003≦i≦0.05。M1はZn、Mg、S
r、Baより選択される少なくとも1種。j+k+l=
1、0<k≦0.4、0.00001≦l≦0.2。M
2はLa、Y、Sc、Lu、Gdより選択される少なく
とも1種。0.5≦m≦1.5、0<n≦1、0.00
1≦o≦0.5。M3はLa、Y、Ga、Sc、Luよ
り選択される少なくとも1種。0.0005≦p≦0.
1。M4はLa、Y、Gaより選択される少なくとも1
種。0.0005≦q≦0.1である。)蛍光物質から
の可視域光のみを外部に放出させるためには、窒化物系
化合物半導体から放出され蛍光物質を励起する励起波長
を紫外域にする。或いは、発光素子が放出した励起波長
を実質的に全て蛍光物質で波長変換させる。さらには、
発光素子が発光し蛍光物質で変換されなかった光をピグ
メントなどにより吸収させることで蛍光物質からの可視
域光のみ外部に放出させることができる。
【0038】一方、発光素子から放出された可視発光波
長と蛍光物質からの蛍光を共に外部に放出させる場合、
発光装置外部に発光素子からの可視発光波長と蛍光物質
からの蛍光とがモールド部材などを透過する必要があ
る。したがって、蛍光物質をスパッタリング法などによ
り形成させた蛍光物質の層内に発光素子を閉じこめ、蛍
光物質層に発光素子からの光が透過する開口部を1乃至
2以上有する構成の発光装置としても良い。また、蛍光
物質層を発光素子からの光が透過する程度に薄く形成さ
せる。同様に、蛍光物質の粉体を樹脂や硝子中に含有さ
せ発光素子からの光が透過する程度に薄く形成させても
良い。蛍光物質と樹脂などとの比率や塗布、充填量を種
々調整すること及び発光素子の発光波長を選択すること
により、赤色系の発光波長を含む任意の色調を提供させ
ることができる。
【0039】蛍光物質の含有分布は、混色性や耐久性に
も影響する場合がある。すなわち、蛍光物質が含有され
たコーティング部やモールド部材の表面側から発光素子
に向かって蛍光物質の分布濃度が高い場合は、外部環境
からの外力、水分などの影響をより受けにくく、外力や
水分による劣化を抑制しやすい。他方、蛍光物質の含有
分布を発光素子からモールド部材表面側に向かって分布
濃度が高くなると外部環境からの水分などの影響を受け
やすいが発光素子からの発熱、照射強度などの影響がよ
り少なくすることができる。このような、蛍光物質の分
布は、蛍光物質を含有する部材、形成温度、粘度や蛍光
物質の形状、粒径、粒度分布などを調整させることによ
って種々形成させることができる。したがって、使用条
件などにより蛍光物質の分布濃度を、種々選択すること
ができる。このような分布を分散性よく抑制御する目的
で蛍光物質の平均粒径が0.2μmから0.7μmであ
ることが好ましい。また、粒度分布が0.2<logシ
グマ<0.45であることが好ましい。
【0040】本発明の蛍光物質は、特に発光素子と接す
る或いは近接して配置され放射照度として(Ee)=3
W・cm-2以上10W・cm-2以下においても高効率に
十分な耐光性有する発光装置とすることができる。
【0041】(aMgO・bLi2O・Sb2O3:cMn
蛍光物質の生成法)aMgO・bLi2O・Sb2O3:
cMn蛍光物質の生成方法例としては、MgCO3、L
i2CO3、Sb2O3、MnCO3を原料としてそれぞれ
5:3:1:0.001〜0.05のモル比で使用す
る。それぞれの酸化物をボールミルなどを用いて十分混
合しアルミナ坩堝などに詰める。坩堝を1250から1
400℃の温度にて空気中約2時間焼成し、さらに酸素
雰囲気中560℃で10時間以上焼成して焼成品を得
た。焼成品をメタノール中でボールミルして洗浄、分
離、乾燥、最後に篩を通して本発明に用いられるMg5
Li6Sb2O13:Mn蛍光物質を形成させることができ
る。特に、高輝度に発光させるためには、2≦a≦6、
2≦b≦4、0.001≦c≦0.05とすることが好
ましい。この蛍光物質は本発明の発光素子からの発光波
長である短波長側の可視光で励起されやすい。
【0042】(dMgO・eTiO2:fMn蛍光物質
の生成法)dMgO・eTiO2:fMn蛍光物質の生
成方法例としては、MgCO3、TiO2、MnCO3を
原料としてそれぞれ2:1:0.001〜0.05のモ
ル比で使用する。それぞれの酸化物をボールミルなどを
用いて十分混合しアルミナ坩堝などに詰める。坩堝を1
250から1400℃の温度にて空気中約2時間焼成
し、さらに酸素雰囲気中560℃で10時間以上焼成し
て焼成品を得る。焼成品をメタノール中でボールミルし
て洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して本発明に用いら
れるMg2TiO4:Mn蛍光物質を形成させることがで
きる。特に、高輝度に発光させるためには、1≦d≦
3、1≦e≦2、0.001≦f≦0.05とすること
が好ましい。この蛍光物質も本発明の発光素子からの発
光波長である短波長側の可視光で励起されやすい。
【0043】(gMgO・hMgF2・GeO2:iMn
蛍光物質の生成法)gMgO・hMgF2・GeO2:i
Mn蛍光物質の生成方法例としては、MgCO3、Ge
O2、MnCO3を原料としてそれぞれ3.5:0.5:
1:0.001〜0.05のモル比で使用する。それぞ
れの酸化物をボールミルなどを用いて十分混合しアルミ
ナ坩堝などに詰める。坩堝を1100から1250℃の
温度にて大気中焼成し、さらに酸素雰囲気中560℃で
10時間以上焼成して焼成品を得る。焼成品を水中でボ
ールミルして洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して本発
明に用いられる3.5MgO・0.5MgF2・Ge
O2:Mn蛍光物質を形成させることができる。この蛍
光物質のピーク波長は、658nmである。特に、高輝
度に発光させるためには、2.5≦g≦4.0、0≦h
≦1、0.003≦i≦0.05とすることが好まし
い。この蛍光物質は本発明の発光素子からの短波長側の
可視光及び紫外線域で励起されやすい。
【0044】(jCaO・kM1O・TiO2:lPr
蛍光物質の生成法)jCaO・kM1O・TiO2:l
Pr蛍光物質の生成法としては、CaCO3、TiO2、
Pr6O11、H3BO3をボールミル混合し1200から
1400℃で2時間ほど大気中で焼成する。焼成品を粉
砕洗浄して分離乾燥させ最後に篩いを通して本発明に用
いられるCaTiO3:Pr蛍光物質を形成させること
ができる。この蛍光物質のピーク波長は614nmであ
る。なお、M1はZn、Mg、Sr、Baより選択され
る少なくとも1種であり何れの元素でも同様に発光させ
ることができる。また、高輝度に発光させるためには、
j+k+l=1、0<k≦0.4、0.00001≦l
≦0.2の範囲が好ましい。この蛍光物質は本発明の発
光素子からの紫外線域で好適に励起され発光する。
【0045】(mM22O3・(P1-nVn)2O5:oEu
2O3蛍光物質の生成法)mM22O3・(P1-nVn)
2O5:oEu2O3蛍光物質の生成法としては、Y2O3、
Eu2O3、(NH4)2HPO4、V2O5をボールミル混
合しアルミナ坩堝に詰めて1100から1400℃で2
時間ほど大気中で焼成する。焼成品を水中でボールミル
して粉砕、洗浄、分離、乾燥させ最後に篩いを通して本
発明に用いられるY(PV)O4:Eu蛍光物質を形成
させることができる。この蛍光物質のピーク波長は62
0nmである。なお、M2はY、La、Sc、Lu、G
dより選択される少なくとも1種であり何れの元素でも
同様に発光させることができる。また、高輝度に発光さ
せるためには0.5≦m≦1.5、0<n≦1、0.0
01≦o≦0.5の範囲が好ましい。この蛍光物質は本
発明の発光素子からの紫外線域で好適に励起され発光す
る。
【0046】(M32O2S:pEu蛍光物質の生成法)
M32O2S:pEu蛍光物質の生成法例としては、Y2
O3とEu2O3を塩酸で溶解後、硝酸塩として共沈させ
る。この時のEu2O3量は0.1から20mol%が好
ましい。この沈殿物を空気中で800から1000℃で
焼成して酸化物とする。得られた酸化物に硫黄と炭酸ソ
ーダ及びフラックスを混合しアルミナ坩堝に入れ100
0℃から1200℃の温度により2から3時間焼成して
焼成品を得る。焼成品を粉砕洗浄して分離乾燥させ最後
に篩いを通して本発明に用いられるY2O2S:Eu蛍光
物質を形成させることができる。この蛍光物質のピーク
波長は627nmである。なお、M3はY、La、G
a、Sc、Luより選択される少なくとも1種であり何
れの元素でも同様に発光させることができる。また、高
輝度に発光させるためには0.0005≦p≦0.1の
範囲が好ましい。この蛍光物質は本発明の発光素子から
の紫外線域で好適に励起され発光する。
【0047】(M42O:qEu蛍光物質の生成法)M
42O:qEu蛍光物質の生成法例としては、Y2O3と
Eu2O3にフラックスとしてホウ素を添加し3時間乾式
混合する。混合原料は1200℃から1600℃の空気
中で約6時間焼成して焼成品を得る。焼成品を湿式にて
ミリングによる分散を行い、洗浄、分散、乾燥、乾式篩
いを通して本発明に用いられるY2O3:Eu蛍光物質を
形成させることができる。この蛍光物質のピーク波長は
611nmである。なお、M4はY、La、Gaより選
択される少なくとも1種であり何れの元素でも同様に発
光させることができる。また、高輝度に発光させるため
には0.0005≦q≦0.1の範囲が好ましい。この
蛍光物質は本発明の発光素子からの紫外線域で好適に励
起され発光する。
【0048】(本発明の蛍光物質と共に用いられるその
他の蛍光物質)本発明に用いられる蛍光物質は紫外線に
より効率よく発光するものの他、可視光の長波長側で効
率よく発光可能なものを含む。そのため発光素子からの
励起波長により励起され赤色系の発光成分が発光可能な
窒化物系化合物半導体を利用した発光装置として利用す
ることができる。本発明の蛍光物質の他に、耐光性など
本発明と同等の特性を持ちつつ発光素子からの発光波長
により励起され本発明と異なる他の波長が発光可能な蛍
光物質を加えることもできる。複数の蛍光物質を含有さ
せることにより発光装置からの光のRGB波長成分を増
やすことや赤色の発光波長を含む種々の発光色を発光さ
せることもできる。
【0049】本発明の蛍光物質に加えて比較的短波長側
の可視光で効率よく発光可能な蛍光物質としては、セリ
ウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネ
ット系蛍光物質などが挙げられる。セリウムで付活され
たイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光物質
は、本発明に用いられる蛍光物質と同等の耐光性を持ち
つつ可視光の短波長である青色光を受けて黄色系の光を
発光する。窒化物系化合物半導体からの青色と、セリウ
ムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネッ
ト系蛍光物質の黄色との混色により耐光性を有し高輝度
且つ高演色性の白色発光が可能とすることができる。
【0050】セリウムで付活されたイットリウム・アル
ミニウム・ガーネット系蛍光物質としては、種々の置換
可能な物質が挙げられる。具体的には、(Re1-xS
mX)3(Al1-y-zInyGaz)5O12:Ce(但し、0
≦x<1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦y+z≦1、
Reは、Y、Gd、Laからなる群より選択される少な
くとも一種の元素である。)の蛍光物質などとして挙げ
られる。
【0051】(Re1-xSmX)3(Al1-y-zInyG
az)5O12:Ceは、ガーネット構造のため、熱、光及
び水分に強く、励起スペクトルのピークが450nm付
近にさせることができる。また、発光ピークも530n
m付近にあるブロードな発光スペクトルとすることがで
きる。しかも、組成のAlの一部をGaで置換すること
で発光波長が短波長にシフトし、また組成のYの一部を
Gdで置換することで、発光波長が長波長へシフトす
る。このように組成を変化することで発光色をある程度
連続的に調節することも可能である。
【0052】また、窒化物系化合物半導体を用いたLE
Dチップと、セリウムで付活されたイットリウム・アル
ミニウム・ガーネット系蛍光物質(YAG)に希土類元
素のサマリウム(Sm)を含有させた蛍光物質とを有す
ることによりさらに光効率を向上させることができる。
【0053】このような蛍光物質は、Y、Gd、Ce、
Sm、La、Al及びGaの原料として酸化物、又は高
温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学
量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Y、Gd、
Ce、La、Smの希土類元素を化学量論比で酸に溶解
した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共
沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合
して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化ア
ンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空
気中1350〜1450°Cの温度範囲で2〜5時間焼
成して焼成品を得、次に焼成品を水中でボールミルし
て、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ること
ができる。
【0054】セリウムで付活されたイットリウム・アル
ミニウム・ガーネット系蛍光物質は、イットリウムをガ
ドリニウムで置換することにより発光波長が長波長側に
移動するが置換量を多くすると輝度が急激に低下する。
そのため本発明の蛍光物質をセリウムで付活されたイッ
トリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光物質に加え
て利用することにより、より赤みの強い発光成分を含ん
だ白色系等を高輝度に得ることができる。同様に、蛍光
物質の混合比率を調節させることによりピンク色等を発
光させることもできる。
【0055】また、窒化物系化合物半導体から放出され
る発光波長が紫外域である場合は、本発明の蛍光物質に
紫外光を受けて青色や緑色が発光可能な蛍光物質を加え
て白色など任意の発光色を得ることもできる。蛍光物質
の混合量により所望の色とすることができるものであ
る。具体的には、青色が発光可能な蛍光物質としてSr
2P2O7:Eu、Sr5(PO4)3Cl:Eu、(SrC
aBa)3(PO4)6Cl:Eu、BaMg2Al
16O27:Eu、SrO・P2O5・B2O5:Eu、(Ba
Ca)5(PO4)3Cl:Euなどが好適に挙げられ
る。緑色が発光可能な蛍光物質としてZnSiO4:M
n、Zn2SiO4:Mn、LaPO4:Tb、SrAl2
O4:Euなどが好適に挙げられる。白色が発光可能な
蛍光物質としてYVO4:Dyなどが好適に挙げられ
る。
【0056】また、複数種の蛍光物質を利用する場合
は、コーティング部及び/又はモールド部材などである
硝子などの透光性無機部材や樹脂などの透光性有機部材
中に複数の蛍光物質を混合させて形成させてもよいし、
各蛍光物質ごとの多層膜として形成させてもよい。さら
に、透光性無機部材である硝子などの内壁及び/又は外
壁に蛍光物質をバインダーと共に塗布する。塗布後バイ
ンダーを焼却するなどによりバインダーを飛ばした蛍光
物質に発光素子からの励起波長を照射させ発光させるこ
ともできる。
【0057】このように他の蛍光物質を利用すること
で、発光装置から放出される光の演色性を任意に変化さ
せることができる。また、RGB成分を含む発光が可能
なためフルカラー表示装置や、カラーフィルターを介す
るフルカラー液晶表示装置のバックライト用などとして
も利用できる。
【0058】(発光素子102、202、302、80
2)本発明に用いられる発光素子とは、aMgO・bL
i2O・Sb2O3:cMn、dMgO・eTiO2:fM
n、gMgO・hMgF2・GeO2:iMn、jCaO
・kM1O・TiO2:lPr、mM22O3・(P1-nV
n)2O5:oEu2O3、M32O2S:pEu、M42O:
qEuから選択される少なくとも一種の蛍光物質を効率
良く励起できる窒化物系化合物半導体が挙げられる。発
光素子は、MOCVD法やHVPE法等により基板上に
窒化物系化合物半導体を形成させてある。窒化物系化合
物半導体としては、InαAlβGa1-α-βN(但
し、0≦α、0≦β、α+β≦1)を発光層として形成
させてある。半導体の構造としては、MIS接合、PI
N接合やPN接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あ
るいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層
の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択するこ
とができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄
膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造と
することもできる。
【0059】窒化物系化合物半導体を形成させる基板に
はサファイアC面の他、R面、A面を主面とするサファ
イア、その他、スピネル(MgA12O4)のような絶縁
性の基板の他、SiC(6H、4H、3Cを含む)、S
i、ZnO、GaAs、GaN結晶等の材料を用いるこ
とができる。結晶性の良い窒化物系化合物半導体を比較
的簡単に形成させるためにはサファイヤ基板(C面)を
用いることが好ましく、サファイヤ基板との格子不整合
を是正するためにバッファー層を形成することが望まし
い。バッファー層は、低温で形成させた窒化アルミニウ
ムや窒化ガリウムなどで形成させることができる。ま
た、バッファ層はその上に形成する窒化物系化合物半導
体の結晶性を左右するため2層以上で形成させても良
い。
【0060】この場合、サファイア基板上に低温成長バ
ッファ層、その上に第2のバッファ層とすることができ
る。低温成長バッファ層の上に接して成長させる第2の
バッファ層はアンドープの窒化物系化合物半導体、特に
好ましくはアンドープのGaNとすることが望ましい。
アンドープGaNとするとその上に成長させるn型不純
物をドープした窒化物系化合物半導体の結晶性をより良
く成長させることができる。この第2のバッファ層の膜
厚は100オングストローム以上、10μm以下、さら
に好ましくは0.1μm以上、5μm以下の膜厚で成長
させることが望ましい。
【0061】また、第2のバッファ層はクラッド層では
なく、GaN基板を作製するための下地層とする場合、
Al混晶比のv値が0.5以下のAlvGa1-vN(0≦
v≦0.5)とすることが好ましい。Al混晶比のv値
が0.5を超えると、結晶欠陥というよりもむしろ結晶
自体にクラックが入りやすくなってしまう。そのため、
結晶成長自体が困難になる傾向にある。また膜厚は10
μm以下に調整することがより好ましい。また、この第
2のバッファ層にSi、Ge等のn型不純物をドープし
ても良い。
【0062】窒化物系化合物半導体を使用したpn接合
を有する発光素子例としては、バッファー層上に、n型
窒化ガリウムで形成した第1のコンタクト層、n型窒化
アルミニウム・ガリウムで形成させた第1のクラッド
層、Znなどp型不純物を添加させた窒化インジウム・
ガリウムで形成した活性層、p型窒化アルミニウム・ガ
リウムで形成した第2のクラッド層、p型窒化ガリウム
で形成した第2のコンタクト層を順に積層させた構成な
どとすることができる。
【0063】窒化ガリウム系半導体は、不純物をドープ
しない状態でn型導電性を示す。発光効率を向上させる
など所望のn型窒化ガリウム半導体を形成させる場合
は、n型ドーパントとしてSi、Ge、Se、Te、C
等を適宜導入することが好ましい。一方、P型窒化ガリ
ウム半導体を形成させる場合は、P型ドーパンドである
Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等をドープさせ
る。窒化ガリウム系化合物半導体は、p型ドーパントを
ドープしただけではp型化しにくいためp型ドーパント
導入後に、炉による加熱、低速電子線照射やプラズマ照
射等によりアニールすることでp型化させることが好ま
しい。
【0064】特に、約365nmから400nm以下の
紫外域に発光させる場合は、n型窒化ガリウムと、p型
窒化ガリウムとの間に、ダブルへテロ構造とさせn型不
純物濃度が5×1017/cm3未満の窒化インジウム・
ガリウム(InαGa1-αN)であって、膜厚が100
オングストローム以上1000オングストローム以下、
Inの値αは0より多く0.1以下とすることで高効率
に発光することができる。なお、n型不純物とはSi、
S、Ge、Seから選択される少なくとも一種である。
膜厚として100オングストローム以上、1000オン
グストローム以下が好ましく、更に好ましくは、200
オングストローム以上、800オングストローム以下、
最も好ましくは250オングストローム以上、700オ
ングストローム以下である。
【0065】同様に、n型窒化ガリウムと、p型窒化ガ
リウムとの間に、ダブルへテロ構造とさせn型不純物濃
度が5×1017/cm3以上の窒化インジウム・ガリウ
ム(InδGa1-δN)であって、膜厚が100オング
ストローム以上、Inの値δは0より多く0.1以下と
することで約365nmから400nm以下の紫外域に
おいて高効率に発光することができる。なお、n型不純
物とはSi、S、Ge、Seから選択される少なくとも
一種である。膜厚として100オングストローム以上が
好ましく、更に好ましくは、200オングストローム以
上である。
【0066】紫外域に高出力を有する発光素子としてG
aNとすると、およそ365nmの発光を得ることがで
きる。しかしながら、出力は非常に低くAlを含有させ
るとさらに出力が低下する傾向にある。これは、AlG
aN、InAlNの結晶性によると推測される。AlG
aN、InAlNなどを活性層にすると、バンドギャッ
プエネルギーの関係からAl混晶比の高いクラッド層を
形成する必要がある。Al混晶比の高いクラッド層は結
晶性の良いものが得られにくい傾向にあるため、総合的
にAlを含む窒化物系化合物半導体を活性層とすると発
光素子の寿命が短くなる傾向にある。ところが、上述の
紫外域を高出力に発光する発光素子は、GaN活性層に
微量のInを含有させるだけで発光素子の出力が飛躍的
に向上し、例えばInをわずかに含むGaNを活性層と
すると、GaNよりも10倍以上出力が向上する。従っ
て、InαGa1-αN、InδGa1-δNのα値、δ値
とも0.1以下、好ましくは0.05以下、さらに好ま
しくは0.02以下、最も好ましくは0.01以下に調
整する。なお、ここでInGaNとはAlを全く含まな
いのではなく拡散などにより生ずる不純物レベル(例え
ばInよりもAl含有量が少ない状態)のAlをも含む
ものである。
【0067】さらに、本発明に利用される発光素子は、
InαGa1-αN、InδGa1-δNを含有する活性層
に接して、AlXGa1-XN(0<X≦0.4)である窒
化物系化合物半導体を有しても良い。このAlXGa1-X
N層は活性層の2つの主面のうち、いずれか一方に接し
ていれば良く、必ずしも両方に接している必要はない。
このようなAlXGa1-XNのX値は0<X≦0.4の範
囲が好ましく、0<X≦0.2の範囲がより好ましく、
0<X≦0.1の範囲が最も好ましい。
【0068】0.4よりも大きいとAlXGa1-XN層中
にクラックが入りやすい傾向にある。クラックが入ると
その上に他の半導体を積層して素子構造を形成すること
が難しくなる傾向にある。AlXGa1-XNの膜厚は0.
5μm以下、さらに好ましくは0.3μm以下、最も好
ましくは0.1μm以下の膜厚で形成する。0.5μm
を越えるとAl混晶比を少なくしても、AlXGa1-XN
中にクラックが入りやすくなる傾向にあるからである。
【0069】Alの混晶比が特定の範囲にある窒化物系
化合物半導体層を活性層の両主面側に接して形成した場
合、それらの窒化物系化合物半導体層の膜厚が互いに異
なることが望ましい。n層側のAlXGa1-XN層を薄く
した方が出力が向上しやすい傾向にあった。なおn層
側、p層側のAlXGa1-XNの窒化物系化合物半導体は
異なるAl混晶比を有していても良い。
【0070】さらにまた、AlXGa1-XN(0<X≦
0.4)である窒化物系化合物半導体よりも活性層から
離れた位置にInsGa1-sN(0≦s<0.1、j>
s、m>s)若しくはAltGa1-tN(0<t≦0.
4)である窒化物系化合物半導体を有することもでき
る。この窒化物系半導体はGaNが好適に用いられる。
なお、AlXGa1-XNの窒化物系化合物半導体層と同様
に、n層内、p層内のいずれか一方に形成されていれば
良く、必ずしも両方に形成されている必要はない。In
sGa1-sN、若しくはAltGa1-tNの膜厚は特に限定
するものではないが、n層側に形成する場合には10μ
m以下、さらに好ましくは8μm以下に調整する。一
方、p層側に形成する場合にはn層側よりも薄く形成す
ることが望ましく、2μm以下、さらに好ましくは1μ
m以下の膜厚で形成する。なお、InsGa1 -sN、若し
くはAltGa1-tNは同一導電側の層に複数あっても良
い。
【0071】また、n層側、またはp層側の少なくとも
一方に、バンドギャップエネルギーの小さなGaN層と
バンドギャップエネルギーの大きなAluGa1-uN(0
<u≦1)層とが積層された超格子構造よりなる窒化物
系半導体層を有してもよい。AluGa1-uNは活性層に
接して形成しても良いし、また活性層から離れた位置に
形成しても良い。好ましくは活性層から離れた位置に形
成して、キャリア閉じ込めとしてのクラッド層、若しく
は電極を形成するためのコンタクト層として形成するこ
とが望ましい。このAluGa1-uNは同じく同一導電側
の層に複数あっても良い。
【0072】超格子構造とする場合、GaN層及びAl
uGa1-uN層の膜厚は100オングストローム以下、さ
らに好ましくは70オングストローム以下、最も好まし
くは50オングストローム以下に調整する。100オン
グストロームより厚いと、超格子層を構成する各半導体
層が弾性歪み限界以上の膜厚となり、膜中に微少なクラ
ック、あるいは結晶欠陥が入りやすい傾向にある。ま
た、膜厚の下限は特に限定せず1原子以上であればよ
い。AluGa1-uNを超格子の構成層とすると、膜厚の
厚いものに比較して、Al混晶比の高いものでもクラッ
クが入りにくい。これはAluGa1-uN層を弾性臨界膜
厚以下の膜厚で成長させていることによる。さらに、A
luGa1-uNとGaNとは同一温度で成長できるため、
超格子としやすい。一方が、InGaNであると成長雰
囲気も変えなければならず、AlGaNとInGaNと
で超格子を構成することは、AluGa1-uNとGaNと
で超格子層を作る場合に比較して難しい。
【0073】GaN層及びAluGa1-uN層とを有する
超格子層が光閉じ込め層、及びキャリア閉じ込め層とし
てクラッド層を形成する場合、活性層の井戸層よりもバ
ンドギャップエネルギーの大きい窒化物系化合物半導体
を成長させる必要がある。バンドギャップエネルギーの
大きな窒化物系化合物半導体層とは、即ちAlの混晶比
の高い窒化物系化合物半導体である。Alの混晶比の高
い窒化物系化合物半導体を厚膜で成長させると、クラッ
クが入りやすくなり結晶成長が非常に難しい。
【0074】しかしながら超格子層にすると、超格子層
を構成する単一層をAl混晶比の多少高い層としても、
弾性臨界膜厚以下の膜厚で成長させているのでクラック
が入りにくい。そのため、Alの混晶比の高い層を結晶
性良く成長できることにより、光閉じ込め、キャリア閉
じ込め効果が高くなり、LDでは閾値電圧、LEDでは
Vf(順方向電圧)を低下させることができる。
【0075】更に、超格子層にはその超格子層の導電型
を決定する不純物がドープされており、AluGa1-uN
層とGaN層とのn型不純物濃度が異なる変調ドープと
することができる。例えば一方の層のn型不純物濃度を
小さく、好ましくは不純物をドープしない状態(アンド
ープ)として、もう一方を高濃度にドープすると、閾値
電圧、Vf等を低下させることができる。これは不純物
濃度の低い層を超格子層中に存在させることにより、そ
の層の移動度が大きくなり、また不純物濃度が高濃度の
層も同時に存在することにより、キャリア濃度が高いま
まで超格子層が形成できることによる。不純物濃度が低
い移動度の高い層と、不純物濃度が高いキャリア濃度が
大きい層とが同時に存在することにより、キャリア濃度
が大きく、移動度も大きい層が形成される。そのため閾
値電圧、Vfが低下すると推察される。
【0076】バンドギャップエネルギーの大きな窒化物
系化合物半導体に高濃度に不純物をドープした場合、こ
の変調ドープにより高不純物濃度層と、低不純物濃度層
との間に二次元電子ガスができ、この二次元電子ガスの
影響により抵抗率が低下すると推察される。例えば、n
型不純物がドープされたバンドギャップの大きい窒化物
系化合物半導体と、バンドギャップが小さいアンドープ
の窒化物系化合物半導体とを積層した超格子層では、n
型不純物を添加した層と、アンドープの層とのヘテロ接
合界面で、障壁層側が空乏化しバンドギャップの小さい
層側の厚さ前後の界面に電子(二次元電子ガス)が蓄積
する。
【0077】この二次元電子ガスがバンドギャップの小
さい側にできるので、電子が走行するときに不純物によ
る散乱を受けないため、超格子の電子の移動度が高くな
り抵抗率が低下する。なおp側の変調ドープも同様に二
次元正孔ガスの影響によると推察される。またp層の場
合、AlGaNはGaNに比較して抵抗率が高い。そこ
でAlGaNの方にp型不純物を多くドープすることに
より抵抗率が低下するために、超格子層の実質的な抵抗
率が低下するので発光素子を作製した場合に、閾値が低
下する傾向にあると推察される。また、抵抗率が下がる
ことにより、電極とのオーミックが得やすくなる。ま
た、膜中のシリーズ抵抗も小さくなり閾値電圧、Vfの
低い発光素子が得られる。
【0078】一方、バンドギャップエネルギーの小さな
窒化物系化合物半導体層に高濃度に不純物をドープした
場合、以下のような作用があると推察される。例えばA
luGa1-uN層とGaN層にp型不純物であるMgを同
量でドープした場合、AluGa1-uN層ではMgのアク
セプター準位の深さが大きく、活性化率が小さい。一
方、GaN層のアクセプター準位の深さはAluGa1-u
N層に比べて浅く、Mgの活性化率は高い。例えばMg
を1×1020/cm3ドープするとGaNでは1×1018
/cm3程度のキャリア濃度が得られるのに対し、AluG
a1-uNでは1×1017/cm3程度のキャリア濃度しか得
られない。
【0079】そこでAluGa1-uN/GaNとで超格子
層とし、高キャリア濃度が得られるGaN層の方に多く
不純物をドープする。これにより高キャリア濃度の超格
子層が得られる。しかも超格子構造としているためトン
ネル効果でキャリアは不純物濃度の少ないAluGa1-u
N層を移動する。そのため実質的にキャリアはAluG
a1-uN層の作用は受けず、AluGa1-uN層はバンド
ギャップエネルギーの高いクラッド層として作用する。
バンドギャップエネルギーの小さな方の窒化物系化合物
半導体層に不純物を多くドープしても、LD、LEDの
閾値を低下させる上で非常に効果的である。なおこの説
明はP型層側に超格子を形成する例について説明した
が、n層側に超格子を形成する場合においても、同様の
効果がある。
【0080】バンドギャップエネルギーが大きな窒化物
系化合物半導体にn型不純物を多くドープする場合、バ
ンドギャップエネルギーが大きな窒化物系化合物半導体
への好ましいドープ量としては、1×1017/cm3〜1
×1020/cm3、さらに好ましくは1×1018/cm3〜5
×1019/cm3の範囲である。1×1017/cm3よりも少
ないと、バンドギャップエネルギーが小さな窒化物系化
合物半導体との差が少なくなって、キャリア濃度の大き
い層が得られにくい傾向にある。また1×10 20/cm3
よりも多いと、発光素子自体のリーク電流が多くなりや
すい傾向にある。一方、バンドギャップエネルギーが小
さな窒化物系化合物半導体のn型不純物濃度はバンドギ
ャップエネルギーが大きな窒化物系化合物半導体よりも
少なければ良く、好ましくは1/10以上少ない方が望
ましい。最も好ましくはアンドープとすると最も移動度
の高い層が得られるが、膜厚が薄いため、バンドギャッ
プエネルギーが大きな窒化物系化合物半導体側から拡散
してくるn型不純物があると考えられる。そのため、n
型不純物の量は1×1019/cm3以下が望ましい。n型
不純物としてはSi、Ge、Se、S、O等の周期律表
第IVB族、VIB族元素を選択することができる。より好
ましくはSi、Ge、Sをn型不純物とすることができ
る。この作用は、バンドギャップエネルギーが大きな窒
化物系化合物半導体層にn型不純物を少なくドープし
て、バンドギャップエネルギーが小さな窒化物系化合物
半導体層にn型不純物を多くドープする場合も同様であ
る。
【0081】以上、超格子層に不純物を好ましく変調ド
ープする場合について述べたが、バンドギャップエネル
ギーが大きい窒化物系化合物半導体層とバンドギャップ
エネルギーが小さい窒化物系化合物半導体層との不純物
濃度を等しくすることもできる。
【0082】上述の超格子層がp側層に形成されている
と、超格子構造が発光素子に与える作用は、超格子にn
側層の作用と同じであるが、さらにn層側に形成した場
合に加えて次のような作用がある。即ち、p型窒化物系
化合物半導体はn型窒化物系化合物半導体に比べて、通
常抵抗率が2桁以上高い。そのため超格子層をp層側に
形成することにより、Vfの低下が顕著に現れる。
【0083】窒化物系化合物半導体はp型結晶が非常に
得られにくい半導体であることが知られている。p型結
晶を得るためp型不純物をドープした窒化物系化合物半
導体層をアニーリングして、水素を除去する技術が知ら
れている。しかしp型が得られたといっても単にアニー
リングしただけでは、その抵抗率は数Ω・cm以上もある
場合がある。そこで、p型層を超格子層とすることによ
り結晶性が良くなる。そのため抵抗率が1桁以上低下す
るためVfの低下が現れやすい。
【0084】超格子層である上述の窒化物系化合物半導
体層がp側層に形成されている場合、バンドギャップエ
ネルギーが大きな窒化物系化合物半導体層とバンドギャ
ップエネルギーが小さな窒化物系化合物半導体層とのp
型不純物濃度が異なり、一方の層の不純物濃度を大き
く、もう一方の層の不純物濃度を小さくする。超格子の
n側層と同様に、バンドギャップエネルギーの大きな窒
化物系化合物半導体層の方のp型不純物濃度を大きくし
て、バンドギャップエネルギーの小さな窒化物系化合物
半導体層の方のp型不純物濃度を小さく、好ましくはア
ンドープとすると、閾値電圧、Vf等を低下させること
ができる。またその逆でも良い。つまりバンドギャップ
エネルギーの大きな窒化物系化合物半導体層のp型不純
物濃度を小さくして、バンドギャップエネルギーの小さ
な窒化物系化合物半導体層のp型不純物濃度を大きくし
ても良い。理由は先に述べたとおりである。
【0085】超格子層とする場合、p型不純物の好まし
いドープ量としては1×1018/cm 3〜1×1021/c
m3、さらに好ましくは5×1018/cm3〜5×1020/c
m3の範囲である。1×1018/cm3よりも少ないと、他
の窒化物系化合物半導体層との差が少なくなって、キャ
リア濃度の大きい層が得られにくい傾向にある。また、
1×1021/cm3よりも多いと結晶性が悪くなる傾向に
ある。一方、バンドギャップエネルギーが小さな窒化物
系化合物半導体のp型不純物濃度はバンドギャップエネ
ルギーが大きな窒化物系化合物半導体よりも少なければ
良く、好ましくは1/10以上少ない方が望ましい。最
も好ましくはアンドープとすると最も移動度の高い層が
得られるが、膜厚が薄いため、バンドギャップエネルギ
ーが大きな窒化物系化合物半導体側から拡散してくるp
型不純物が考えられるため、p型不純物の量は1×10
20/cm3以下が望ましい。p型不純物としてはMg、Z
n、Ca、Be等の周期律表第IIA族、IIB族元素が好
ましく、より好ましくはMg、Ca等である。この作用
は、バンドギャップエネルギーが大きい窒化物系化合物
半導体層にP型不純物を少なくドープして、バンドギャ
ップエネルギーが小さい窒化物系化合物半導体層にp型
不純物を多くドープする場合も同様である。
【0086】超格子を構成する窒化物系化合物半導体
は、不純物が高濃度にドープされる層が厚さ方向に対し
半導体層中心部近傍の不純物濃度が大きく、両端部近傍
の不純物濃度が小さい(好ましくはアンドープ)とする
ことがより望ましい。具体的には、n型不純物としてS
iをドープしたAlGaNと、アンドープのGaN層と
で超格子層を形成した場合、AlGaNはSiをドープ
しているのでドナーとして電子を伝導帯に出すが、電子
はポテンシャルの低いGaNの伝導帯に落ちる。GaN
結晶中にはドナー不純物をドープしていないので、不純
物によるキャリアの散乱を受けない。そのため電子は容
易にGaN結晶中を動くことができ、実質的な電子の移
動度が高くなる。これは前述した二次元電子ガスの効果
と類似しており、電子横方向の実質的な移動度が高くな
り、抵抗率が小さくなる。さらに、バンドギャップエネ
ルギーの大きいAlGaNの中心領域にn型不純物を高
濃度にドープすると効果はさらに大きくなる。即ちGa
N中を移動する電子によっては、AlGaN中に含まれ
るn型不純物イオン(この場合Si)の散乱を多少とも
受ける。しかしAlGaN層の厚さ方向に対して両端部
をアンドープとするとSiの散乱を受けにくくなるの
で、さらにアンドープGaN層の移動度が向上するので
ある。作用は若干異なるが、p層側のバンドギャップエ
ネルギーが大きな窒化物系化合物半導体とバンドギャッ
プエネルギーが小さな窒化物系化合物半導体とで超格子
を構成した場合も類似した効果があり、バンドギャップ
エネルギーの大きい窒化物系化合物半導体の中心領域
に、p型不純物を多くドープし、両端部を少なくする
か、あるいはアンドープとすることが望ましい。一方、
バンドギャップエネルギーの小さな窒化物系化合物半導
体にn型不純物を多くドープした層を、前述した不純物
濃度の構成とすることもできる。
【0087】絶縁性基板を用いた発光素子の場合は、絶
縁性基板の一部を除去する、或いは半導体表面側からp
型及びn型用の電極面をとるためにp型半導体及びn型
半導体の露出面をエッチングなどによりそれぞれ形成さ
せる。各半導体層上にスパッタリング法や真空蒸着法な
どによりAu、Alやそれら合金を用いて所望の形状の
各電極を形成させる。発光面側に設ける電極は、全被覆
せずに発光領域を取り囲むようにパターニングするか、
或いは金属薄膜や金属酸化物などの透明電極を用いるこ
とができる。なお、p型GaNと好ましいオーミックが
得られる電極材料としては、Ni、Pt、Pd、Ni/
Au、Pt/Au、Pd/Au等が好適に挙げることが
できる。n型GaNと好ましいオーミックが得られる電
極材料としてはAl、Ti、W、Cu、Zn、Sn、I
n等の金属若しくは合金等が好適に挙げることができ
る。このように形成された発光素子をそのまま利用する
こともできるし、個々に分割してLEDチップやLD素
子の如き構成とし使用してもよい。
【0088】LEDチップやLD素子として利用する場
合は、形成された半導体ウエハー等をダイヤモンド製の
刃先を有するブレードが回転するダイシングソーにより
直接フルカットするか、又は刃先幅よりも広い幅の溝を
切り込んだ後(ハーフカット)、外力によって半導体ウ
エハーを割る。あるいは、先端のダイヤモンド針が往復
直線運動するスクライバーにより半導体ウエハーに極め
て細いスクライブライン(経線)を例えば碁盤目状に引
いた後、外力によってウエハーを割り半導体ウエハーか
らチップ状にカットする。このようにして窒化ガリウム
系化合物半導体であるLEDチップなどの発光素子を形
成させることができる。
【0089】本発明の発光装置において赤色系を含む発
光色を発光させる場合は、発光素子の主発光波長は効率
を考慮して365nm以上530nm以下が好ましく、
365nm以上490nm以下が好ましい。赤色系のみ
を発光させる場合は、主として紫外域である365nm
以上400nm未満がより好ましい。また、発光素子に
用いられる樹脂部材の劣化、白色系など蛍光物質との補
色関係等を考慮する場合は、可視域である400nm以
上530nm以下が好ましく、420nm以上490n
m以下がより好ましい。可視光を利用してLEDチップ
と蛍光物質との効率をそれぞれより向上させるために
は、430nm以上475nm以下がさらに好ましい。
本発明を白色系の発光装置として利用した場合における
発光スペクトル例を図5に示す。450nm付近にピー
クを持つ発光がLEDチップからの発光であり、655
nm付近にピークを持つ発光がLEDチップによって励
起された蛍光物質の発光である。
【0090】(導電性ワイヤー103、203、30
3)電気的接続部材である導電性ワイヤー103、20
3、303としては、発光素子であるLEDチップなど
の発光素子102、202、302の電極とのオーミッ
ク性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいも
のが求められる。熱伝導度としては0.01cal/c
m2/cm/℃以上が好ましく、より好ましくは0.5
cal/cm2/cm/℃以上である。また、作業性な
どを考慮して導電性ワイヤーの直径は、好ましくは、Φ
10μm以上、Φ45μm以下である。このような導電
性ワイヤーとして具体的には、金、銅、白金、アルミニ
ウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤー
が挙げられる。このような導電性ワイヤーは、各LED
チップの電極と、インナー・リード及びマウント・リー
ドなどと、をワイヤーボンディング機器によって容易に
接続させることができる。
【0091】(マウント・リード105)マウント・リ
ード105は、発光素子102を配置させるものであ
り、ダイボンド機器などで積載するのに十分な大きさが
あれば良い。また、発光素子を複数設置しマウント・リ
ードを発光素子の共通電極として利用する場合において
は、十分な電気伝導性とボンディングワイヤー等との接
続性が求められる。さらに、マウント・リード上のカッ
プ内に発光素子を配置すると共に蛍光物質を内部に充填
させる場合は、近接して配置させた別の発光ダイオード
からの光により疑似点灯することを防止することができ
る。
【0092】マウント・リードのカップを利用して発光
素子からの紫外線光を反射させる場合、マウント・リー
ドの表面材質として銀を用いることにより紫外域光を効
率よく反射させることができる。
【0093】発光素子102とマウント・リード105
のカップとの接着は熱硬化性樹脂などによって行うこと
ができる。具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂や
イミド樹脂やSiO2などが挙げられる。また、フリッ
プチップ型であるフェースダウンLEDチップなどによ
りマウント・リードと接着させると共に電気的に接続さ
せるためにはAgペースト、カーボンペースト、ITO
ペースト、金属バンプ等を用いることができる。さら
に、発光ダイオードの光利用効率を向上させるためにL
EDチップが配置されるマウント・リードの表面を鏡面
状とし、表面に反射機能を持たせても良い。この場合の
表面粗さは、0.1S以上0.8S以下が好ましい。ま
た、マウント・リードの具体的な電気抵抗としては30
0μΩ・cm以下が好ましく、より好ましくは、3μΩ
・cm以下である。また、マウント・リード上に複数の
発光素子を積置する場合は、発光素子からの発熱量が多
くなるため熱伝導度がよいことが求められる。具体的に
は、0.01cal/cm2/cm/℃以上が好ましく
より好ましくは 0.5cal/cm2/cm/℃以上で
ある。これらの条件を満たす材料としては、鉄、銅、鉄
入り銅、錫入り銅、メタライズパターン付きセラミック
及び金、銀、をメッキしたアルミニウム、銅や鉄等が挙
げられる。
【0094】(インナー・リード106、306)イン
ナー・リード106、306としては、マウント・リー
ド105上に配置された発光素子102、302と接続
された導電性ワイヤー103との電気的接続を図るもの
である。マウント・リード上に複数の発光素子を設けた
場合は、各導電性ワイヤー同士が接触しないよう配置で
きる構成とする必要がある。具体的には、マウント・リ
ードから離れるに従って、インナー・リードのワイヤー
ボンディングさせる端面の面積を大きくすることなどに
よってマウント・リードからより離れたインナー・リー
ドと接続させる導電性ワイヤーの接触を防ぐことができ
る。導電性ワイヤーとの接続端面の粗さは、密着性を考
慮して1.6S以上10S以下が好ましい。インナー・
リードの先端部を種々の形状に形成させるためには、あ
らかじめリードフレームの形状を型枠で決めて打ち抜き
形成させてもよく、或いは全てのインナー・リードを形
成させた後にインナー・リード上部の一部を削ることに
よって形成させても良い。さらには、インナー・リード
を打ち抜き形成後、端面方向から加圧することにより所
望の端面の面積と端面高さを同時に形成させることもで
きる。
【0095】インナー・リードは、導電性ワイヤーであ
るボンディングワイヤー等との接続性及び電気伝導性が
良いことが求められる。具体的な電気抵抗としては、3
00μΩ・cm以下が好ましく、より好ましくは3μΩ
・cm以下である。これらの条件を満たす材料として
は、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅及び銅、金、銀をメッ
キしたアルミニウム、鉄、銅等が挙げられる。
【0096】(コーティング部101、301)本発明
に用いられるコーティング部101、301とは、モー
ルド部材104とは別にマウント・リードのカップなど
に設けられるものであり発光素子の発光の少なくとも一
部を変換する蛍光物質が好適に含有されるものである。
コーティング部の具体的材料としては、エポキシ樹脂、
ユリア樹脂、シリコーンなどの耐候性に優れた透光性樹
脂やTiO2、SiO2などの透光性無機部材が好適に用
いられる。コーティング部にガラスなどの無機部材を用
いた場合も発光素子の劣化を考慮して低温で形成できる
ものが好ましい。また、本発明の蛍光物質と共に着色顔
料、着色染料や拡散剤を含有させても良い。着色顔料や
着色染料を用いることによって色味を調節させることも
できる。また、拡散剤を含有させることによってより指
向角を増すこともできる。具体的な拡散剤としては、無
機系であるチタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミ
ニウム、酸化珪素等や有機系であるグアナミン樹脂など
が好適に用いられる。
【0097】(モールド部材104)モールド部材10
4は、発光装置の使用用途に応じて発光素子102、導
電性ワイヤー103、蛍光物質が含有されたコーティン
グ部101などを外部から保護するために設けることが
できる。モールド部材は、一般には樹脂を用いて形成さ
せることができるが、所望に応じて構成成分が発光素子
102や導電性ワイヤー等に悪影響を引き起こさせない
ガラスなどの透光性無機部材で形成させてもよい。ま
た、コーティング部に蛍光物質を含有させることによっ
て発光素子から放出される光の視野角を増やすことがで
きるが、モールド部材に拡散剤を含有させることによっ
て発光素子102からの指向性を緩和させ視野角をさら
に増やすことができる。可視光により励起され発光する
蛍光物質の場合、励起波長は吸収されるため励起波長を
除いた反射光が観測される。そのため蛍光物質は着色し
たように見える。具体的には、本発明の青色光により励
起される蛍光物質では黄色に着色したように見える。モ
ールド部材に拡散剤を含有させることによって発光装置
の発光観測面側から観測される蛍光物質のボディーカラ
ー色を目立ちにくくさせることができる。
【0098】また、非点灯時の色むらを防止しコントラ
ストを向上させることもできる。さらに、外来光が直接
照射されることが少なくなるため疑似点灯の観測を防止
させる効果も奏する。コーティング部材と同様にモール
ド部材中にも着色顔料や着色染料を含有させることもで
きる。
【0099】モールド部材104を所望の形状にするこ
とにより、発光素子102からの発光を集束させたり拡
散させたりするレンズ効果を持たせることができる。従
って、モールド部材104は複数積層した構造でもよ
い。具体的には、凸レンズ形状、凹レンズ形状さらに
は、発光観測面側から見て楕円形状やそれらを複数組み
合わせた物である。モールド部材104の具体的材料と
しては、主としてエポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコー
ンなどの耐候性に優れた透明樹脂や低融点ガラスなどが
好適に用いられる。また、拡散剤としては、無機系であ
るチタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、
酸化珪素等や有機系のグアナミン樹脂などが好適に用い
られる。さらに、所望に応じて拡散剤に加え、モールド
部材中にも蛍光物質や蛍光染料、蛍光顔料などを含有さ
せることもできる。したがって、蛍光物質などはモール
ド部材中に含有させてもそれ以外のコーティング部など
に含有させて用いてもよい。また、コーティング部を蛍
光物質が含有された樹脂、モールド部材を硝子などとし
た異なる部材を用いて形成させても良い。この場合、生
産性が良く水分などの影響がより少ない発光装置とする
ことができる。また、屈折率を考慮してモールド部材と
コーティング部とを同じ部材を用いて形成させても良
い。
【0100】なお、図3の如きキャンタイプの発光ダイ
オードを形成させる場合は、低融点ガラスである透光性
部材となるモールド部材とAuやAgメッキさせたコバ
ールで形成させたパッケージ内部にAr、N2などでパ
ージさせ気密密封することができる。
【0101】(高精細フルカラー発光装置)本発明を用
いて図4の如く仮想画像形成装置などに利用可能な高密
度フルカラー発光装置とさせることができる。B(青色
系)、G(緑色系)或いは、GB(青色系及び緑色系)
が発光可能な半導体ウエハー401にエッチングや絶縁
層などを介して複数の分離された発光素子を形成させ
る。
【0102】発光素子の分離のためには発光素子もRG
Bに対応すべくそれぞれ、半導体ウエハー上にエッチン
グ部や酸化物、窒化物などの高抵抗領域、更には、反対
導電型を有する半導体領域などの分離部402を形成さ
せることによって隣接する発光部間を電気的にも光学的
にも分離させることができる。このよう分離部402
は、半導体ウエハー形成後の半導体プロセスを追加させ
ることによって簡単に形成させることができる。
【0103】具体的には、高抵抗領域や反対の導電型領
域を環状形状など所望の形状に形成させることで領域内
の電流の流れを制御し発光部を周囲から電気的に分離す
るものである。
【0104】基板上414に、バッファ層404、第1
のコンタクト層405、第1のクラッド層406、活性
領域407、第2のクラッド層408、及び第2のコン
タクト層309が順次形成されている。半導体ウエハー
に互いに分離した発光部を形成させるため第2のコンタ
クト層内に第2のコンタクト層と反対導電型を有するド
ーパントを注入した分離部402を形成してある。
【0105】この分離された複数の発光素子からの光
と、発光素子によってそれぞれ励起される蛍光物質が含
有されたコーティング部410、411を配置させるこ
とによってRGBが発光可能なフルカラー高精細発光装
置を形成できるものである。
【0106】本発明に利用される単色系を発光させる半
導体ウエハーは、基板上に、バッファ層、第1のコンタ
クト層、第1のクラッド層、第1の単一量子井戸或いは
多重量子井戸構造などの活性層、第2のクラッド層、第
2のコンタクト層を順に有し第1及び第2のコンタクト
層にそれぞれ電極を設けた半導体ウエハーを利用するこ
とができる。半導体ウエハーの第1及び第2のコンタク
ト層にそれぞれ電極を形成し電力を供給することによっ
て単色を発光させることができる。
【0107】また、青色系や緑色系の発光色をそれぞれ
発光可能な半導体ウエハーとするためには、発光層を多
層構成とすることができる。具体的には、電極を形成さ
せる前の上述の単色系半導体ウエハー上にさらに絶縁層
などを介して第3のコンタクト層、第3のクラッド層、
単一量子井戸或いは多重量子井戸構造などの活性層であ
って第1とは異なる組成を有する第2の活性層、第4の
クラッド層、第4のコンタクト層を順に形成させる。半
導体ウエハーは、スルーホールなどを介して第1、第
2、第3及び第4のコンタクト層にそれぞれ電極を設け
た半導体ウエハーを利用することによって多色発光可能
な半導体ウエハーとすることができる。この場合、発光
した光の吸収を考慮してより光の放出部に近い活性層の
バンドギャップは、より遠い活性層のバンドギャップよ
りも狭くさせてある。
【0108】また、発光部が分離されたとしても発光部
から放出される光は放射状に放出される。そのため1つ
の発光部から放出された光が他の発光部や他の蛍光物質
の領域などに入射し、他の発光部があたかも発光してい
るように見える疑似点灯現象が生じる場合がある。この
ような隣接する発光部間に生ずる疑似点灯現象を防止或
いは低減するために遮光部413を設けることがより好
ましい。遮光部413は暗色系着色剤或いは酸化珪素な
どの反射部材が混入された樹脂などをスクリーン印刷法
などを用いて半導体ウエハーの表面上などに各発光部の
発光領域を包囲した所望形状とすることで遮光部413
を形成することで構成させることができる。
【0109】また、蛍光物質は発光素子上に直接塗布な
どして配置させてもよいし、蛍光物質が含有された複数
の個別領域が形成されたガラス、プラスチック、水晶等
のような透光性部材を発光素子と近接して配置してもよ
い。更に、半導体が形成された透光性基板であるサファ
イヤ基板、スピネル基板等の上に複数個の領域を個別に
形成して利用させることもできる。
【0110】青色系が発光可能な半導体ウエハーを利用
したフルカラー発光装置の場合、蛍光物質は1画素ごと
に発光部からの光によって励起される緑色系の光を放出
する蛍光物質と、別の発光部からの光によって励起され
る本発明に利用される赤色系の光を放出する蛍光物質と
をそれぞれ選択することができる。発光素子102から
そのまま放出される光は青色系光を放出するので、半導
体ウエハーの青色系領域は青色系光がそのまま透過でき
るよう構成されている。蛍光物質によって色変換される
緑色系及び/又は赤色系は、蛍光物質によって散乱され
るため青色系光よりも視野角が広い。そのため、RGB
の発光特性を揃え混色よく発光させるために青色系が発
光される面上には拡散剤及び/又は着色剤を含有させた
ものを形成させてもよい。また、発光部を蛍光物質を利
用する発光部よりもより幾分大きく作ることによって蛍
光物質が配置される透光性基体の上表面から最終的に放
出される光が、各領域においてほぼ均一に発光させるこ
ともできる。
【0111】さらにまた、疑似点灯防止やコントラスト
向上などのために遮光部413は暗色系の染料及び/又
は顔料を有することが望ましい。本発明の発光装置を利
用した多色高精細発光装置は微細化が可能であると共に
放熱性がよい。また、RGBの発光色とも温度による特
性ずれが極めて少ない多色発光装置とすることができ
る。
【0112】このような発光装置は、各発光部の直径を
約20μm以下とすることができ、発光部の中心間の間
隔も約45μm以下とすることができる。したがって、
約10000個近くの発光部を含む発光装置を形成する
こともできる。発光装置は、駆動回路等が形成されたシ
リコン集積回路と電気的に接続させ一体とし駆動可能と
させてもよい。これにより比較的安価で高精細なLED
表示装置や視認角度によって色むらの少ないLED表示
装置とすることができる。
【0113】(表示装置)本発明の発光装置を利用した
白色系が発光可能な発光装置を用い高演色性のLED表
示器とすることができる。即ち、RGBをそれぞれ発光
する発光ダイオードの組み合わせだけによるLED表示
器よりも、より高精細に白色系表示させることができ
る。各発光ダイオードを組み合わせて白色系などを混色
表示させるためにはRGBの各発光ダイオードをそれぞ
れ同時に発光せざるを得ない。そのため赤色系、緑色
系、青色系のそれぞれ単色表示した場合に比べて一画素
あたりの表示が大きくなる。したがって、白色系の表示
の場合においてはRGB単色表示と比較して高精細に表
示させることができない。また、白色系の表示は各発光
ダイオードを調節して表示させるため各半導体の温度特
性などを考慮し種々調整しなければならない。さらに、
混色による表示であるが故にLED表示器の視認する方
向や角度によって、RGBの発光ダイオードが部分的に
遮光され表示色が変わる場合もある。
【0114】本発明を利用した白色系発光可能な発光装
置をRGBの発光ダイオードに加えて利用することによ
り、より高精細化が可能となる。また、白色系の発光が
安定し色むらをなくすこともできる。さらに、RGBの
各発光ダイオードともに発光させることにより輝度を向
上させることもできる。具体的には、本発明に用いられ
る蛍光物質に加えてセリウム付活イットリウム・アルミ
ニウム・ガーネット蛍光物質などを混合させた発光ダイ
オードを用いて白色発光可能な発光ダイオードを構成さ
せた。カップ内にLEDチップ及び蛍光物質を配置させ
ることにより、発光ダイオードを複数近接して配置した
場合においても他方の発光ダイオードからの光により蛍
光物質が励起され疑似点灯されることを防止させること
ができる。また、LEDチップ自体の発光むらを蛍光物
質により分散することができるためより均一な光を発光
する発光ダイオードとすることができる。さらに、より
赤み成分の強い任意の白色系が発光可能な発光装置とす
ることができる。
【0115】このような本発明の発光ダイオードを2以
上配置したLED表示器と、LED表示器と電気的に接
続させた駆動回路とを有することによりLED表示装置
を構成できる。具体的には、白色系が発光可能な発光ダ
イオードを用いた表示装置の1つとして、RGBの各発
光ダイオードに加えて白色系発光ダイオードを1絵素と
して利用し、標識やマトリクス状など任意の形状に配置
させたLED表示器の概略構成を説明する。LED表示
器は、駆動回路である点灯回路などと電気的に接続させ
る。駆動回路からの出力パルスによって種々の画像が表
示可能なデイスプレイ等とすることができる。駆動回路
としては、入力される表示データを一時的に記憶させる
RAM(Random、Access、Memory)
と、RAMに記憶されるデータから各発光ダイオードを
所定の明るさに点灯させるための階調信号を演算する階
調制御回路と、階調制御回路の出力信号でスイッチング
されて、各発光ダイオードを点灯させるドライバーとを
備える。階調制御回路は、RAMに記憶されるデータか
ら発光ダイオードの点灯時間を演算してパルス信号を出
力する。ここで、白色系の表示を行う場合は、RGB各
発光ダイオードのパルス信号を短くする、パルス高を低
くする或いは全く点灯させない。他方、それを補償する
ように白色系発光ダイオードにパルス信号を出力する。
これにより、LED表示器の白色系成分を表示する。
【0116】したがって、白色系発光ダイオードを所望
の輝度で点灯させるためのパルス信号を演算する階調制
御回路としてCPUを別途備えることが好ましい。階調
制御回路から出力されるパルス信号は、白色系発光ダイ
オードのドライバーに入力されてドライバをスイッチン
グさせる。ドライバーがオンになると白色系発光ダイオ
ードが点灯され、オフになると消灯される。
【0117】また、本発明の発光ダイオードを用いた別
のLED表示器を示す。本発明を利用した白色系が発光
可能な発光ダイオードのみを用い白黒用のLED表示装
置とすることもできる。具体的には、セリウムで付活さ
れたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体
及び本発明に利用されるaMgO・bLi2O・Sb2O
3:cMn、dMgO・eTiO2:fMn、gMgO・
hMgF2・GeO2:iMnから選択される少なくとも
一種を混合しコーティング部材に含有させたものと、青
色系が発光可能な発光素子とを利用した発光ダイオード
とする。
【0118】白黒用のLED表示器は、本発明の発光ダ
イオード701のみをマトリックス状などに配置し構成
することができる。RGBのそれぞれの駆動回路の代わ
りに白色発光可能な本発明の発光ダイオード用駆動回路
のみとしてLED表示器を構成させることができる。L
ED表示器は、駆動回路である点灯回路などと電気的に
接続させる。駆動回路からの出力パルスによって種々の
画像が表示可能なデイスプレイ等とすることができる。
駆動回路としては、入力される表示データを一時的に記
憶させるRAM(Random、Access、Mem
ory)と、RAMに記憶されるデータから発光ダイオ
ードを所定の明るさに点灯させるための階調信号を演算
する階調制御回路と、階調制御回路の出力信号でスイッ
チングされて、発光ダイオードを点灯させるドライバー
とを備える。階調制御回路は、RAMに記憶されるデー
タから発光ダイオードの点灯時間を演算してパルス信号
を出力する。
【0119】したがって、白黒用のLED表示器はRG
Bのフルカラー表示器と異なり当然回路構成を簡略化で
きると共に高精細化できる。そのため、安価にRGBの
発光ダイオードの特性に伴う色むらなどのないディスプ
レイとすることができるものである。また、従来の赤
色、緑色のみを用いたLED表示器に比べ人間の目に対
する刺激が少なく長時間の使用に適している。
【0120】(面状発光装置)本発明の発光装置を用い
て図8の如く面状発光装置を構成することができる。
【0121】図8には発光素子と、発光素子と光学的に
接合された導光板と、導光板の少なくとも一方の主面状
に設けられた色変換部と、を有する面状発光装置であっ
て、発光素子の少なくとも発光部が窒化ガリウム系化合
物半導体であると共に、色変換部が本発明に利用される
少なくとも一種の蛍光物質を含有する透光性部材であ
る。このような面状発光装置の場合、蛍光物質をコーテ
ィング部808や導光板上の散乱シート806に含有さ
せる。或いはバインダー樹脂と共に散乱シート806に
塗布などさせシート状801に形成しモールド部材を省
略しても良い。具体的には、絶縁層及び導電性パターン
が形成されたコの字形状の金属基板803内にLEDチ
ップ802を固定する。LEDチップと導電性パターン
との電気的導通を取った後、蛍光物質をエポキシ樹脂と
混合撹拌しLEDチップ802が積載された基板803
上に充填させ蛍光物質が含有されたコーティング部80
8を有する発光ダイオードを形成させる。こうして形成
された発光ダイオードは、アクリル性導光板804の端
面にエポキシ樹脂などで固定される。導光板804の一
方の主面上には、色むら防止のため白色散乱剤が含有さ
れたフィルム状の反射層807を配置させてある。同様
に、導光板の裏面側全面や発光ダイオードが配置されて
いない端面上にも反射部材805を設け発光光率を向上
させてある。これにより、LCDのバックライトとして
十分な明るさを得られる面状発光光源とすることができ
る。特に、発光素子からの光に加えて外来光も照射され
る使用環境下においても色むらや輝度低下などが極めて
少ない面状発光装置とすることができる。
【0122】さらに、本発明に用いられる蛍光物質に加
えてセリウム付活イットリウム・アルミニウム・ガーネ
ット蛍光物質などを混合させたコーティング部を用いて
白色発光可能な面状発光装置を構成させる。この面状発
光装置をもちてフルカラー液晶表示装置として利用する
場合は、導光板804の主面上に不示図の透光性導電性
パターンが形成された硝子基板間に液晶が注入された液
晶装置を介して配された偏光板を設けることにより構成
させることができる。以下、本発明の実施例について説
明するが、本発明は具体的実施例のみに限定されるもの
ではないことは言うまでもない。
【0123】
【実施例】
(実施例1)本発明の発光装置として、マウント・リー
ドのカップ内に配置させたLEDチップと、LEDチッ
プと導電性ワイヤーを用いて電気的に接続させたインナ
ー・リードと、カップ内に充填させたコーティング部材
と、コーティング部材、LEDチップ、導電性ワイヤー
及びマウント・リードとインナー・リードの少なくとも
一部を被覆するモールド部材と、を有する発光ダイオー
ドを形成させた。
【0124】LEDチップの発光層が少なくとも窒化ガ
リウム系化合物半導体として活性層がIn0.05Ga0.95
Nであり、主発光ピークが450nmのLEDチップを
用いた。LEDチップは、洗浄させたサファイヤ基板上
にTMG(トリメチルガリウム)ガス、TMI(トリメ
チルインジュウム)ガス、窒素ガス及びドーパントガス
をキャリアガスと共に流し、MOCVD法で窒化ガリウ
ム系化合物半導体を成膜させることにより形成させた。
ドーパントガスとしてSiH4とCp2Mgと、を切り替
えることによって形成させてある。n型導電性を有する
窒化ガリウム半導体であるコンタクト層、クラッド層
と、p型導電性を有する窒化ガリウム半導体であるクラ
ッド層、コンタクト層との間にInGaNの活性層を形
成しpn接合を形成させた。(なお、サファイヤ基板上
には低温で窒化ガリウム半導体を形成させバッファ層と
させてある。また、p型半導体は、成膜後400℃以上
でアニールさせてある。)エッチングによりpn各半導
体表面を露出させた後、スパッタリングにより各電極を
それぞれ形成させた。こうして出来上がった半導体ウエ
ハーをスクライブラインを引いた後、外力により分割さ
せ発光素子としてLEDチップを形成させた。
【0125】銀メッキした銅製リードフレームの先端に
カップを有するマウント・リードにLEDチップをエポ
キシ樹脂でダイボンディングした。LEDチップの各電
極とマウント・リード及びインナー・リードと、をそれ
ぞれ金線でワイヤーボンディングし電気的導通を取っ
た。
【0126】一方、蛍光物質は、MgCO3、Li2CO
3、Sb2O3、MnCO3を原料としてそれぞれ5:3:
1:0.001〜0.05のモル比で使用する。それぞ
れの酸化物をボールミルなどを用いて十分混合しアルミ
ナ坩堝などに詰める。坩堝を1300℃の温度にて空気
中約2時間焼成し、さらに酸素雰囲気中560℃で10
時間焼成して焼成品を得た。焼成品をメタノール中でボ
ールミルして洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して本発
明に用いられるMg5Li6Sb2O13:Mn蛍光体を形
成させた。
【0127】形成されたMg5Li6Sb2O13:Mn蛍
光物質50重量部、エポキシ樹脂100重量部をよく混
合してスリラーとさせた。このスリラーをLEDチップ
が配置されたマウント・リード上のカップ内に注入させ
た。注入後、蛍光物質が含有された樹脂を130℃1時
間で硬化させた。こうしてLEDチップ上に厚さ約13
0μの本発明の蛍光物質を含有する透光性部材としてコ
ーティング部が形成された。なお、コーティング部に
は、LEDチップに向かって蛍光物質が徐々に多くして
ある。その後、さらにLEDチップや蛍光物質を外部応
力、水分及び塵芥などから保護する目的でモールド部材
として透光性エポキシ樹脂を形成させた。モールド部材
は、砲弾型の型枠の中に蛍光物質のコーティング部が形
成されたリードフレームを挿入し透光性エポシキ樹脂を
注入後、150℃5時間にて硬化させた。こうして形成
された発光ダイオードは、発光観測正面から視認すると
蛍光物質のボディーカラーにより中央部が黄色っぽく着
色していた。
【0128】こうして得られたマゼンタ色系が発光可能
な発光ダイオードの色度点を測定すると色度点(x=
0.251、y=0.088)であった。また、発光光
率は、7.4 lm/wであった。さらに耐侯試験とし
て温度25℃60mA通電、温度25℃20mA通電、
温度60℃90%RH下で20mA通電の各試験におい
ても500時間経過後においても蛍光物質に起因する変
化は観測されなかった。
【0129】(比較例1)蛍光物質を5MgO・3Li
2O・Sb2O5からペリレン系誘導体の赤色蛍光染料と
した以外は、実施例1と同様にして発光ダイオードの形
成及び耐侯試験を行った。形成された発光ダイオードは
通電直後、実施例1と同様マゼンタ色系の発光が確信さ
れた。また、耐侯試験においては、いずれも24時間以
内で色調が変化し出力がゼロになるものもあった。劣化
原因を解析した結果、蛍光物質が変質していた。
【0130】(実施例2)5MgO・3Li2O・Sb2
O5:Mn蛍光物質を50重量部から20重量部とし、
本発明の蛍光物質に(Y0.6Gd0.4)3Al5O12:Ce
蛍光物質を80重量部加え混合撹拌させた以外は実施例
1と同様にして発光ダイオードを100個形成した。
【0131】なお、(Y0.6Gd0.4)3Al5O12:Ce
蛍光物質は、Y、Gd、Ceの希土類元素を化学量論比
で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈させた。これを焼成
して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムと混合し
て混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アン
モニウムを混合して坩堝に詰め、空気中1400°Cの
温度で3時間焼成して焼成品を得た。焼成品を水中でボ
ールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して形
成させてある。
【0132】こうして得られた白色系が発光可能な発光
ダイオードの色度点、色温度、演色性指数を測定した。
それぞれ、色度点(x=0.296、y=0.18
3)、色温度7090K、Ra(演色性指数)=88.
5を示した。また、発光光率は、9.7 lm/Wであ
った。さらに寿命試験においては、形成させた発光ダイ
オード100個平均で行った。5MgO・3Li2O・
Sb2O5:Mn蛍光物質を加えない以外実施例1と同様
にして形成させた発光ダイオードの色温度及び演色性が
それぞれ色度点(x=0.302、y=0.280)、
色温度8080K、Ra(演色性指数)=87.5であ
り、実施例2の発光ダイオードの方がより電球色に近く
なっていることが分かる。寿命試験前の光度を100%
とし500時間経過後における平均光度を調べた。寿命
試験後も98.4%であり特性に差がないことが確認で
きた。
【0133】(実施例3)本発明の発光ダイオードを図
7の如くLED表示器の1種であるディスプレイに利用
した。拡散剤であるグアナミン樹脂をエポキシ樹脂中に
約0.1重量%含有させたモールド部材を用いた以外は
実施例2と同様にして発光ダイオードを形成させた。発
光ダイオードを銅パターンを形成させた硝子エポキシ樹
脂基板上に、16×16のマトリックス状に配置させ
た。基板と発光ダイオードとは自動ハンダ実装装置を用
いてハンダ付けを行った。次にフェノール樹脂によって
形成された筐体704内部に配置し固定させた。遮光部
材705は、筐体と一体成形させてある。発光ダイオー
ドの先端部を除いて筐体、発光ダイオード、基板及び遮
光部材の一部をピグメントにより黒色に着色したシリコ
ンゴム706によって充填させた。その後、常温、72
時間でシリコンゴムを硬化させLED表示器を形成させ
た。このLED表示器と、入力される表示データを一時
的に記憶させるRAM(Random、Access、
Memory)及びRAMに記憶されるデータから発光
ダイオードを所定の明るさに点灯させるための階調信号
を演算する階調制御回路と階調制御回路の出力信号でス
イッチングされて発光ダイオードを点灯させるドライバ
ーとを備えたCPUの駆動手段と、を電気的に接続させ
てLED表示装置を構成した。LED表示器を駆動させ
白黒LED表示装置として駆動できることを確認した。
【0134】(実施例4)発光素子として活性層がIn
0.4Ga0.6N半導体であり、主発光ピークが460nm
のLEDチップ用いた。LEDチップは、洗浄させたサ
ファイヤ基板上にTMG(トリメチルガリウム)ガス、
TMI(トリメチルインジュウム)ガス、窒素ガス及び
ドーパントガスをキャリアガスと共に流し、MOCVD
法で窒化ガリウム系化合物半導体を成膜させることによ
り形成させた。ドーパントガスとしてSiH4とCp2M
gと、を切り替えることによって形成させてある。n型
導電性を有する窒化ガリウム半導体であるコンタクト層
と、p型導電性を有する窒化ガリウム半導体であるクラ
ッド層、コンタクト層との間にIn0.4Ga0.6Nの活性
層を形成しpn接合を形成させた。(なお、サファイヤ
基板上には低温で窒化ガリウム半導体を形成させバッフ
ァ層とさせてある。また、活性層は、量子効果を持たせ
るため厚さ約3nmとしてある。さらに、p型半導体
は、成膜後400℃以上でアニールさせてある。)エッ
チングによりpn各半導体表面を露出させた後、スパッ
タリングにより各電極をそれぞれ形成させた。こうして
出来上がった半導体ウエハーをスクライブラインを引い
た後、外力により分割させ発光素子としてLEDチップ
を形成させた。
【0135】銀メッキした銅製リードフレームの先端に
カップを有するマウント・リードにLEDチップをエポ
キシ樹脂でダイボンディングした。LEDチップの各電
極とマウント・リード及びインナー・リードと、をそれ
ぞれ金線でワイヤーボンディングし電気的導通を取っ
た。
【0136】一方、蛍光物質は、MgCO3、TiO2、
MnCO3を原料としてそれぞれ2:1:0.001〜
0.05のモル比で使用する。それぞれの酸化物をボー
ルミルなどを用いて十分混合しアルミナ坩堝などに詰め
る。坩堝を1350℃の温度にて空気中約2時間焼成
し、さらに酸素雰囲気中560℃で10時間焼成して焼
成品を得た。焼成品をメタノール中でボールミルして洗
浄、分離、乾燥、最後に篩を通して本発明に用いられる
Mg2TiO4:Mn蛍光体を形成させた。
【0137】また、(Y0.6Gd0.4)3Al5O12:Ce
蛍光物質として、Y、Gd、Ceの希土類元素を化学量
論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈させた。これを
焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムと混
合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化
アンモニウムを混合して坩堝に詰め、空気中1400°
Cの温度で3時間焼成して焼成品を得た。焼成品を水中
でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通し
て形成させてある。
【0138】形成されたMg2TiO4:Mn蛍光物質2
5重量部、(Y0.6Gd0.4)3Al5O12:Ce蛍光物質
60重量部、エポキシ樹脂100重量部をよく混合して
スリラーとさせた。このスリラーをLEDチップが配置
されたマウント・リード上のカップ内に注入させた。注
入後、蛍光物質が含有された樹脂を130℃1時間で硬
化させた。こうしてLEDチップ上に厚さ約120μの
蛍光物質が含有されたコーティング部が形成された。な
お、コーティング部には、LEDチップに向かって蛍光
物質が徐々に多くしてある。その後、さらにLEDチッ
プや蛍光物質を外部応力、水分及び塵芥などから保護す
る目的でモールド部材として透光性エポキシ樹脂を形成
させた。モールド部材は、砲弾型の型枠の中に蛍光物質
のコーティング部が形成されたリードフレームを挿入し
透光性エポシキ樹脂を混入後、150℃5時間にて硬化
させた。こうして形成された発光ダイオードは、発光観
測正面から視認すると蛍光物質のボディーカラーにより
中央部が黄色っぽく着色していた。
【0139】こうして得られた発光可能な発光ダイオー
ドは、実施例2と同様白色系が発光可能な発光ダイオー
ドとして使用できることが確認できた。
【0140】(実施例5)蛍光体物質をMg2TiO4:
Mnから3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn
とした以外は実施例4と同様にして発光ダイオードを形
成させた。実施例4と同様赤色系が発光可能な発光ダイ
オードとして使用できることが確認できた。
【0141】(実施例6)発光素子として活性層がIn
0.01Ga0.99Nであり、主発光ピークが368nmのL
EDチップを用いた。LEDチップは、洗浄させたサフ
ァイヤ基板上にTMG(トリメチルガリウム)ガス、T
MI(トリメチルインジュウム)ガス、窒素ガス及びド
ーパントガスをキャリアガスと共に流し、MOCVD法
で窒化ガリウム系化合物半導体を成膜させることにより
形成させた。ドーパントガスとしてSiH4とCp2Mg
と、を切り替えることによって形成させてある。サファ
イヤ基板上に低温で形成させた窒化ガリウム半導体であ
るバッファ層と、n導電性を有する窒化ガリウム半導体
であるコンタクト層、n型導電性を有する窒化ガリウム
アルミニウム半導体であるクラッド層と、p型導電性を
有する窒化ガリウムアルミニウム半導体であるクラッド
層、p型導電性を有するコンタクト層との間にInGa
Nの活性層を形成しpn接合を形成させた。(なお、p
型コンタクト層は、活性層側に不純物であるMgの拡散
がなされないようにp型クラッド層上の低不純物濃度の
窒化ガリウム層と、電極と接触する高不純物濃度の窒化
ガリウム層とを設けてある。また、活性層を400オン
グストロームの膜厚で成長させる。P型導電性を有する
半導体は、成膜後400℃以上でアニールさせてあ
る。)エッチングによりpn各半導体表面を露出させた
後、スパッタリング法により各電極をそれぞれ形成させ
た。こうして出来上がった半導体ウエハーをスクライブ
ラインを引いた後、外力により分割させ発光素子として
LEDチップを形成させた。
【0142】銀メッキした銅製リードフレームの先端に
カップを有するマウント・リードにLEDチップをエポ
キシ樹脂でダイボンディングした。LEDチップの各電
極とマウント・リード及びインナー・リードと、をそれ
ぞれ金線でワイヤーボンディングし電気的導通を取っ
た。
【0143】一方、蛍光物質は、MgCO3、GeO2、
MnCO3を原料としてそれぞれ3.5:0.5:1:
0.001〜0.05のモル比で使用する。それぞれの
酸化物をボールミルなどを用いて十分混合しアルミナ坩
堝などに詰める。坩堝を1200℃の温度にて空気中約
2時間焼成し、さらに酸素雰囲気中560℃で10時間
焼成して焼成品を得た。焼成品を水中でボールミルして
洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して本発明に用いられ
る3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn蛍光体
を形成させた。
【0144】3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:
Mn蛍光物質50重量部をマウント・リード上のカップ
内に入された。ゾルゲル法を用いて蛍光物質をTiO2
層に閉じこめた。こうしてLEDチップ上に蛍光物質が
含有されたコーティング部が形成された。その後、さら
にLEDチップや蛍光物質を外部応力、水分及び塵芥な
どから保護する目的で各リードと絶縁を採りつつガラス
レンズを金属枠ではめ込みN2でパージしたキャンタイ
プの発光ダイオードを形成させた。
【0145】こうして得られた発光ダイオードは赤色系
が発光可能であった。さらに耐侯試験として温度25℃
60mA通電、温度25℃20mA通電、温度60℃9
0%RH下で20mA通電の各試験においても500時
間経過後においても蛍光物質に起因する変化は観測され
なかった。
【0146】(実施例7)蛍光体物質を3.5MgO・
0.5MgF2・GeO2:MnからY(PV)O 4:E
uとした以外は実施例6と同様にして発光ダイオードを
形成させた。実施例6と同様赤色系が発光可能な発光ダ
イオードとして使用できることが確認できた。
【0147】(実施例8)蛍光体物質を3.5MgO・
0.5MgF2・GeO2:MnからYVO4:Euとし
た以外は実施例6と同様にして発光ダイオードを形成さ
せた。実施例6と同様赤色系が発光可能な発光ダイオー
ドとして使用できることが確認できた。
【0148】(実施例9)発光素子を以下の工程により
形成させた。サファイア基板(C面)を、反応容器内に
おいて水素雰囲気中、1050℃で表面のクリーニング
を行う。続いて、水素雰囲気中、510℃で、アンモニ
アとTMG(トリメチルガリウム)を用い、サファイア
基板上にGaNよりなる低温成長バッファ層を約200
オングストロームの膜厚で成長させる。低温バッファ層
成長後、1050℃で、TMG及びアンモニアを用い、
アンドープGaN層よりなる第2のバッファ層を1μm
の膜厚で成長させる。
【0149】1050℃で原料ガスとしてTMG、アン
モニア及びシラン(SiH4)を用い、Siを1×10
18/cm3ドープしたn型GaNよりなるn側コンタクト
層を2μmの膜厚で成長させる。
【0150】1050℃でTMG、TMA(トリメチル
アルミニウム)アンモニア及びシランを用い、n側クラ
ッド層をアンドープのGaN層、50オングストローム
と、Siを1×1018/cm3ドープしたAl0.1Ga0.9
N層50オングストロームとを交互に積層してなる総膜
厚300オングストロームの超格子構造として成長させ
る。
【0151】窒素雰囲気中、700℃でTMI、TM
G、アンモニアを用い、n型不純物濃度が5×1017/
cm3未満となるノンドープIn0.05Ga0.95Nよりな
る活性層を400オングストロームの膜厚で成長させ
る。
【0152】水素雰囲気中、1050℃でTMG、TM
A、アンモニア、Cp2Mg(シクロペンタジエニルマ
グネシウム)を用い、p側クラッド層をアンドープのG
aN層50オングストロームと、Mgを1×1019/cm
3ドープしたAl0.1Ga0.9N層50オングストローム
とを交互に積層してなる総膜厚600オングストローム
の超格子構造として成長させる。
【0153】続いて、TMG、アンモニア、Cp2Mg
で、Mgを1×1020/cm3ドープしたGaNよりなる
p側コンタクト層を0.12μmの膜厚で成長させる。
【0154】成長終了後、窒素雰囲気中、ウェーハを反
応容器内において、700℃でアニーリングを行い、p
型層をさらに低抵抗化した後、ウェーハを反応容器から
取り出し、最上層のp側コンタクト層の表面に所定の形
状のマスクを形成し、RIE(反応性イオンエッチン
グ)装置でp側コンタクト層側からエッチングを行い、
n側コンタクト層の表面を露出させる。
【0155】エッチング後、最上層にあるp側コンタク
ト層のほぼ全面に膜厚200オングストロームのNiと
Auを含む透光性のp電極と、そのp電極の上にボンデ
ィング用のAuよりなるpパッド電極を0.2μmの膜
厚で形成する。一方エッチングにより露出させたn型コ
ンタクト層の表面にはWとAlを含むn電極を形成す
る。最後にp電極の表面を保護するためにSiO2より
なる絶縁膜を形成した後、ウェーハをスクライブにより
分離して350μm角の発光素子とする。順方向電圧2
0mAにおいて、およそ378nmの発光を示し、Vf
は3.3V、出力は5mWを示した。
【0156】他方、蛍光物質として、Y2O2S:Eu蛍
光物質を形成させた。形成条件として、Y2O3とEu2
O3を塩酸で溶解後、硝酸塩として共沈させる。この時
のEu 2O3量は10mol%としてある。この沈殿物を
空気中で900℃で焼成して酸化物とする。得られた酸
化物に硫黄と炭酸ソーダ及びフラックスを混合しアルミ
ナ坩堝に入れ1100℃の温度により2時間焼成して焼
成品を得る。焼成品を粉砕洗浄して分離乾燥させ最後に
篩いを通して本発明に用いられるY2O2S:Eu蛍光物
質を形成させた。この蛍光物質のピーク波長は627n
mであった。
【0157】上述の発光素子とY2O2S:Eu蛍光物質
とした以外は実施例6の発光装置として同様にして発光
装置を形成させた。この発光装置は極めて輝度の高い赤
色を発光することができた。
【0158】(実施例10)実施例9において活性層を
Siを1×1018/cm3ドープ、膜厚が500オングス
トロームであるIn0.05Ga0.95N層とした他は実施例
9と同様にして発光装置を作製したところ、実施例9と
同様の発光特性を示した。
【0159】(実施例11)実施例9において、発光素
子をn側クラッド層をアンドープのAl0.1Ga0.9N層
50オングストロームと、Siを1×1018/cm3ドー
プしたGaN層50オングストロームとを交互に積層し
てなる総膜厚300オングストロームの超格子構造と
し、さらにp側クラッド層をアンドープのAl0.1Ga
0.9N層50オングストロームと、Mgを1×1019/c
m3ドープしたGaN層50オングストロームとを交互に
積層してなる総膜厚600オングストロームの超格子構
造とする。
【0160】他方、蛍光物質としてY2O3:Eu蛍光物
質を用いた。形成としては、Y2O3とEu2O3にフラッ
クスとしてホウ素を添加し3時間乾式混合する。混合原
料は1400℃の空気中で約6時間焼成して焼成品を得
る。焼成品を湿式にてミリングによる分散を行い、洗
浄、分散、乾燥、乾式篩いを通して本発明に用いられる
Y2O3:Eu蛍光物質を形成させた。この蛍光物質のピ
ーク波長は611nmであった。上述の発光素子とY2
O3:Eu蛍光物質とした以外は実施例9の発光装置と
して同様にして発光装置を形成させた。この発光装置も
極めて輝度の高い赤色を発光することができた。
【0161】(実施例12)発光素子として活性層がI
n0.05Ga0.95Nであり、主発光ピークが368nmの
LD素子を用いた。
【0162】サファイア基板の上に、GaNよりなる低
温成長バッファ層、アンドープGaN層よりなる第2の
バッファ層、第2のバッファ層の表面にストライプ幅2
0μm、ストライプ間隔(窓部)5μmのSiO2より
なる保護膜を0.1μmの膜厚で、ストライプがGaN
の(11−00)方向に平行になるように形成する。保
護膜形成後、アンドープGaNよりなるGaN層を10
μmの膜厚で成長させ表面がGaNとなるGaN基板を
形成させる。GaN基板上にSiを1×1018/cm3以
上ドープしたn型GaNよりなるn側コンタクト層、S
iを5×1018/cm3ドープしたIn0.1Ga0.9Nより
なるクラック防止層、次にSiを1×1019/cm3ドー
プしたn型Al0.2Ga0.8Nよりなる層を40オングス
トロームと、アンドープのGaN層を40オングストロ
ームの膜厚で成長させ、これらの層を交互に、それぞれ
100層ずつ積層した、総膜厚0.8μmの超格子より
なるn側クラッド層を成長させる。
【0163】アンドープAl0.05Ga0.95Nよりなるn
側光ガイド層、アンドープIn0.01Ga0.99Nよりなる
活性層、Mgを1×1019/cm3ドープしたp型Al0.2
Ga 0.8Nであるp側キャップ層、Al0.01Ga0.99N
であるp側光ガイド層を形成させる。
【0164】次に、Mgを1×1019/cm3ドープした
p型Al0.2Ga0.8N層、アンドープGaNを40オン
グストロームとを交互に積層成長した総膜厚0.8μm
の超格子構造よりなるp側クラッド層を形成させる。
【0165】最後に、p側クラッド層の上に、Mgを1
×1020/cm3ドープしたp型GaNよりなるp側コン
タクト層を形成させる。
【0166】以上のようにして窒化物系化合物半導体を
成長させたウェーハをアニーリングを行いp型不純物を
ドープした層をさらに低抵抗化させた後、最上層のp側
コンタクト層と、p側クラッド層とをエッチングして、
活性層よりも上部にある層をストライプ状のリッジ形状
とする。
【0167】次に、n側コンタクト層の表面を露出さ
せ、TiとAlよりなるn電極をストライプ状に形成す
る。一方p側コンタクト層のリッジ最表面にはNiとA
uよりなるp電極をストライプ状に形成する。
【0168】p電極と、n電極との間に露出した窒化物
系化合物半導体の表面にSiO2よりなる絶縁膜を形成
し、絶縁膜を介してp電極と電気的に接続したpパッド
電極を形成する。
【0169】以上のようにして、n電極とp電極とを形
成したウェーハを研磨装置に移送し、窒化物系化合物半
導体を形成していない側のサファイア基板をラッピング
し、サファイア基板の厚さを70μmとする。ラッピン
グ後、さらに細かい研磨剤で1μmポリシングして基板
表面を鏡面状とし、Au/Snで全面をメタライズす
る。
【0170】その後、Au/Sn側をスクライブして、
ストライプ状の電極に垂直な方向でバー状に劈開し、劈
開面に共振器を作製する。共振器面にSiO2とTiO2
よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にp電極に平行な
方向で、バーを切断してレーザチップとする。次にチッ
プをフェースアップ(基板とヒートシンクとが対向した
状態)でヒートシンクに設置した。形成されたLDは、
室温において、閾値電流密度2.0kA/cm2、閾値電
圧4.0Vで、発振波長368nmの連続発振が確認さ
れた。
【0171】このような発光素子からの紫外レーザーを
スクリーン上にバインダーと共に塗布させたY2O2S:
Eu蛍光物質に照射できるよう光学的に接続させた。ス
クリーン上には紫外線を発光する発光素子からの光を更
にレンズで集光させて投影させてある。集光された紫外
光を偏向ミラーにより走査させスクリーニングすること
で所望の画像を得ることができる。この場合においても
蛍光物質が劣化することがなく高輝度に発光できる。
【0172】
【発明の効果】本発明の構成とすることにより高出力の
窒化物系化合物半導体の発光素子と、aMgO・bLi
2O・Sb2O3:cMn、dMgO・eTiO2:fM
n、gMgO・hMgF2・GeO2:iMn、jCaO
・kM1O・TiO2:lPr、mM22O3・(P1-nV
n)2O5:oEu2O3、M32O2S:pEu、M42O:
qEuから選択される少なくとも一種の蛍光物質とを利
用した発光装置とすることにより窒化ガリウム系化合物
半導体から放出された比較的高エネルギー光を効率よく
蛍光物質によって変換させつつ、高輝度且つ長時間の使
用によっても色むら、輝度の低下が極めて少ない高発光
効率の発光装置とすることができる。また、蛍光物質が
短波長の励起波長により励起されより長波長を発光す
る。そのため、発光素子からの発光量に比例して発光装
置から蛍光物質の光が放出されることとなる。
【0173】本発明は可視光域における長波長側の発光
成分を含む発光装置とすることもできる。さらに、信頼
性や省電力化、小型化さらには色温度の可変性など車載
や航空産業、一般電気機器に表示の他に照明として新た
な用途を開くことができる。また、白色は人間の目で長
時間視認する場合には刺激が少なく目に優しい発光装置
とすることができる。
【0174】特に、本発明の請求項1から請求項5に記
載の構成とすることにより高輝度、長時間の使用におい
ても色ずれ、発光光率の低下が極めて少ない赤色系成分
を有する発光が可能な種々の発光装置とすることができ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0001]
The present invention relates to an LED display,
Backlight light source, traffic light, optical sensor, optical printer
Useful for heads, illuminated switches and various indicators.
The present invention relates to a light emitting device that can emit red light. Special
In addition, high brightness and highly efficient light emission is possible regardless of the usage environment.
And little change in color tone or brightness with temperature
The present invention relates to a light emitting device and a display device using the same.
[0002]
2. Description of the Related Art Light emitting diodes (hereinafter also referred to as LEDs)
And laser diodes (hereinafter also called LD) are small
It emits bright colors efficiently and efficiently. In addition, semiconductor elements
Since he is a child, he does not have to worry about running out of ball. Vibration and ON / OFF
It has the feature of being resistant to repeated lighting. Therefore each
It is used as a seed indicator and various light sources. Most
Near, super high brightness and high efficiency light emitting diode as RGB
(Red, green, blue) and other light emitting diodes
Was done. In conjunction with this, LED displays using the three primary colors of RGB
Display takes advantage of features such as power saving, long life and light weight
It is developing rapidly.
[0003] Light emitting diodes are the semiconductors used in the light emitting layer.
Depending on the body material, formation conditions, etc.
It is possible to emit an emission wavelength. Also,
It has an excellent monochromatic peak wavelength.
However, at present, out of visible light
A light-emitting element that can emit blue and green relatively short wavelengths with high brightness
Only nitride-based compounds have been put to practical use.
In addition, light emitting devices using nitride-based compound semiconductors are various.
It is possible to emit light with high luminance at the emission wavelength of
Currently, it can emit light with high efficiency in the long wavelength side of the visible region
It is difficult to form a stable product.
On the other hand, a red light emitting device capable of emitting light with high brightness
GaAlAs, GaAsP, AlG
Those having a light emitting layer such as aInP are used. So
Use the same semiconductor for RGB (red, green, blue) light emission
And cannot emit light with high luminance. Blue or green
In this regard, it is possible to use substantially the same semiconductor material.
Semiconductor material different from blue and green for red
Will be charged. If the semiconductor material is different,
The pressure is different. Therefore, it is necessary to secure power individually
And the circuit configuration becomes complicated. Also, if the semiconductor material is different
Change rate of color tone and brightness due to temperature change due to
Are very different from each other. FIG. 9 shows a nitride compound semiconductor.
Light-emitting element (A is blue, B is green)
A device in which the characteristics of all other light-emitting elements (C is red) are significantly different
Show body examples.
Each of the RGB light emitting diodes emits light.
If a mixed color display is used, the color
If the characteristics of the luminance are largely different, the color balance and the like will be lost.
In particular, the human eye is sensitive to white and has little color
Can be identified. Therefore, semiconductors with different RGB
Emit white light using mixed color light from light emitting elements made of materials
The white balance due to temperature changes
Problem. These color and brightness changes are displayed
In displays, optical sensors and optical printers
It is a big problem.
[0007] Furthermore, light-emitting diodes have excellent monochromatic characteristics.
Light source, etc.
For this purpose, each LED chip that can emit light such as RGB
It is necessary to emit light in close proximity to each other to diffuse and mix colors.
Such light emitting diodes emit various colors freely.
It is effective as a light-emitting device for
Blue-green and yellow when emitting only any color
Color light emitting diodes, red, green and blue light emitting diodes
A photodiode must be used. LED switch
The top is a semiconductor, and the variation in color tone and brightness is still considerable
is there.
Further, as described above, the current is
The desired light, such as white light, must be adjusted.
No. In the case of light-emitting elements using different semiconductor materials,
Differences in temperature characteristics and changes over time are significantly different, such as color tone
May change in various ways. White light at start of use
Even if you set it to be the same, light emitting diode
When color shift, uneven brightness, etc. occur due to own heat generation
There is. In addition, uniform mixing of light emission from LED chips
Otherwise, color unevenness may occur.
[0009] The applicant has previously determined the emission color of the LED chip as a fluorescent light.
Japanese Patent Application Laid-Open No.
No. 152609, JP-A-7-99345, etc.
The light emitting diode described in (1) was developed. These luminescence
An LED chip that emits blue light with a diode
When used, other luminescent colors can be efficiently emitted.
Specifically, the energy band energy of the light emitting layer
LED chip with large gap at the end of the lead frame
Place it on the provided cup. LED chip,
Metal stem or metal post with LED chip
And each is electrically connected. And LED chip
From the LED chip in the resin mold member that covers the
Formed by containing a fluorescent substance that absorbs light and converts wavelength.
I have. This allows the LED chip to emit blue light
A light-emitting diode that can absorb and emit another color with high brightness
Can be
Excited by light emission wavelength from light emitting element
Fluorescent substances are fluorescent dyes, fluorescent pigments, and even organic and inorganic
Various things such as compounds can be mentioned. Also, fluorescent material
May have long afterglow properties or may have substantially no afterglow properties.
Furthermore, the emission wavelength from the light-emitting element can be changed from the shortest wavelength
Convert to longer wavelength or emission wavelength from light emitting device
There is one that converts light from a long wavelength to a short wavelength.
You.
[0012]
However, those having long wavelengths
Conversion efficiency is extremely poor when converting from
Not suitable for practical use. In addition, since multiple-stage excitation is required,
The light emission amount does not increase linearly with respect to the emission wavelength amount. Also, departure
The fluorescent substance placed close to the periphery of the optical element is
The light intensity is about 30 to 40 times higher.
Be sent. In particular, LED chips that are light-emitting elements
Of a fluorescent substance using a semiconductor
When conversion efficiency is improved or the amount of fluorescent substance used is reduced
When the light emitted from the LED chip is in the visible light range,
Even in this case, the light energy is inevitably high. To the ultraviolet
Light energy becomes extremely high. In this case, the emission intensity
When used for a longer period of time, the fluorescent substance itself
Some are easily degraded. When the fluorescent material deteriorates, the color tone
It may shift, or the light extraction efficiency may decrease.
is there.
[0013] A fluorescent substance similarly provided near the light emitting element
The quality is high, such as the temperature rise of the light emitting element and heating from the external environment.
Is also exposed. When using as a light emitting diode,
Generally, the outer ring is covered with resin mold
It is not possible to completely prevent the ingress of moisture from the environment.
Also, it can completely remove moisture adhering during manufacturing.
I can't. Depending on the fluorescent substance, such moisture
Deterioration of fluorescent materials by high-energy light or heat
May promote. In addition, ionic organic dyes
In the vicinity of the chip, electrophoresis occurs due to a DC electric field,
The color may change.
Further, the ion generated by the decomposition of the fluorescent substance
The light emitting element contaminates the light emitting element or the wave from the light emitting element
Conductors for electrically connecting cups or light emitting elements that reflect the length
When the electrical wires are deteriorated and the extraction efficiency is reduced
There is also.
Therefore, the present invention solves the above problems,
A reddish color with little change in color tone or brightness with temperature change
An object of the present invention is to provide a light emitting device including a light wavelength component.
In addition, it emits light even under high brightness and long use environment
Emission wavelength component of red system with extremely small decrease in luminous efficiency and color shift
It is an object of the present invention to provide a light-emitting device including a light-emitting device. Special
In addition, nitride compounds that can emit other colors different from red
Emits red emission wavelength component with various characteristics in line with semiconductor
It is to provide a possible light emitting device.
[0016]
The present invention has at least the following features.
A light-emitting element in which the optical layer is a gallium nitride-based compound semiconductor;
Absorbs at least part of the emission wavelength emitted by the light emitting element
And a fluorescent substance that emits light after wavelength conversion.
is there. In particular, the emission spectrum from the light emitting element has a main peak
Within 365 nm to 530 nm as well as fluorescence
The substance is aMgO · bLiTwoO ・ SbTwoOThree: CMn, dM
gO ・ eTiOTwo: FMn, gMgO.hMgFTwo・ Ge
OTwo: IMn, jCaO · kM1O · TiOTwo: LPr,
mM2TwoO Three・ (P1-nVn)TwoOFive: OEuTwoOThreeSelected from
Is at least one kind.
However, 2 ≦ a ≦ 6, 2 ≦ b ≦ 4, 0.00
1 ≦ c ≦ 0.05, 1 ≦ d ≦ 3, 1 ≦ e ≦ 2, 0.00
1 ≦ f ≦ 0.05, 2.5 ≦ g ≦ 4.0, 0 ≦ h ≦ 1,
0.003 ≦ i ≦ 0.05. M1 is Zn, Mg, Sr,
At least one selected from Ba. j + k + 1 = 1,
0 <k ≦ 0.4, 0.00001 ≦ l ≦ 0.2. M2 is
At least one selected from La, Y, Sc, Lu, and Gd
One kind. 0.5 ≦ m ≦ 1.5, 0 <n ≦ 1, 0.001 ≦
o ≦ 0.5.
A light emitting device according to a second aspect of the present invention has a light emitting device.
The optical layer is at least a nitride compound semiconductor and emits visible light.
Excited by the light emitting element that emits light and the visible light emission wavelength of the light emitting element
A fluorescent substance that emits fluorescence with a longer wavelength than the emission wavelength
And In particular, the light emitting device is an n-type nitride compound semiconductor.
Between the body layer and the p-type nitride-based compound semiconductor layer.
Non-doped InαAlβGa with heterostructure1-α-
having an active layer of βN layer,1-α-βN layer
Α value of 0 or more, β value of 0 or more, α + β value of less than 1, I
nαAlβGa1-α-The thickness of the βN layer is 100 Å
And the composition formula of the fluorescent substance is aMgO
・ BLiTwoO ・ SbTwoOThree: CMn, dMgO.eTi
OTwo: FMn, gMgO.hMgFTwo・ GeOTwo: IMn
At least one selected from the group consisting of:
However, 2 ≦ a ≦ 6, 2 ≦ b ≦ 4, 0.00
1 ≦ c ≦ 0.05, 1 ≦ d ≦ 3, 1 ≦ e ≦ 2, 0.00
1 ≦ f ≦ 0.05, 2.5 ≦ g ≦ 4.0, 0 ≦ h ≦ 1,
0.003 ≦ i ≦ 0.05.
A light emitting device according to a third aspect of the present invention is a light emitting device.
The optical layer is at least a nitride compound semiconductor and emits visible light.
Excited by the light emitting element that emits light and the visible light emission wavelength of the light emitting element
A fluorescent substance that emits fluorescence with a longer wavelength than the emission wavelength
And In particular, the light emitting device is an n-type nitride compound semiconductor.
Between the body layer and the p-type nitride-based compound semiconductor layer.
InαAlβGa containing heterostructure and containing p-type impurity1-
α-having an active layer of βN layer,1-α-βN
Α value of the layer is 0 or more, β value is 0 or more, α + β value is less than 1,
InαAlβGa1-α-The thickness of the βN layer is 100 Å
Or more, and the composition formula of the fluorescent substance is aMg
O ・ bLiTwoO ・ SbTwoOThree: CMn, dMgO.eTi
OTwo: FMn, gMgO.hMgFTwo・ GeOTwo: IMn
At least one selected from the group consisting of:
However, 2 ≦ a ≦ 6, 2 ≦ b ≦ 4, 0.00
1 ≦ c ≦ 0.05, 1 ≦ d ≦ 3, 1 ≦ e ≦ 2, 0.00
1 ≦ f ≦ 0.05, 2.5 ≦ g ≦ 4.0, 0 ≦ h ≦ 1,
0.003 ≦ i ≦ 0.05.
A light emitting device according to a fourth aspect of the present invention is a light emitting device.
The optical layer is at least a nitride compound semiconductor and emits ultraviolet light.
Excited by the emitting light emitting element and the ultraviolet emission wavelength of the light emitting element
A fluorescent substance that emits fluorescence with a longer wavelength than the emission wavelength
And In particular, the light emitting device is an n-type nitride compound semiconductor.
Between the body layer and the p-type nitride-based compound semiconductor layer.
InαGa containing heterostructure and containing n-type impurity1-αN layer
Active layer having an n-type impurity concentration of 5 × 1017/ CmThree
Less than InαGa1-α value of αN layer is larger than 0 and 0.1
Hereinafter, InαGa1-The thickness of the αN layer is 100 Å
And below 1000 Angstroms
In addition, the composition formula of the fluorescent substance is gMgO.hMgF.Two・ Ge
OTwo: IMn, jCaO · kM1O · TiOTwo: LPr,
mM2TwoOThree・ (P1-nVn)TwoOFive: OEuTwoOThree, M3TwoOTwo
S: pEu, M4TwoO: qEu, less selected from
Both are a kind.
However, 2.5 ≦ g ≦ 4.0, 0 ≦ h ≦ 1,
0.003 ≦ i ≦ 0.05. M1 is Zn, Mg, Sr,
At least one selected from Ba. j + k + 1 = 1,
0 <k ≦ 0.4, 0.00001 ≦ l ≦ 0.2. M2 is
At least one selected from La, Y, Sc, Lu, and Gd
One kind. 0.5 ≦ m ≦ 1.5, 0 <n ≦ 1, 0.001 ≦
o ≦ 0.5. M3 is selected from La, Y, Ga, Sc and Lu.
At least one selected. 0.0005 ≦ p ≦ 0.1.
M4 is at least one selected from La, Y, and Ga.
0.0005 ≦ q ≦ 0.1.
A light emitting device according to a fifth aspect of the present invention is a light emitting device.
The optical layer is at least a nitride compound semiconductor and emits ultraviolet light.
Excited by the emitting light emitting element and the ultraviolet emission wavelength of the light emitting element
A fluorescent substance that emits fluorescence with a longer wavelength than the emission wavelength
And In particular, the light emitting device is an n-type nitride compound semiconductor.
Between the body layer and the p-type nitride-based compound semiconductor layer.
InδGa that has a heterostructure and contains n-type impurities1-δN layer
Active layer with an impurity concentration of 5 × 1017/ CmThreeLess than
Above, InδGa1-δ value of δN layer is greater than 0 and 0.1 or less
Bottom, InδGa1-The thickness of the δN layer is 100 Å
And the composition formula of the phosphor is gMgO · h
MgFTwo・ GeOTwo: IMn, jCaO.kM1O.Ti
OTwo: LPr, mM2TwoOThree・ (P1-nVn)TwoOFive: OEuTwo
OThree, M3TwoOTwoS: pEu, M4TwoO: selected from qEu
Is at least one kind.
However, 2.5 ≦ g ≦ 4.0, 0 ≦ h ≦ 1,
0.003 ≦ i ≦ 0.05. M1 is Zn, Mg, Sr,
At least one selected from Ba. j + k + 1 = 1,
0 <k ≦ 0.4, 0.00001 ≦ l ≦ 0.2. M2 is
At least one selected from La, Y, Sc, Lu, and Gd
One kind. 0.5 ≦ m ≦ 1.5, 0 <n ≦ 1, 0.001 ≦
o ≦ 0.5. M3 is selected from La, Y, Ga, Sc and Lu.
At least one selected. 0.0005 ≦ p ≦ 0.1.
M4 is at least one selected from La, Y, and Ga.
0.0005 ≦ q ≦ 0.1.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present inventors have concluded various experiments.
As a result, light with a light energy that emits at a relatively high emission wavelength
Light emission that converts the emission wavelength from the device with a fluorescent substance
In the device, select a specific light emitting element and a specific fluorescent substance
High brightness and long-term light effect
Found that it can emit light with high brightness by preventing the rate reduction and color shift.
The present invention has been accomplished.
In particular, nitride used in the light emitting device of the present invention
-Based compound semiconductors range from ultraviolet light to blue and green (emission wavelength
Efficient light emission with main peak from 365nm to 530nm)
can do. However, when viewed from fluorescent materials,
The excitation wavelength range of the light source is extremely narrow
It has a workability. Therefore, the luminous intensity as a light emitting device
Or selected specific luminescence to improve luminous efficiency
A combination with an element and a specific fluorescent substance is required.
That is, as a fluorescent substance used in a light emitting device,
The
1. Excellent light fastness is required. In particular, luminescence
Light-emitting devices because they are strongly radiated from small areas such as devices
The fluorescent substance provided in contact with or in close proximity
Withstands strong irradiation intensity of about 30 to 40 times
Need to be If the light emitting element emits light in the ultraviolet region,
Durability to outside lines is also required.
2. To improve the luminous efficiency, nitride-based
Efficiently excited by emission wavelength from compound semiconductor
That.
3. It can emit light efficiently by excitation
When.
4. When placed near the light emitting element, the temperature
Good characteristics.
5. Depending on the usage environment of the light emitting diode
5. It has weatherability Do not damage the light emitting elements.
[7] If the color tone is the composition ratio or multiple fluorescent substances
It has features such as being able to change continuously with the mixing ratio.
Is required.
The present invention is considered to satisfy these conditions.
Is a high energy band gap in the light emitting layer as a light emitting element.
Compound semiconductor device having a lamp as a fluorescent material
AMgO ・ bLiTwoO ・ SbTwoOThree: CMn, dMgO
・ ETiOTwo: FMn, gMgO.hMgFTwo・ Ge
OTwo: IMn, jCaO · kM1O · TiOTwo: LPr,
mM2TwoOThree・ (P1-nVn)TwoOFive: OEuTwoOThree, M3TwoOTwo
S: pEu, M4TwoO: at least selected from qEu
Also use a kind. As a result, the high
Energy light with high brightness in the vicinity of a long time.
Very little color shift of emission color and decrease in emission brightness
It has a long-wavelength component, which is a red emission wavelength component, with high brightness
Light emitting device.
As an example of a specific light emitting device, a chip
The LED is shown in FIG. Chip type LED housing 2
LED chip 2 using gallium nitride based semiconductor in 04
02 is die-bonded using epoxy resin etc.
is there. LED chip with gold wire as conductive wire 203
202 and the electrodes 205 provided on the housing.
Each is electrically connected. 5MgO ・ 3LiTwoO
・ SbTwoOFiveAs MgFiveLi6SbTwoO13: Epoxy Mn
LED chips, conductive materials mixed and dispersed in resin
Mold member that protects wires etc. from external stress
As 201, it is uniformly filled and cured. like this
LED by supplying power to light emitting diode
The chip 202 is caused to emit light. From the LED chip 202
Light emission from a fluorescent substance excited by the light emission of
Between light emission from the fluorescent substance and light from the LED chip 202
A light emitting device capable of emitting mixed color light can be obtained. Less than
Hereinafter, the components of the present invention will be described in detail.
(Fluorescent substance) The fluorescent substance used in the present invention
As a light emitting element that is excited by the light emitting wavelength of the light emitting element
A fluorescent substance that emits light at a wavelength longer than the excitation wavelength
U. Specific fluorescent substances include aMgO.bLiTwoO
・ SbTwoOThree: CMn, dMgO.eTiOTwo: FMn,
gMgO ・ hMgFTwo・ GeOTwo: IMn, jCaO · k
M1O ・ TiO Two: LPr, mM2TwoOThree・ (P1-nVn)Two
OFive: OEuTwoOThree, M3TwoOTwoS: pEu, M4TwoO: qE
at least one selected from u.
(However, 2 ≦ a ≦ 6, 2 ≦ b ≦ 4, 0.0
01 ≦ c ≦ 0.05, 1 ≦ d ≦ 3, 1 ≦ e ≦ 2, 0.0
01 ≦ f ≦ 0.05, 2.5 ≦ g ≦ 4.0, 0 ≦ h ≦
1, 0.003 ≦ i ≦ 0.05. M1 is Zn, Mg, S
at least one selected from r and Ba. j + k + 1 =
1, 0 <k ≦ 0.4, 0.00001 ≦ l ≦ 0.2. M
2 is at least one selected from La, Y, Sc, Lu, and Gd.
One kind. 0.5 ≦ m ≦ 1.5, 0 <n ≦ 1, 0.00
1 ≦ o ≦ 0.5. M3 is La, Y, Ga, Sc, Lu
At least one selected from 0.0005 ≦ p ≦ 0.
One. M4 is at least one selected from La, Y, and Ga
seed. 0.0005 ≦ q ≦ 0.1. ) From fluorescent material
In order to emit only visible light to the outside, nitride-based
Excitation wavelength emitted from compound semiconductor to excite fluorescent substance
To the ultraviolet region. Alternatively, the excitation wavelength emitted by the light emitting device
Is substantially all converted with a fluorescent substance. Moreover,
Pigs light emitted by the light emitting element and not converted by the fluorescent substance
Visible from fluorescent material
Only the area light can be emitted to the outside.
On the other hand, the visible light emitted from the light emitting element
When both the length and the fluorescence from the fluorescent substance are emitted outside,
Visible emission wavelength and fluorescent substance from light emitting element outside light emitting device
It is necessary that the fluorescent light from the
You. Therefore, the fluorescent substance is
The light emitting element is confined within the phosphor layer
An opening through which light from the light emitting element is transmitted is formed in the light material layer by 1 to
A light emitting device having two or more light emitting devices may be used. Also, fluorescent
The material layer is formed thin enough to transmit light from the light-emitting element.
Let Similarly, the fluorescent substance powder is contained in resin and glass.
Even if it is formed thin enough to transmit light from the light emitting element,
good. Depending on the ratio of fluorescent substance to resin, coating and filling amount,
Adjustment and selection of the emission wavelength of the light emitting device
To provide any color tone including red emission wavelength
Can be
The distribution of the content of the fluorescent substance is determined by the color mixing property and the durability.
May also be affected. That is, the fluorescent material is contained
Light-emitting element from the coating side or the front side of the mold member
If the distribution concentration of the fluorescent substance is high toward
Less susceptible to external forces, moisture, etc.
It is easy to suppress deterioration due to moisture. On the other hand, the inclusion of fluorescent substances
Distribution is distributed from light emitting element to mold member surface side
If the concentration increases, it is affected by moisture from the external environment.
Easy to generate, but the influence of heat generation from the light emitting element, irradiation intensity, etc.
Can be reduced. Such a fluorescent substance
The cloth is made of a material containing fluorescent material, forming temperature, viscosity and fluorescent
By adjusting the shape, particle size, particle size distribution, etc. of the substance
Can be formed in various ways. Therefore, the terms of use
Various selection of distribution concentration of fluorescent substance depending on the situation
Can be. The purpose of suppressing and controlling such distribution with good dispersibility
And the average particle size of the fluorescent substance is 0.2 μm to 0.7 μm.
Preferably. Further, when the particle size distribution is 0.2 <log
Preferably, the bear is <0.45.
The fluorescent substance of the present invention is particularly in contact with a light emitting element.
(Ee) = 3
Wcm-2More than 10W · cm-2High efficiency even in the following
A light-emitting device having sufficient light resistance can be obtained.
(AMgO.bLiTwoO ・ SbTwoOThree: CMn
Method for producing fluorescent substance) aMgO.bLiTwoO ・ SbTwoOThree:
An example of a method for producing a cMn fluorescent material is MgCOThree, L
iTwoCOThree, SbTwoOThree, MnCOThreeEach as raw material
5: 3: 1: used in a molar ratio of 0.001 to 0.05
You. Mix each oxide thoroughly using a ball mill or the like.
Combine and pack into an alumina crucible. Crucible from 1250 to 1
Calcined at 400 ° C for about 2 hours in air and oxygen
Fired at 560 ° C for 10 hours or more in atmosphere to obtain fired product
Was. Wash the calcined product by ball milling in methanol,
Separation, drying, and finally through a sieveFive
Li6SbTwoO13: Mn phosphor can be formed
You. In particular, in order to emit light with high luminance, 2 ≦ a ≦ 6,
It is preferable that 2 ≦ b ≦ 4 and 0.001 ≦ c ≦ 0.05.
Good. This fluorescent substance emits light from the light emitting device of the present invention.
It is easy to be excited by visible light on the short wavelength side which is long.
(DMgO.eTiO)Two: FMn fluorescent substance
Generation method) dMgO.eTiOTwo: Raw of fMn fluorescent material
An example of a forming method is MgCOThree, TiOTwo, MnCOThreeTo
As raw materials, each of 2: 1: 0.001-0.05
Used at the same ratio. Use a ball mill for each oxide
Mix well and pack into an alumina crucible or the like. 1 crucible
Baking for about 2 hours in air at a temperature of 250 to 1400 ° C
And further baked at 560 ° C. for 10 hours or more in an oxygen atmosphere.
To obtain a baked product. Ball-mill the calcined product in methanol
Washing, separating, drying and finally passing through a sieve for use in the present invention.
MgTwoTiOFour: Mn phosphor can be formed
Wear. In particular, in order to emit light with high luminance, 1 ≦ d ≦
3, 1 ≦ e ≦ 2, 0.001 ≦ f ≦ 0.05
Is preferred. This fluorescent substance is also emitted from the light emitting device of the present invention.
It is easily excited by visible light on the short wavelength side, which is the light wavelength.
(GMgO.hMgFTwo・ GeOTwo: IMn
Method for producing fluorescent substance) gMgO.hMgFTwo・ GeOTwo: I
As an example of a method for producing a Mn phosphor, MgCOThree, Ge
OTwo, MnCOThree3.5: 0.5:
1: Used in a molar ratio of 0.001 to 0.05. Each
These oxides are thoroughly mixed using a ball mill, etc.
Pack in a crucible or similar. Crucible at 1100 to 1250 ° C
Firing in air at 560 ℃
Firing for at least 10 hours to obtain a fired product. Put the baked product underwater
Mill, wash, separate, dry, and finally pass through sieve
3.5MgO.0.5MgF used for lightTwo・ Ge
OTwo: Mn fluorescent substance can be formed. This firefly
The peak wavelength of the light substance is 658 nm. In particular, high shine
2.5 ≦ g ≦ 4.0, 0 ≦ h
≦ 1, 0.003 ≦ i ≦ 0.05
No. This fluorescent substance has a short wavelength side from the light emitting device of the present invention.
It is easily excited in the visible and ultraviolet regions.
(JCaO.kM1O.TiO)Two: LPr
Method for producing fluorescent substance) jCaO · kM1O · TiOTwo: L
As a method for producing the Pr fluorescent substance, CaCOThree, TiOTwo,
Pr6O11, HThreeBOThreeMixed with a ball mill from 1200
It is fired in the air at 1400 ° C. for about 2 hours. Powdered baked goods
Crushed and washed, separated and dried, and finally passed through a sieve for use in the present invention
CaTiOThree: Forming Pr fluorescent material
Can be. The peak wavelength of this fluorescent substance is 614 nm.
You. M1 is selected from Zn, Mg, Sr and Ba.
At least one of these elements, and any element
Can be In order to emit light with high brightness,
j + k + 1 = 1, 0 <k ≦ 0.4, 0.00001 ≦ l
The range of ≦ 0.2 is preferred. This fluorescent substance is used in the present invention.
It is suitably excited and emits light in the ultraviolet region from the optical element.
(MM2TwoOThree・ (P1-nVn)TwoOFive: OEu
TwoOThreeMethod for producing fluorescent substance) mM2TwoOThree・ (P1-nVn)
TwoOFive: OEuTwoOThreeAs a method for producing a fluorescent substance, YTwoOThree,
EuTwoOThree, (NHFour)TwoHPOFour, VTwoOFiveThe ball mill blend
And packed in an alumina crucible at 1100 to 1400 ° C for 2
Bake in air for about an hour. Ball mill of baked products in water
Crushed, washed, separated, dried and finally passed through a sieve
Y (PV) O used in the inventionFour: Forming Eu fluorescent material
Can be done. The peak wavelength of this fluorescent substance is 62
0 nm. M2 is Y, La, Sc, Lu, G
at least one element selected from d.
Light can be emitted similarly. It also emits light with high brightness.
0.5 ≦ m ≦ 1.5, 0 <n ≦ 1, 0.0
The range of 01 ≦ o ≦ 0.5 is preferable. This fluorescent material is
The light emitting device of the present invention emits light by being suitably excited in the ultraviolet region.
You.
(M3TwoOTwoS: Method for producing pEu fluorescent substance)
M3TwoOTwoAn example of a method for producing the S: pEu fluorescent substance is YTwo
OThreeAnd EuTwoOThreeIs dissolved in hydrochloric acid and coprecipitated as nitrate.
You. Eu at this timeTwoOThreeThe amount is preferably 0.1 to 20 mol%.
Good. This precipitate is dried at 800-1000 ° C in air.
Fired to form oxide. Sulfur and sodium carbonate are added to the obtained oxide.
And flux in an alumina crucible
Bake at a temperature of 0 ° C to 1200 ° C for 2 to 3 hours
Obtain a fired product. The baked product is pulverized, washed, separated and dried.
Y used in the present invention through a sieveTwoOTwoS: Eu fluorescence
A substance can be formed. The peak of this fluorescent substance
The wavelength is 627 nm. M3 is Y, La, G
What is at least one selected from a, Sc, and Lu
Light can be emitted from these elements as well. Also high
In order to emit light at a luminance, 0.0005 ≦ p ≦ 0.1
A range is preferred. This fluorescent substance is obtained from the light emitting device of the present invention.
It is preferably excited in the ultraviolet region to emit light.
(M4TwoO: method for producing qEu fluorescent substance) M
4TwoAs an example of the method of producing the O: qEu fluorescent substance, Y:TwoOThreeWhen
EuTwoOThreeBoron as flux to dry for 3 hours
Mix. The mixed raw material is air at 1200 to 1600 ° C
Baking for about 6 hours to obtain a baked product. Wet products are fired
Disperse by milling, wash, disperse, dry, dry sieve
Y used in the present inventionTwoOThree: Eu fluorescent substance
Can be formed. The peak wavelength of this fluorescent substance is
611 nm. M4 is selected from Y, La and Ga.
At least one selected element, and any element
Can be lighted. Also, in order to emit light with high brightness
Is preferably in the range of 0.0005 ≦ q ≦ 0.1. this
The fluorescent substance is preferably excited in the ultraviolet region from the light emitting device of the present invention.
It wakes up and emits light.
(These used together with the fluorescent substance of the present invention)
Other fluorescent substances) The fluorescent substance used in the present invention is exposed to ultraviolet rays.
In addition to emitting light more efficiently, it is effective at longer wavelengths of visible light.
Includes those that can emit light efficiently. Therefore, the light emitting element
Excited by excitation wavelength, can emit red light emitting component
Used as a light emitting device using nitride-based compound semiconductor
Can be In addition to the fluorescent substance of the present invention, such as light resistance
Emission wavelength from light emitting element while having characteristics equivalent to the present invention
Which can emit light of another wavelength different from that of the present invention when excited by
Light substances can also be added. Contains multiple fluorescent materials
To increase the RGB wavelength components of light from the light emitting device.
Emit various light colors, including red light wavelengths
It can also be done.
In addition to the fluorescent substance of the present invention,
As a fluorescent material that can efficiently emit visible light
Yttrium aluminum gane activated by um
Fluorescent materials. Activated by cerium
Yttrium aluminum garnet fluorescent material
Has the same light resistance as the fluorescent substance used in the present invention.
While receiving blue light, which is a short wavelength of visible light,
Emits light. Blue from nitride-based compound semiconductors and cerium
Activated by yttrium aluminum garnet
Light resistance and high brightness by mixing color of yellow fluorescent material with yellow
In addition, white light emission with high color rendering can be achieved.
Yttrium Al activated with cerium
Various substitutions for minium-garnet fluorescent materials
Possible substances are mentioned. Specifically, (Re1-xS
mX)Three(Al1-yzInyGaz)FiveO12: Ce (however, 0
≦ x <1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, 0 ≦ y + z ≦ 1,
Re is a small number selected from the group consisting of Y, Gd, and La.
It is at least a kind of element. ) Fluorescent substance
Can be
(Re1-xSmX)Three(Al1-yzInyG
az)FiveO12: Ce is garnet structure, so heat, light and light
Resistant to water and moisture, with 450 nm excitation spectrum peak
Can be brought closer. The emission peak is 530n.
m and a broad emission spectrum near
Wear. In addition, a part of Al in the composition is replaced with Ga.
Shifts the emission wavelength to shorter wavelengths, and changes part of Y in the composition.
By substituting with Gd, the emission wavelength shifts to a longer wavelength.
You. By changing the composition in this way, the emission color can be increased to some extent
It is also possible to adjust continuously.
In addition, LE using nitride-based compound semiconductor
D chip and yttrium al activated by cerium
Rare earth element in minium-garnet fluorescent material (YAG)
Fluorescent material containing elemental samarium (Sm)
By doing so, the light efficiency can be further improved.
Such fluorescent substances include Y, Gd, Ce,
Oxide or high as a raw material of Sm, La, Al and Ga
Use compounds that readily become oxides at elevated temperatures and
The raw materials are obtained by mixing stoichiometrically. Or Y, Gd,
Dissolves rare earth elements of Ce, La and Sm in acid at stoichiometric ratio
The solution obtained by co-precipitating the dissolved solution with oxalic acid
Mixing precipitated oxide with aluminum oxide and gallium oxide
To obtain a mixed raw material. Fluoride as flux
An appropriate amount of fluoride such as ammonium is mixed into a crucible and emptied.
Bake for 2-5 hours at 1350-1450 ° C in air
To obtain a fired product, and then ball mill the fired product in water.
Obtained by washing, separating, drying and finally sieving
Can be.
Yttrium Al activated with cerium
Minium-garnet-based fluorescent materials use yttrium
Emission wavelength on long wavelength side
Although it moves, the luminance decreases rapidly when the replacement amount is increased.
Therefore, the fluorescent substance of the present invention is ion-activated with cerium.
In addition to thorium, aluminum and garnet fluorescent materials
By using it, it contains a more reddish luminescent component
A white or the like can be obtained with high luminance. Similarly, fluorescence
By adjusting the mixing ratio of the substances, a pink color etc. is generated.
It can also be lighted.
Also, the light emitted from the nitride-based compound semiconductor is
When the emission wavelength is in the ultraviolet range, the fluorescent substance of the present invention
Adds a fluorescent substance that can emit blue or green light in response to ultraviolet light
It is also possible to obtain an arbitrary luminescent color such as white. Fluorescent material
The desired color can be obtained by the mixing amount of
You. Specifically, Sr is used as a fluorescent substance capable of emitting blue light.
TwoPTwoO7: Eu, SrFive(POFour)ThreeCl: Eu, (SrC
aBa)Three(POFour)6Cl: Eu, BaMgTwoAl
16O27: Eu, SrO ・ PTwoOFive・ BTwoOFive: Eu, (Ba
Ca)Five(POFour)ThreeCl: Eu and the like are preferred.
You. ZnSiO as a fluorescent substance capable of emitting green lightFour: M
n, ZnTwoSiOFour: Mn, LaPOFour: Tb, SrAlTwo
OFour: Eu and the like are preferable. Can emit white light
YVO as fluorescent substanceFour: Dy and the like are preferred.
You.
When a plurality of types of fluorescent substances are used
Is a coating part and / or a mold member, etc.
Light-transmitting inorganic members such as glass and light-transmitting organic members such as resin
It may be formed by mixing a plurality of fluorescent substances inside,
It may be formed as a multilayer film for each fluorescent substance. Further
In addition, the inner wall and / or the outer surface of glass or the like which is a
The fluorescent material is applied to the wall together with the binder. After coating
Fluorescent binder removed by incineration of binders
Irradiating the substance with the excitation wavelength from the light emitting element to emit light
Can also be.
Use of other fluorescent substances as described above
Arbitrarily changes the color rendering of the light emitted from the light-emitting device.
Can be made. In addition, light emission including RGB components is possible
For this reason, it is necessary to use a full-color display
For backlighting full color liquid crystal display devices
Also available.
(Light emitting elements 102, 202, 302, 80)
2) The light emitting element used in the present invention is aMgO.bL
iTwoO ・ SbTwoOThree: CMn, dMgO.eTiOTwo: FM
n, gMgO.hMgFTwo・ GeOTwo: IMn, jCaO
・ KM1O ・ TiOTwo: LPr, mM2TwoOThree・ (P1-nV
n)TwoOFive: OEuTwoOThree, M3TwoOTwoS: pEu, M4TwoO:
efficiency of at least one fluorescent substance selected from qEu
A nitride-based compound semiconductor that can be well excited can be used. Departure
Optical elements are mounted on a substrate by MOCVD or HVPE.
A nitride-based compound semiconductor is formed. Nitride compounds
As a semiconductor, InαAlβGa1-α-βN (however
Then, 0 ≦ α, 0 ≦ β, α + β ≦ 1) are formed as the light emitting layer.
Let me do it. Semiconductor structures include MIS junction, PI
Homostructure and heterostructure with N-junction, PN junction, etc.
Or a double-hetero structure. Semiconductor layer
Various emission wavelengths can be selected depending on the material and its mixed crystal ratio.
Can be. In addition, the semiconductor active layer is thinned to produce a quantum effect.
Single quantum well structure or multiple quantum well structure
You can also.
For a substrate on which a nitride-based compound semiconductor is to be formed,
Is a safare whose main surface is R surface and A surface in addition to sapphire C surface.
Oia, other, spinel (MgA1TwoOFour) Like insulation
Substrate, SiC (including 6H, 4H, 3C), S
i, ZnO, GaAs, GaN crystal, etc.
Can be. Compare nitride-based compound semiconductors with good crystallinity
Sapphire substrate (C-plane)
Preferably used, lattice mismatch with sapphire substrate
It is desirable to form a buffer layer to correct
No. The buffer layer is made of aluminum nitride formed at low temperature.
And gallium nitride. Ma
In addition, the buffer layer is formed of a nitride-based semiconductor
It may be formed in two or more layers to control the crystallinity of the body
No.
In this case, a low-temperature growth barrier is formed on the sapphire substrate.
Buffer layer, on which a second buffer layer can be
You. A second layer grown in contact with the low temperature growth buffer layer;
The buffer layer is made of an undoped nitride compound semiconductor, especially
Preferably, undoped GaN is used.
N-type impurities grown on undoped GaN
Crystallinity of nitride-based compound semiconductor doped with oxide
Can grow well. The film of this second buffer layer
Thickness is 100 Å or more and 10 μm or less.
Preferably with a thickness of 0.1 μm or more and 5 μm or less
It is desirable to make it.
The second buffer layer is a clad layer.
Instead, when used as a base layer for producing a GaN substrate,
Al with v value of Al mixed crystal ratio of 0.5 or lessvGa1-vN (0 ≦
v ≦ 0.5). V value of Al mixed crystal ratio
Exceeds 0.5, rather than crystal defects
Cracks tend to occur in itself. for that reason,
The crystal growth itself tends to be difficult. The film thickness is 10
It is more preferable to adjust it to not more than μm. In addition, this
2 is doped with n-type impurities such as Si and Ge.
May be.
Pn junction using nitride compound semiconductor
As an example of a light emitting element having
First contact layer made of gallium nitride, n-type nitride
First cladding formed of aluminum gallium
Layer, indium nitride doped with p-type impurities such as Zn
Active layer formed of gallium, p-type aluminum nitride
A second cladding layer formed of lithium, p-type gallium nitride
The second contact layer formed by the above is laminated in order.
It can be.
The gallium nitride based semiconductor is doped with impurities.
It shows n-type conductivity when not in use. Improve luminous efficiency
When forming a desired n-type gallium nitride semiconductor
Represents Si, Ge, Se, Te, and C as n-type dopants.
It is preferable to introduce such as appropriate. On the other hand, P-type gall nitride
P-type dopant when forming a semiconductor
Doped with Zn, Mg, Be, Ca, Sr, Ba, etc.
You. Gallium nitride-based compound semiconductors use p-type dopants.
It is difficult to make it p-type only by doping, so p-type dopant
After the introduction, heating with a furnace, low-speed electron beam irradiation or plasma irradiation
It is preferable to make it p-type by annealing by irradiation or the like.
New
In particular, a wavelength of about 365 nm to 400 nm or less
When emitting light in the ultraviolet region, n-type gallium nitride and p-type
Double gallium structure between gallium nitride and n-type
Pure substance concentration is 5 × 1017/ CmThreeLess than indium nitride
Gallium (InαGa1-αN) and the film thickness is 100
Angstroms or more and 1000 Angstroms or less,
High efficiency by setting the value α of In more than 0 and 0.1 or less
Can emit light. The n-type impurity is Si,
At least one selected from S, Ge, and Se.
Thickness of 100 angstrom or more, 1000 ong
Gstrom or less, more preferably 200 gstrom or less.
Angstrom or more, 800 angstrom or less,
Most preferably at least 250 Å, 700
Ngstrom or less.
Similarly, n-type gallium nitride and p-type gallium nitride
A double heterostructure between the n-type impurity and the n-type impurity
Degree 5 × 1017/ CmThreeIndium gallium nitride
(InδGa1-δN) and the film thickness is 100 Å
When the value of In is greater than 0 and less than 0.1,
To about 365nm to 400nm or less
Light can be emitted with high efficiency. In addition, n-type impurity
The object is at least selected from Si, S, Ge, and Se
It is a kind. 100 Å or more in film thickness
Preferably, more preferably, 200 Å or less
Above.
As a light emitting element having a high output in the ultraviolet region, G
Assuming aN, light emission of about 365 nm can be obtained.
Wear. However, the output is very low and contains Al
Then, the output tends to further decrease. This is AlG
It is presumed to be due to the crystallinity of aN and InAlN. AlG
When the active layer is made of aN, InAlN, etc., the band gap is increased.
Clad layer with high Al mixed crystal ratio
Need to be formed. A clad layer with a high Al
Because it tends to be difficult to obtain a product with good crystallinity,
When a nitride-based compound semiconductor containing Al is used as the active layer,
The life of optical elements tends to be shorter. However, the above
Light-emitting devices that emit high-output light in the ultraviolet region
Dramatic increase in output of light-emitting element by containing a small amount of In
GaN containing a small amount of In as the active layer
Then, the output is improved 10 times or more as compared with GaN. Follow
And InαGa1-αN, InδGa1-α value and δ value of δN
0.1 or less, preferably 0.05 or less, more preferably
To 0.02 or less, most preferably 0.01 or less.
Adjust. Here, InGaN does not include Al at all.
Rather than the impurity level caused by diffusion etc.
(In a state where the Al content is lower than that of In).
Things.
Further, the light emitting device used in the present invention is:
InαGa1-αN, InδGa1-Active layer containing δN
In contact with AlXGa1-XN (0 <X ≦ 0.4)
It may have a compound semiconductor. This AlXGa1-X
The N layer contacts one of the two main surfaces of the active layer.
And it is not necessary to be in contact with both.
Such AlXGa1-XThe X value of N is in the range of 0 <X ≦ 0.4.
Is preferable, and the range of 0 <X ≦ 0.2 is more preferable.
The range of 0 <X ≦ 0.1 is most preferable.
If it is larger than 0.4, AlXGa1-XIn the N layer
Tend to crack. When cracks enter
Stacking other semiconductors on top of it to form an element structure
Tends to be difficult. AlXGa1-XThe film thickness of N is 0.
5 μm or less, more preferably 0.3 μm or less, most preferably
Preferably, it is formed with a thickness of 0.1 μm or less. 0.5 μm
Is exceeded, even if the Al mixed crystal ratio is reduced,XGa1-XN
This is because cracks tend to be easily formed in the inside.
Nitride based alloys in which the mixed crystal ratio of Al is in a specific range
When a compound semiconductor layer is formed in contact with both main surfaces of the active layer
The thicknesses of the nitride-based compound semiconductor layers are different from each other.
It is desirable to become. Al on n-layer sideXGa1-XThin N layer
The output tended to be improved. N layer
Side, p layer side AlXGa1-XN nitride compound semiconductor
They may have different Al mixed crystal ratios.
Further, AlXGa1-XN (0 <X ≦
0.4) from the active layer rather than the nitride-based compound semiconductor
In the remote positionsGa1-sN (0 ≦ s <0.1, j>
s, m> s) or AltGa1-tN (0 <t ≦ 0.
4) It can also have a nitride-based compound semiconductor
You. GaN is preferably used for this nitride-based semiconductor.
In addition, AlXGa1-XSame as N nitride compound semiconductor layer
If it is formed in either the n-layer or the p-layer
Good, it is not always necessary to form both. In
sGa1-sN or AltGa1-tThe thickness of N is particularly limited
However, when forming on the n-layer side, 10 μm
m, more preferably 8 μm or less. one
On the other hand, when it is formed on the p-layer side, it is formed thinner than on the n-layer side.
Preferably 2 μm or less, more preferably 1 μm
m or less. In addition, InsGa1 -sN, young
Kuha AltGa1-tN may be plural in the same conductive layer
No.
Further, at least the n-layer side or the p-layer side
On the other hand, a GaN layer with a small band gap energy
Al with large band gap energyuGa1-uN (0
<U ≦ 1) nitride having a superlattice structure in which layers are laminated
It may have a system semiconductor layer. AluGa1-uN for active layer
It may be formed in contact with or at a position away from the active layer
It may be formed. Preferably at a location away from the active layer
The cladding layer as a carrier confinement
Can be formed as a contact layer for forming electrodes.
Is desirable. This AluGa1-uN is also the same conductive side
May be more than one.
In the case of a super lattice structure, a GaN layer and an Al
uGa1-uThe thickness of the N layer is 100 Å or less.
More preferably 70 Å or less, most preferably
Or less than 50 angstroms. 100 ON
If it is thicker than gström, each semiconductor composing the superlattice layer
The thickness of the layer exceeds the elastic strain limit, and
Cracks or crystal defects tend to occur. Ma
The lower limit of the film thickness is not particularly limited as long as it is 1 atom or more.
No. AluGa1-uWhen N is a constituent layer of the superlattice,
Compared to thick ones, even those with a higher Al
Is hard to enter. This is AluGa1-uN layer is elastic critical film
This is due to the fact that the film is grown with a thickness less than the thickness. Furthermore, A
luGa1-uSince N and GaN can be grown at the same temperature,
Easy to super lattice. If one is InGaN, the growth atmosphere
The atmosphere must be changed, and AlGaN and InGaN
To form a superlattice with AluGa1-uN and GaN
It is more difficult than when a superlattice layer is formed.
GaN layer and AluGa1-uWith N layer
The superlattice layer serves as an optical confinement layer and a carrier confinement layer.
When the cladding layer is formed by the
Nitride compound semiconductor with large band gap energy
Need to grow. Band gap energy
A large nitride-based compound semiconductor layer means a mixed crystal ratio of Al
It is a nitride-based compound semiconductor having a high density. High mixed crystal ratio of Al
Growth of thick nitride-based compound semiconductors in thick films
The crystal grows easily and crystal growth is very difficult.
However, when the superlattice layer is used, the superlattice layer
Is a layer having a somewhat higher Al mixed crystal ratio,
Cracks due to growth below the elastic critical thickness
Is difficult to enter. Therefore, a layer having a high mixed crystal ratio of Al
Optical growth and carrier confinement due to good growth
The confinement effect increases, and the threshold voltage for LD and the threshold voltage for LED
Vf (forward voltage) can be reduced.
Further, the superlattice layer has a conductivity type of the superlattice layer.
Impurities that determineuGa1-uN
Doping with different n-type impurity concentrations between the GaN layer and the GaN layer
can do. For example, the n-type impurity concentration of one layer is
Small, preferably undoped (and
And doping the other to a high concentration, the threshold
Voltage, Vf, and the like can be reduced. This is an impurity
By having a low concentration layer in the superlattice layer,
Layer has high mobility and the impurity concentration is high.
The presence of a layer also allows the carrier concentration to remain high.
This is because a superlattice layer can be formed up to this. Low impurity concentration
High mobility layer and high impurity concentration carrier concentration
The presence of a large layer at the same time allows the carrier concentration
And a layer having high mobility is formed. So the threshold
It is assumed that the value voltage and Vf decrease.
Nitride with large band gap energy
When the system compound semiconductor is highly doped with impurities,
High impurity concentration layer and low impurity concentration layer by modulation doping
Between the two-dimensional electron gas and the two-dimensional electron gas
It is assumed that the resistivity decreases due to the influence. For example, n
-Gap nitride doped with p-type impurities
-Based compound semiconductor and undoped with small band gap
In the superlattice layer in which the nitride-based compound semiconductor of
Heterojunction between the undoped layer and the doped layer
At the interface, the barrier layer side is depleted and the band gap is small.
Electrons (two-dimensional electron gas) accumulate at the interface before and after the thickness on the layer side
I do.
This two-dimensional electron gas has a small band gap.
On the other side, so that when electrons travel, impurities
The electron mobility of the superlattice
The resistivity decreases. The p-side modulation dope is similarly
It is presumed to be due to the effect of the dimensional hole gas. In the case of p layer
In this case, AlGaN has a higher resistivity than GaN. There
To do more p-type impurities in AlGaN
Due to the lower resistivity, the actual resistance of the superlattice layer
When the light emitting device is manufactured, the threshold is low.
It is presumed that there is a tendency to fall. Also, the resistivity decreases
This makes it easier to obtain an ohmic contact with the electrode. Ma
In addition, the series resistance in the film also decreases, and the threshold voltage, Vf
A low light emitting element can be obtained.
On the other hand, the band gap energy is small.
Highly doped impurities in nitride compound semiconductor layer
In such a case, the following effects are presumed. For example, A
luGa1-uMg, which is a p-type impurity, is added to the N layer and the GaN layer.
When doped in an amountuGa1-uIn the N layer, Mg
The depth of the scepter level is large and the activation rate is small. one
On the other hand, the depth of the acceptor level of the GaN layer is AluGa1-u
It is shallower than the N layer and has a higher Mg activation rate. For example, Mg
Is 1 × 1020/cmThreeWhen doped, GaN is 1 × 1018
/cmThreeLevel of carrier concentration,uG
a1-u1 × 10 for N17/cmThreeOnly about carrier concentration
I can't.
Then, AluGa1-uSuperlattice with N / GaN
GaN layer with higher carrier concentration
Doping impurities. With this, a super carrier with a high carrier concentration
A child layer is obtained. Moreover, because of the superlattice structure,
Carrier is Al with low impurity concentration due to flannel effectuGa1-u
Move through the N layer. Therefore, the carrier is substantially AluG
a1-uNot affected by N layer, AluGa1-uN layer is band
It acts as a cladding layer with a high gap energy.
Nitride compounds with smaller bandgap energy
Even if the semiconductor layer is doped with a large amount of impurities,
It is very effective in lowering the threshold. This theory
Akira described an example of forming a superlattice on the P-type layer side.
However, the same applies to the case where a superlattice is formed on the n-layer side.
effective.
Nitride with large band gap energy
When doping a large amount of n-type impurities into
Nitride compound semiconductors with large band gap energy
Is preferably 1 × 1017/cmThree~ 1
× 1020/cmThree, More preferably 1 × 1018/cmThree~ 5
× 1019/cmThreeRange. 1 × 1017/cmThreeLess than
Without it, the bandgap energy is reduced to nitride.
The difference from the compound semiconductor is reduced and the carrier concentration is increased.
Layer tends to be difficult to obtain. Also 1 × 10 20/cmThree
If it is larger than this, the leakage current of the light emitting element itself increases,
There is a tendency. On the other hand, the band gap energy is small.
N-type impurity concentration of nitride-based compound semiconductors
Capping energy is higher than that of nitride-based compound semiconductors.
The smaller the better, the better, preferably 1/10 or less
Good. Most preferably undoped and most mobile
Although a layer with a high thickness can be obtained, the band gap is
Diffusion from nitride compound semiconductor side with large energy
It is considered that there is an n-type impurity that is coming. Therefore, n
The amount of mold impurities is 1 × 1019/cmThreeThe following is desirable. n-type
Periodic table of Si, Ge, Se, S, O, etc. as impurities
Group IVB and VIB elements can be selected. Better
Preferably, Si, Ge, and S can be n-type impurities.
You. This effect is due to the large band gap energy of nitrogen.
Doped n-type impurities into the compound semiconductor layer
Compound with small band gap energy
The same applies when the semiconductor layer is heavily doped with n-type impurities.
You.
As described above, the superlattice layer is preferably doped with impurities.
Was mentioned, but the band gap energy
-Gap nitride-based compound semiconductor layer and band gap
Impurities with low energy nitride compound semiconductor layers
The concentrations can be equal.
The above-described superlattice layer is formed on the p-side layer.
And the effect of the superlattice structure on the light emitting element is that the superlattice has n
Same as the function of the side layer, except that it is formed on the n-layer side.
The following effects are obtained in addition to the above. That is, p-type nitride-based
Compound semiconductors are more commonly used than n-type nitride-based compound semiconductors.
The normal resistivity is higher by two digits or more. Therefore, the superlattice layer is placed on the p-layer side.
By forming, the decrease of Vf is remarkably exhibited.
The nitride-based compound semiconductor has a very large p-type crystal.
It is known that the semiconductor is difficult to obtain. p-type
Nitride-based compound doped with p-type impurities to obtain
The technology to remove hydrogen by annealing the conductor layer is known.
Have been. However, even though p-type was obtained, simply Annie
Just by ringing, the resistivity is several Ωcm or more
There are cases. Therefore, by making the p-type layer a superlattice layer,
The crystallinity is improved. As a result, the resistivity decreases by one digit or more.
Therefore, a decrease in Vf is likely to appear.
The above-mentioned nitride compound semiconductor which is a superlattice layer
When the body layer is formed on the p-side layer, the band gap
High energy nitride compound semiconductor layer and bandgap
Between the nitride-based compound semiconductor layer having a small energy
Mold impurity concentration is different and one layer
In addition, the impurity concentration of the other layer is reduced. Superlattice
Similarly to the n-side layer, nitrogen having a large band gap energy is used.
The p-type impurity concentration in the nitride-based compound semiconductor layer
Compound with small band gap energy
Lower the p-type impurity concentration in the semiconductor layer, preferably
Lowering the threshold voltage, Vf, etc.
Can be. The reverse is also possible. In other words, the band gap
P-type impurities in high energy nitride-based compound semiconductor layers
Low material concentration and low bandgap energy
The concentration of p-type impurities in the nitride-based compound semiconductor layer
May be. The reason is as described above.
In the case of forming a superlattice layer, p-type impurities are preferably used.
1 × 1018/cm Three~ 1 × 10twenty one/ C
mThree, More preferably 5 × 1018/cmThree~ 5 × 1020/ C
mThreeRange. 1 × 1018/cmThreeLess than the other
The difference from the nitride-based compound semiconductor layer of
It tends to be difficult to obtain a layer having a high rear concentration. Also,
1 × 10twenty one/cmThreeIf more, the crystallinity tends to worsen
is there. On the other hand, nitrides with small bandgap energy
The p-type impurity concentration of the base compound semiconductor is
If the energy is less than that of the nitride-based compound semiconductor,
Good, preferably 1/10 or less. Most
Also preferably, when undoped, the layer having the highest mobility is
Can be obtained, but the band gap energy
P diffuses from the nitride-based compound semiconductor side
The amount of the p-type impurity is 1 × 10
20/cmThreeThe following is desirable. Mg, Z as p-type impurities
Elements of Group IIA and IIB of the periodic table such as n, Ca, Be, etc. are preferred.
More preferably, it is Mg, Ca or the like. This effect
Is a nitride compound with a large band gap energy
The semiconductor layer is doped with a small amount of P-type impurities to form a bandgap.
P-type nitride-based compound semiconductor layer with low energy
The same applies to the case where many impurities are doped.
Nitride-based compound semiconductor constituting superlattice
Means that the layer where impurities are highly doped is
High impurity concentration near the center of the semiconductor layer, near both ends
Impurity concentration is low (preferably undoped)
It is more desirable. Specifically, S as an n-type impurity
AlGaN doped with i and an undoped GaN layer
AlGaN doped with Si when superlattice layer is formed by
The electron into the conduction band as a donor.
Falls into the conduction band of low potential GaN. GaN
Since the crystal is not doped with donor impurities,
No scattering of carriers by objects. Therefore, electrons
It can easily move through the GaN crystal and has substantial electron transfer.
Mobility increases. This is the effect of the two-dimensional electron gas described above.
Is similar to that of
And the resistivity decreases. In addition, band gap energy
High n-type impurity in central region of AlGaN with large energy
The effect is further enhanced by doping to a concentration. That is, Ga
Some electrons moving in N are contained in AlGaN
N-type impurity ions (in this case, Si)
receive. However, both ends in the thickness direction of the AlGaN layer
Makes it less susceptible to Si scattering
And the mobility of the undoped GaN layer is further improved.
is there. The effect is slightly different, but the band gap
Nitride compound semiconductor with large energy and band gap
Superlattice with nitride-based compound semiconductor with low energy
Has a similar effect, the band gap
Central region of high energy nitride compound semiconductor
Doping with p-type impurities and reducing both ends
Or undoped. on the other hand,
Nitride compound semiconductor with small band gap energy
The layer in which the body is heavily doped with n-type impurities is
It is also possible to adopt a concentration configuration.
In the case of a light-emitting element using an insulating substrate,
A part of the edge substrate is removed, or p
P-type semiconductor and n-type to obtain electrode surfaces for n-type and n-type
The exposed surface of the semiconductor is formed by etching etc.
Let Sputtering and vacuum deposition methods are applied on each semiconductor layer.
By using Au, Al or their alloys,
Each electrode is formed. The electrode provided on the light emitting surface side is fully covered
Patterning around the light emitting area without
Alternatively, use a transparent electrode such as a metal thin film or metal oxide.
Can be. In addition, p-type GaN and a preferable ohmic
The resulting electrode materials include Ni, Pt, Pd, Ni /
Au, Pt / Au, Pd / Au and the like are preferably mentioned.
it can. n-type GaN and a preferable ohmic
The pole material is Al, Ti, W, Cu, Zn, Sn, I
Metals or alloys such as n can be suitably cited.
You. The light emitting element thus formed is used as it is.
It can be divided into LED chips and LD elements
You may use it as a structure like a child.
When used as an LED chip or LD element
In this case, the formed semiconductor wafer etc.
With a dicing saw where the blade with the cutting edge rotates
Make a full cut directly, or create a groove with a width
After cutting (half cut), the semiconductor
Crack Eher. Or, the diamond needle at the tip reciprocates
Extremely semiconductor wafer with linear scriber
Draw thin scribe lines (meridians) in a grid pattern, for example.
And then split the wafer by external force
And cut into chips. Gallium nitride
Light-emitting devices such as LED chips
Can be achieved.
In the light emitting device of the present invention, the light source including
When emitting light color, the main emission wavelength of the light emitting element is efficiency
Is preferably 365 nm or more and 530 nm or less in consideration of
It is preferably from 365 nm to 490 nm. Red system only
Is emitted, 365 nm which is mainly in the ultraviolet region
It is more preferably at least 400 nm. In addition, for light emitting devices
Deterioration of the resin material used, supplementation with fluorescent substances such as white
When considering the color relationship, etc.
530 nm or less is preferred, and 420 nm or more and 490 n
m or less is more preferable. LED chips using visible light
To improve the efficiency of the phosphor and the fluorescent substance respectively
Is more preferably 430 nm or more and 475 nm or less.
When the present invention is used as a white light emitting device
FIG. 5 shows an example of the emission spectrum. Peak around 450 nm
The light emission with the light is the light emission from the LED chip,
Light emission with a peak near nm is excited by the LED chip.
The emitted light of the fluorescent substance.
(The conductive wires 103, 203, 30
3) Conductive wires 103 and 20 as electrical connection members
LED chips 3 and 303 are light emitting elements, etc.
Of the light emitting elements 102, 202, 302
Good mechanical properties, mechanical connectivity, electrical conductivity and thermal conductivity
Is required. 0.01 cal / c as thermal conductivity
mTwo/ Cm / ° C or more, more preferably 0.5
cal / cmTwo/ Cm / ° C or more. In addition, workability
The diameter of the conductive wire is preferably Φ
10 μm or more and Φ45 μm or less. Such conductive
Concretely, gold, copper, platinum, aluminum
Conductive wires using metals such as aluminum and their alloys
Is mentioned. Such a conductive wire is connected to each LED
Tip electrodes, inner leads and mount leads
With wire bonding equipment
Can be connected.
(Mount lead 105) Mount lead
The mode 105 is for disposing the light emitting element 102.
Large enough to be loaded with die bonding equipment, etc.
I just want it. In addition, multiple light-emitting elements are
In the case of using the diode as a common electrode of the light emitting element,
Is sufficient electrical conductivity and connection with bonding wire etc.
Continuity is required. In addition, the bracket on the mounting lead
The light emitting element is placed inside the lamp and the fluorescent material is filled inside.
If so, use another light-emitting diode
Can be prevented from false lighting by light from
You.
Light emission using cup of mount lead
When reflecting ultraviolet light from the device, use
The use of silver as the surface material of the
It can be reflected efficiently.
Light emitting device 102 and mount lead 105
Bonding with a thermosetting resin
Can be. Specifically, epoxy resin, acrylic resin,
Imide resin or SiOTwoAnd the like. Flick
Face-down LED chips
Adhesive with the mounting leads and electrical connection.
Ag paste, carbon paste, ITO
A paste, a metal bump, or the like can be used. Further
In order to improve the light use efficiency of the light emitting diode, L
The surface of the mount lead on which the ED chip is placed is mirror-finished
The surface may have a reflection function. In this case
The surface roughness is preferably 0.1S or more and 0.8S or less. Ma
The specific electrical resistance of the mount lead is 30
0 μΩ · cm or less, more preferably 3 μΩ
-Cm or less. Also, multiple mounts on the mounting leads
When mounting light emitting elements, the amount of heat generated from the light emitting elements is large.
Therefore, good thermal conductivity is required. Specifically
Is 0.01 cal / cmTwo/ Cm / ° C or higher is preferred
More preferably 0.5 cal / cmTwo/ Cm / ℃ or more
is there. Materials that meet these requirements include iron, copper, and iron.
Copper, Copper with Tin, Ceramic with Metallized Pattern
And aluminum, copper and iron plated with gold, silver, etc.
I can do it.
(Inner leads 106 and 306) In
Mount Reas 106 and 306
Connected to the light emitting elements 102 and 302 disposed on the
For electrical connection with the conductive wire 103
It is. Multiple light emitting elements are provided on the mount lead
In this case, arrange the conductive wires so that they do not touch each other.
It is necessary to have a configuration that can be used. More specifically,
As you move away from the cable,
To increase the area of the end face to be bonded
Therefore, the inner lead farther from the mount lead
To prevent the conductive wire from connecting to the
You. The roughness of the end face of the connection with the conductive wire takes into account the adhesion.
In consideration of this, it is preferably 1.6S or more and 10S or less. inner·
To form the tip of the lead into various shapes,
Predetermine the shape of the lead frame with the formwork and punch
May be formed or all inner leads may be shaped
After cutting, part of the upper part of the inner lead
Therefore, it may be formed. Furthermore, inner lead
After forming by punching, press
The desired end face area and end face height can be formed simultaneously.
Wear.
The inner lead is a conductive wire.
Connectivity and electrical conductivity with bonding wires
Good things are required. The specific electric resistance is 3
00 μΩ · cm or less, more preferably 3 μΩ
-Cm or less. As a material that meets these conditions
Is made of iron, copper, copper with iron, copper with tin and copper, gold, silver.
Aluminum, iron, copper, etc.
(Coating parts 101, 301) The present invention
The coating units 101 and 301 used for
Mount lead cup separately from the soldering member 104
And at least one of the light emission of the light emitting element.
Preferably, a fluorescent substance for converting a part is contained.
Specific materials for the coating part include epoxy resin,
Translucent tree with excellent weather resistance such as urea resin and silicone
Fat and TiOTwo, SiOTwoTransparent inorganic members such as
Can be. Uses inorganic materials such as glass for the coating part
Can be formed at low temperature in consideration of the deterioration of the light emitting element
Are preferred. Also, a colored face together with the fluorescent substance of the present invention.
Additives, coloring dyes and diffusing agents. Coloring pigments
You can also adjust the color by using colored dyes
it can. In addition, by containing a diffusing agent,
The diagonal can be increased. No specific diffusing agent
Barium titanate, titanium oxide, aluminum oxide
Such as chromium, silicon oxide, and organic guanamine resin
Is preferably used.
(Mold member 104) Mold member 10
Reference numeral 4 denotes a light emitting element 102 and a conductive
Electric wire 103, coating containing fluorescent substance
Can be provided to protect the
it can. Mold members are generally formed using resin.
Light emitting elements, if desired.
Does not cause adverse effects on 102 or conductive wire
It may be formed of a translucent inorganic member such as glass. Ma
Also, by incorporating a fluorescent substance into the coating part,
To increase the viewing angle of light emitted from the light-emitting element.
However, by incorporating a diffusing agent into the mold member,
To reduce the directivity from the light emitting element 102 to further increase the viewing angle.
Can be increased. Excited by visible light to emit light
In the case of fluorescent substances, the excitation wavelength is
Excluded reflected light is observed. The fluorescent material is colored
Looks like Specifically, it is excited by the blue light of the present invention.
The resulting fluorescent material appears to be colored yellow. Mo
Light emitting device by incorporating a diffusing agent
Body color of the fluorescent substance observed from the emission observation side of the
-The color can be made less noticeable.
Further, it is possible to prevent color unevenness when non-
The strike can be improved. In addition, extraneous light
Prevents false lighting observations due to reduced irradiation
Also has the effect of causing. Same as coating material
Can also contain coloring pigments and coloring dyes
Wear.
The mold member 104 is formed into a desired shape.
With this, the light emitted from the light emitting element 102 is focused or expanded.
A lens effect of scattering or the like can be provided. Obedience
Therefore, the mold member 104 may have a structure in which a plurality of layers are stacked.
No. Specifically, convex lens shape, concave lens shape
When viewed from the emission observation surface side,
It is a combined thing. With the specific material of the mold member 104
Are mainly made of epoxy resin, urea resin, silicone
Transparent resin and low melting point glass with excellent weather resistance
It is preferably used. In addition, as a diffusing agent, inorganic
Barium titanate, titanium oxide, aluminum oxide,
Silicon oxide or an organic guanamine resin is preferably used.
Can be In addition, if desired, in addition to the diffusing agent, mold
Fluorescent substances, fluorescent dyes, fluorescent pigments, etc.
It can also be done. Therefore, fluorescent materials etc.
Coating part etc.
May be used. In addition, the coating part
The resin containing the optical substance and the mold member are glass
Alternatively, they may be formed using different members. In this case, raw
Light emitting device with good productivity and less influence of moisture etc.
be able to. In addition, considering the refractive index,
It is possible to form the coating part using the same material
No.
A can type light emitting die as shown in FIG.
When forming an ode, a low-melting glass, translucent
Au and Ag plated edge
Ar, N inside the package formed byTwoEtc.
And can be hermetically sealed.
(High Definition Full Color Light Emitting Device)
As shown in FIG.
A full-color light-emitting device. B (blue
System), G (green system) or GB (blue system and green system)
Etching and insulation on semiconductor wafer 401 capable of emitting light
Forming a plurality of separated light emitting elements via layers, etc.
You.
In order to separate the light emitting elements, the light emitting elements are also RG.
Etch on semiconductor wafer to correspond to B
Resistance areas such as metal parts, oxides and nitrides, and vice versa
An isolation portion 402 such as a semiconductor region having a conductivity type is formed.
Optically and electrically between adjacent light emitting parts
Can also be separated. Thus, the separating unit 402
Will add a semiconductor process after semiconductor wafer formation
By doing so, it can be easily formed.
Specifically, a high resistance region or a region of opposite conductivity type is used.
By forming the area into a desired shape such as an annular shape,
Control of the current flow to electrically isolate the light emitting part from the surroundings
Things.
The buffer layer 404 and the first
Contact layer 405, first cladding layer 406, active
The region 407, the second cladding layer 408, and the second
The tact layers 309 are sequentially formed. Semiconductor wafer
To form a light emitting portion separated from the second
Having a conductivity type opposite to that of the second contact layer in the contact layer.
A separating portion 402 into which a punt is injected is formed.
Light from the plurality of separated light emitting elements
And a fluorescent substance that is excited by each light emitting element.
The coating sections 410 and 411
Full-color high-definition light-emitting device that can emit RGB light
Can be formed.
A half-color light emitting device of the present invention emits light of a single color.
The conductor wafer is provided with a buffer layer, a first contour on a substrate.
Layer, first cladding layer, first single quantum well or
An active layer such as a multiple quantum well structure, a second cladding layer,
First and second contacts having two contact layers in order
Use a semiconductor wafer with electrodes on each layer.
Can be. First and second contacts of a semiconductor wafer
By forming electrodes on each layer and supplying power,
To emit a single color.
Further, the emission colors of blue and green are respectively
In order to make a semiconductor wafer capable of emitting light, many light emitting layers must be used.
It can have a layer configuration. Specifically, the electrodes are formed
An insulating layer on the monochromatic semiconductor wafer before
A third contact layer, a third cladding layer,
An active layer such as a single quantum well or multiple quantum well structure
A second active layer having a composition different from the first,
A cladding layer and a fourth contact layer are sequentially formed. Half
The first and second conductive wafers are passed through through holes and the like.
Electrodes are provided on the second, third and fourth contact layers, respectively.
Multi-color light emission is possible by using a broken semiconductor wafer
Semiconductor wafer. In this case, luminescence
Of the active layer closer to the light emitting part in consideration of the absorbed light
The bandgap is equal to the bandgap of the farther active layer.
It is made narrow.
Further, even if the light emitting section is separated, the light emitting section
The light emitted from is emitted radially. So one
The light emitted from the light emitting part of the other light emitting part or other fluorescent material
Area, etc., and other light emitting parts are emitting light.
There is a case where a pseudo lighting phenomenon appears. this
This prevents false lighting that occurs between adjacent light emitting parts.
It is more preferable to provide the light shielding portion 413 in order to reduce
Good. The light shielding portion 413 is made of a dark colorant or silicon oxide.
Screen printing method for resin etc. with which reflective member mixed
And so on, on the surface of the semiconductor wafer, etc.
The light shielding portion 413 is formed in a desired shape surrounding the light emitting region.
Can be formed.
Further, the fluorescent substance should not be directly applied on the light emitting element.
May be arranged at will, or a plurality containing fluorescent substances
Glass, plastic, crystal, etc. with individual regions of
A light-transmitting member such as
No. Furthermore, safah, which is a light-transmitting substrate on which a semiconductor is formed,
Multiple areas individually on ear substrate, spinel substrate, etc.
It can also be formed and used.
Utilizing a semiconductor wafer capable of emitting blue light
In the case of a full-color light-emitting device, the fluorescent substance is
Emits green light excited by light from the light-emitting part
Excited by a fluorescent substance and light from another light emitting part
A fluorescent substance emitting red light used in the present invention;
Can be selected respectively. From the light emitting element 102
Since the light emitted as it emits blue light,
The blue region of the body wafer can transmit blue light as it is
It is configured to: Color converted by fluorescent material
Greens and / or reds are scattered by the fluorescent material.
Therefore, the viewing angle is wider than blue light. Therefore, RGB
A blue color is emitted to match the light emission characteristics of
Includes diffuser and / or colorant on surface to be illuminated
Things may be formed. In addition, fluorescent material is used for the light emitting part.
By making it slightly larger than the light emitting part used
The light is finally released from the upper surface of the transparent substrate on which the light substance is placed.
The emitted light should be emitted almost uniformly in each area.
Can also be.
Furthermore, false lighting prevention and contrast can be achieved.
The light-shielding portion 413 is provided with a dark dye and / or
Preferably has a pigment. Use of the light emitting device of the present invention
The multi-color, high-definition light-emitting device used can be miniaturized and
Good heat dissipation. Also, the emission colors of RGB depend on the temperature.
A multicolor light-emitting device with extremely little gender shift
You.
In such a light-emitting device, the diameter of each light-emitting portion is adjusted.
About 20 μm or less, between the centers of the light emitting parts
The spacing can also be less than about 45 μm. Therefore,
Forming a light-emitting device including about 10,000 light-emitting parts
You can also. The light-emitting device has a circuit in which a drive circuit and the like are formed.
It is electrically connected to the recon integrated circuit and can be driven integrally.
May be. This makes relatively inexpensive and high-definition LEDs
LED display with less color unevenness depending on the display device and viewing angle
It can be a device.
(Display) The light emitting device of the present invention was used.
High color rendering LED table using light emitting device capable of emitting white light
It can be an indicator. That is, each of RGB emits light
LED display using only combinations of light emitting diodes
White display with higher definition than
You. Mix white light, etc. by combining each light emitting diode
In order to display, each light emitting diode of RGB
I have to emit light at the same time. Therefore red, green
One pixel compared to single color display for blue and blue
The display around is increased. Therefore, white display
In the case of, display with higher definition compared to RGB single color display
Cannot be shown. In addition, white display indicates each light emission
Temperature characteristics of each semiconductor to adjust and display diode
Various adjustments must be made in consideration of the characteristics and the like. further,
For those who visually recognize the LED display because it is a mixed color display
Depending on the direction and angle, the RGB light emitting diodes partially
In some cases, the display color is changed due to shading.
Light emitting device capable of emitting white light using the present invention
By using the device in addition to the RGB light emitting diodes,
Therefore, higher definition can be achieved. In addition, white light emission
It can stabilize and eliminate color unevenness. In addition, RGB
Each LED emits light to increase brightness.
It can also be raised. Specifically, it is used in the present invention.
Cerium-activated yttrium aluminum in addition to fluorescent material
Light-emitting die mixed with phosphorous
A light-emitting diode that can emit white light
I let you. Place the LED chip and fluorescent material in the cup
By placing multiple light emitting diodes in close proximity
In some cases, the light from the other light-emitting diode
Preventing light substances from being excited and illuminated
Can be. In addition, light emission unevenness of the LED chip itself is
Emit more uniform light because it can be dispersed by quality
Light emitting diode. More
A light emitting device that can emit any white light with a strong reddish component
Can be
[0115] Two or more such light emitting diodes of the present invention are used.
The upper LED display is electrically connected to the LED display.
LED display device having a driving circuit connected thereto
Can be configured. Specifically, a light emitting diode capable of emitting white light
As one of the display devices using Iodine, each source of RGB
One white light emitting diode in addition to the photodiode
And place them in any shape such as signs or matrices
A schematic configuration of the LED display will be described. LED display
The device is electrically connected to the driving circuit, such as the lighting circuit.
You. Various images are displayed according to the output pulse from the drive circuit.
It can be a display that can be shown. Drive circuit
To temporarily store input display data
RAM (Random, Access, Memory)
And each light emitting diode from the data stored in the RAM.
A floor for calculating a gradation signal for lighting at a predetermined brightness
Switching with the tone control circuit and the output signal of the tone control circuit
And a driver to light each LED
Prepare. The gradation control circuit determines whether the data stored in the RAM
Calculates the lighting time of the light emitting diode from the
Power. Here, when performing white display, the RGB
Shorten the pulse signal of the light emitting diode and lower the pulse height
Turn it off or not at all. On the other hand, compensate for it
Thus, the pulse signal is output to the white light emitting diode.
Thereby, the white component of the LED display is displayed.
Therefore, a white light emitting diode is desired.
Gradation system that calculates pulse signals for lighting at different brightness
It is preferable to separately provide a CPU as a control circuit. tone
The pulse signal output from the control circuit is
Switch to driver when input to Aether driver
Cause When the driver is turned on, a white light emitting diode
Mode is turned on, and turned off when turned off.
Further, another light emitting diode using the light emitting diode of the present invention is used.
3 shows an LED display. White light emission using the present invention
LED display for black and white using only possible light emitting diodes
Can also be placed. Specifically, activated by cerium
Yttrium aluminum garnet phosphor
And aMgO.bLi used in the present inventionTwoO ・ SbTwoO
Three: CMn, dMgO.eTiOTwo: FMn, gMgO
hMgFTwo・ GeOTwo: At least selected from iMn
One that is mixed and contained in the coating material,
Light emitting diode using light emitting element capable of emitting color system
And
The LED display for black and white is a light emitting device according to the present invention.
Arranged with only Iode 701 arranged in a matrix etc.
can do. Substitute for each drive circuit of RGB
LED driving circuit of the present invention capable of emitting white light
Only the LED display can be configured. L
ED displays are electrically connected to lighting circuits, which are driving circuits, etc.
Connect. Depending on the output pulse from the drive circuit, various
The display may be an image display.
The drive circuit temporarily stores input display data.
RAM to remember (Random, Access, Mem
ory) and the light emitting diode based on the data stored in the RAM.
Calculates the gradation signal for lighting the mode to the predetermined brightness
Control circuit and the output signal of the gradation control circuit.
The driver that is turned on and turns on the light emitting diode
And The gradation control circuit stores the data stored in the RAM.
Calculate the lighting time of the light emitting diode from the
Is output.
Therefore, the LED display for black and white is RG
Unlike the full-color display of B, the circuit configuration is naturally simplified.
High definition can be achieved as well. Because of that, inexpensive RGB
Display without color unevenness due to light emitting diode characteristics
It can be a ray. Also, the traditional red
Compared to LED display using only color and green,
Less irritating and suitable for long-time use.
(Surface Light Emitting Device) Using the light emitting device of the present invention
Thus, a planar light emitting device can be configured as shown in FIG.
FIG. 8 shows a light emitting element and a light emitting element.
The joined light guide plate and at least one main surface of the light guide plate
And a color conversion unit provided in the surface light emitting device.
Therefore, at least the light emitting portion of the light emitting element is a gallium nitride compound.
Color conversion part is used in the present invention
A translucent member containing at least one fluorescent substance
You. In the case of such a planar light emitting device, the fluorescent substance is coated with a coating.
Contained in the light guide 808 and the scattering sheet 806 on the light guide plate.
Let Or on the scattering sheet 806 with the binder resin
It is formed into a sheet 801 by coating, etc., and the mold member is saved.
May be omitted. Specifically, the insulating layer and the conductive pattern
The LED chip is placed inside the U-shaped metal substrate 803 on which
The top 802 is fixed. LED chip and conductive pattern
After establishing electrical continuity with the
Substrate 803 on which LED chips 802 are mixed and agitated
Coating part 80 filled on top and containing fluorescent material
A light emitting diode having 8 is formed. Thus formed
The light emitting diode is placed at the end of the acrylic light guide plate 804.
The surface is fixed with epoxy resin or the like. One of the light guide plates 804
The main surface contains a white scattering agent to prevent color unevenness.
A reflective layer 807 in the form of a film is arranged. As well
The light-emitting diode is located on the entire back side of the light guide plate.
Reflective member 805 is also provided on the end face that is not provided to improve the luminous efficiency
Let me do it. As a result, it can be used as an LCD backlight
It can be used as a planar light source capable of obtaining sufficient brightness.
You. In particular, extraneous light is irradiated in addition to light from the light-emitting element.
Color unevenness and reduced brightness even under
The number of planar light emitting devices can be reduced.
Further, in addition to the fluorescent substance used in the present invention,
Cerium-activated yttrium aluminum gane
Using a coating part mixed with
A planar light emitting device capable of emitting white light is configured. This surface
Use as a full-color liquid crystal display with an optical device
In this case, a light-transmitting conductive material (not shown) is provided on the main surface of the light guide plate 804.
Liquid with liquid crystal injected between glass substrates with patterns
By providing a polarizing plate arranged via a crystal device
Can be done. Hereinafter, examples of the present invention will be described.
As will be described, the present invention is limited to only specific examples.
Not to mention that it is not.
[0123]
【Example】
(Example 1) As a light emitting device of the present invention,
LED chip and LED chip
Inner that is electrically connected using a loop and a conductive wire
-Lead and coating material filled in the cup
And coating members, LED chips, conductive wires
And at least the mount lead and the inner lead
A light-emitting diode having a mold member that partially covers the light-emitting diode
Formed.
When the light emitting layer of the LED chip has at least
The active layer is In as a lithium-based compound semiconductor.0.05Ga0.95
N and an LED chip with a main emission peak of 450 nm
Using. LED chips on a cleaned sapphire substrate
TMG (trimethyl gallium) gas and TMI (trim
Chill indium) gas, nitrogen gas and dopant gas
With the carrier gas, and the gallium nitride is deposited by MOCVD.
It was formed by depositing a film-based compound semiconductor.
SiH as dopant gasFourAnd CpTwoSwitch between Mg and
It is formed by obtaining. Has n-type conductivity
Gallium nitride semiconductor contact layer and cladding layer
And a gallium nitride semiconductor having p-type conductivity.
An active layer of InGaN is formed between the pad layer and the contact layer.
To form a pn junction. (On sapphire substrate
Gallium nitride semiconductor at low temperature
Let me do it. Also, the p-type semiconductor is 400 ° C. or more after film formation.
Annealed. ) Each pn semiconductor by etching
After exposing the body surface, each electrode is
Each was formed. The semiconductor wafer thus completed
After drawing the scribe line,
An LED chip was formed as a light emitting element.
At the tip of the silver-plated copper lead frame
Epoxy LED chip to mount lead with cup
Die bonding was performed with a xy resin. LED chip
The poles, mounting leads and inner leads
Wire bonding with gold wires to establish electrical continuity
Was.
On the other hand, the fluorescent substance is MgCOThree, LiTwoCO
Three, SbTwoOThree, MnCOThree5: 3:
1: Used in a molar ratio of 0.001 to 0.05. Each
These oxides are thoroughly mixed using a ball mill, etc.
Pack in a crucible or similar. Put the crucible in air at a temperature of 1300 ° C
Baking for about 2 hours in an oxygen atmosphere at 560 ° C for 10 hours.
After firing for a time, a fired product was obtained. Put the fired product in methanol
Mill, wash, separate, dry, and finally pass through sieve
Mg used for lightFiveLi6SbTwoO13: Shaped Mn phosphor
Was completed.
The formed MgFiveLi6SbTwoO13: Mn firefly
Mix well 50 parts by weight of light substance and 100 parts by weight of epoxy resin.
It was a thriller. This thriller is LED chip
Into the cup on the mounted lead
Was. After the injection, the resin containing the fluorescent substance is cooled to 130 ° C for 1 hour.
Cured in between. Thus, a thickness of about 13 on the LED chip
As a translucent member containing 0 μm of the fluorescent substance of the present invention,
A coating part was formed. In addition, in the coating part
The fluorescent material gradually increases toward the LED chip
is there. After that, further apply an LED chip or fluorescent substance
Molded member for protection from force, moisture and dust
As a transparent epoxy resin. Mold member
Has a coating of fluorescent material in a shell-shaped formwork.
Insert the formed lead frame and apply translucent epoxy resin.
After the injection, it was cured at 150 ° C. for 5 hours. Thus formed
The light emitting diode is visible from the front of the light emission observation
The center part is yellowish due to the body color of the fluorescent material
Was colored.
The magenta color system thus obtained can emit light.
When the chromaticity point of a light emitting diode is measured, the chromaticity point (x =
0.251, y = 0.0088). Also, the emission light
The rate was 7.4 lm / w. In addition, a weather test
At a temperature of 25 ° C. for 60 mA, a temperature of 25 ° C. for 20 mA,
In each test of 20 mA current conduction at a temperature of 60 ° C. and 90% RH
Even after 500 hours, the change due to the fluorescent substance
No conversion was observed.
Comparative Example 1 The fluorescent substance was 5MgO.3Li
TwoO ・ SbTwoOFiveFrom red fluorescent dyes of perylene derivatives
Except that the shape of the light emitting diode was changed in the same manner as in Example 1.
And weathering tests. The formed light emitting diode
Immediately after energization, light emission of magenta color was convinced as in Example 1.
Was. In addition, in the weather resistance tests,
In some cases, the color tone changed and the output became zero. deterioration
As a result of analyzing the cause, the fluorescent substance was altered.
Example 2 5MgO.3LiTwoO ・ SbTwo
OFive: From 50 parts by weight to 20 parts by weight of Mn fluorescent material,
(Y)0.6Gd0.4)ThreeAlFiveO12: Ce
Example except that 80 parts by weight of a fluorescent substance was added and mixed and stirred.
In the same manner as in Example 1, 100 light emitting diodes were formed.
Note that (Y0.6Gd0.4)ThreeAlFiveO12: Ce
The fluorescent material is composed of rare earth elements such as Y, Gd and Ce in stoichiometric ratio.
The solution dissolved in the acid was co-precipitated with oxalic acid. Bake this
Mixed with the coprecipitated oxide and aluminum oxide
To obtain a mixed raw material. Anfluoride as flux
Monium was mixed and packed in a crucible, and the temperature of 1400 ° C in air
The product was fired at a temperature for 3 hours to obtain a fired product. Put the baked product underwater
Mill, wash, separate, dry and finally pass through sieve
It has been done.
The white light thus obtained can emit light.
The chromaticity point, color temperature and color rendering index of the diode were measured.
The chromaticity points (x = 0.296, y = 0.18, respectively)
3), color temperature 7090K, Ra (color rendering index) = 88.
5 is shown. The light emission rate was 9.7 lm / W.
Was. In the life test, the light emitting die
The test was performed on an average of 100 Aether. 5MgO ・ 3LiTwoO ・
SbTwoOFive: Same as Example 1 except that no Mn fluorescent substance was added
Color temperature and color rendering of light emitting diode
Chromaticity points (x = 0.302, y = 0.280),
Color temperature 8080K, Ra (color rendering index) = 87.5
Therefore, the light emitting diode of Example 2 is closer to the bulb color.
You can see that it has become. 100% luminous intensity before life test
After 500 hours, the average luminous intensity was examined. lifespan
It is 98.4% after the test, confirming that there is no difference in characteristics.
Came.
(Embodiment 3) A light emitting diode of the present invention is shown in FIG.
Used for displays that are a kind of LED display like 7
did. Guanamine resin, a diffusing agent, is added to epoxy resin.
Except that a mold member containing about 0.1% by weight was used.
A light emitting diode was formed in the same manner as in Example 2. Departure
Glass epoxy tree with copper diode formed on photodiode
On a resin substrate in a 16 × 16 matrix
Was. Substrate and light emitting diode use automatic solder mounting equipment
And soldered. Then with phenolic resin
It was arranged inside the formed housing 704 and fixed. Shading part
The member 705 is formed integrally with the housing. Light-emitting diode
Except for the tip of the diode, the housing, light-emitting diode, substrate and shielding
Silico in which a part of the optical member is colored black by pigment
Rubber 706. Then, at room temperature, 72
Cure the silicone rubber in time to form an LED display
Was. This LED display and input display data
RAM (Random, Access,
Memory) and light emission from data stored in RAM
A gradation signal for lighting a diode to a predetermined brightness
And the output signal of the gradation control circuit.
Driver that turns on a light emitting diode when it is switched
And a CPU driving means provided with
Thus, an LED display device was configured. Drive the LED display
It was confirmed that the device could be driven as a monochrome LED display device.
Example 4 The active layer was formed of In as a light emitting element.
0.4Ga0.6N semiconductor, main emission peak 460nm
LED chips were used. The LED chip is
TMG (trimethyl gallium) gas on the fire substrate,
TMI (trimethylindium) gas, nitrogen gas and
MOCVD by flowing the dopant gas together with the carrier gas
Gallium nitride based compound semiconductor
Formed. SiH as dopant gasFourAnd CpTwoM
and g. n-type
Contact layer made of conductive gallium nitride semiconductor
And a gallium nitride semiconductor having p-type conductivity.
Between the contact layer and the contact layer.0.4Ga0.6Activity of N
A layer was formed to form a pn junction. (In addition, sapphire
Gallium nitride semiconductor is formed on the substrate at low temperature
Layer. The active layer has a quantum effect.
Therefore, the thickness is about 3 nm. Furthermore, p-type semiconductor
Is annealed at 400 ° C. or higher after film formation. )
After exposing each pn semiconductor surface by switching,
Each of the electrodes was formed by turging. In this way
Draw a scribe line on the completed semiconductor wafer
After being divided by external force
Was formed.
At the tip of the silver-plated copper lead frame
Epoxy LED chip to mount lead with cup
Die bonding was performed with a xy resin. LED chip
The poles, mounting leads and inner leads
Wire bonding with gold wires to establish electrical continuity
Was.
On the other hand, the fluorescent substance is MgCOThree, TiOTwo,
MnCOThreeRespectively as a raw material in a ratio of 2: 1: 0.001 to
Used at a molar ratio of 0.05. Baud each oxide
And thoroughly mixed using a mill, etc., and packed in an alumina crucible, etc.
You. The crucible is fired in air at 1350 ° C for about 2 hours
And baked at 560 ° C. for 10 hours in an oxygen atmosphere.
A product was obtained. Wash the calcined product by ball milling in methanol
Purified, separated, dried and finally passed through a sieve for use in the present invention
MgTwoTiOFour: A Mn phosphor was formed.
Also, (Y0.6Gd0.4)ThreeAlFiveO12: Ce
Rare earth elements such as Y, Gd, and Ce
A solution dissolved in an acid at a stoichiometric ratio was coprecipitated with oxalic acid. this
Co-precipitated oxide obtained by firing and mixed with aluminum oxide
Combined to obtain a mixed raw material. Fluoride as flux
Mix ammonium and pack in crucible, 1400 ° in air
C. for 3 hours to obtain a baked product. Baked products underwater
Ball mill, wash, separate, dry and finally sieve
It is formed.
Formed MgTwoTiOFour: Mn fluorescent substance 2
5 parts by weight, (Y0.6Gd0.4)ThreeAlFiveO12: Ce fluorescent material
60 parts by weight and 100 parts by weight of epoxy resin are mixed well
It was a thriller. LED chip is placed on this thriller
Into the cup on the mounted mount lead. note
After filling, the resin containing the fluorescent substance is hardened at 130 ° C. for 1 hour.
It was made. Thus, about 120μ of thickness on the LED chip
A coating containing the phosphor was formed. What
Contact, the coating part, fluorescent toward the LED chip
The substance is gradually increasing. After that, further LED chip
Protect the lamp and fluorescent material from external stress, moisture, dust, etc.
Of translucent epoxy resin as a mold member for the purpose of
I let it. The mold member contains a fluorescent material in a shell-shaped formwork.
Insert the lead frame with the coating of
After mixing translucent epoxy resin, cure at 150 ° C for 5 hours
I let it. The light emitting diode thus formed has a light emission
When viewed from the front, due to the fluorescent body color
The center was colored yellowish.
The light-emitting diode thus obtained which can emit light
A light emitting diode capable of emitting white light as in Example 2 was used.
It was confirmed that it could be used as a password.
(Example 5) The phosphor material was Mg.TwoTiOFour:
3.5MgO.0.5MgF from MnTwo・ GeOTwo: Mn
A light emitting diode was formed in the same manner as in Example 4 except that
Was completed. Light emitting die capable of emitting red light in the same manner as in Example 4.
It was confirmed that it could be used as an Aether.
(Example 6) As a light emitting element, the active layer was In.
0.01Ga0.99N, the L of which main emission peak is 368 nm.
An ED chip was used. The LED chip is cleaned
TMG (trimethyl gallium) gas, T
MI (trimethyl indium) gas, nitrogen gas and gas
-Punt gas is flowed together with carrier gas, MOCVD method
Gallium nitride based compound semiconductor
Formed. SiH as dopant gasFourAnd CpTwoMg
And by switching between them. Safa
Gallium nitride semiconductor formed at low temperature on an ear substrate
Buffer layer and gallium nitride semiconductor having n conductivity
Gallium nitride having n-type conductivity
Aluminum semiconductor clad layer and p-type conductivity
Gallium aluminum nitride semiconductor having cladding
InGa between the layer and the contact layer having p-type conductivity.
An N active layer was formed to form a pn junction. (Note that p
The type contact layer has a diffusion of Mg as an impurity on the active layer side.
Low impurity concentration on the p-type cladding layer to prevent
Gallium nitride layer and high impurity concentration nitriding in contact with electrodes
A gallium layer is provided. Also, turn on the active layer for 400
It is grown with a film thickness of gustrom. Has P-type conductivity
The semiconductor is annealed at 400 ° C. or higher after film formation.
You. ) Each semiconductor surface was exposed by etching.
Then, each electrode is formed by sputtering method.
Was. Scribing the completed semiconductor wafer
After drawing a line, split by external force
An LED chip was formed.
At the tip of the silver-plated copper lead frame
Epoxy LED chip to mount lead with cup
Die bonding was performed with a xy resin. LED chip
The poles, mounting leads and inner leads
Wire bonding with gold wires to establish electrical continuity
Was.
On the other hand, the fluorescent substance is MgCOThree, GeOTwo,
MnCOThree3.5: 0.5: 1:
It is used in a molar ratio of 0.001 to 0.05. each
Oxide is sufficiently mixed using a ball mill etc.
Fill in a pot. Crucible in air at 1200 ℃
Bake for 2 hours, and further at 560 ° C for 10 hours in an oxygen atmosphere
It was fired to obtain a fired product. Ball mill the fired product in water
Washing, separating, drying, finally passing through the sieve used in the present invention
3.5MgO.0.5MgFTwo・ GeOTwo: Mn phosphor
Was formed.
3.5MgO.0.5MgFTwo・ GeOTwo:
50 parts by weight of Mn phosphor in cup on mount lead
Was put inside. The fluorescent substance is made of TiO using the sol-gel method.Two
Trapped in layers. In this way, the fluorescent substance on the LED chip
A contained coating was formed. And then
LED chips and fluorescent materials to external stress, moisture and dust
Glass with insulation for each lead for protection from throat
Mount the lens in a metal frame NTwoCantai purged with
A light emitting diode was formed.
The light emitting diode thus obtained has a reddish color.
Was able to emit light. Further, as a weather resistance test, the temperature is
60mA current, temperature 25 ° C, 20mA current, temperature 60 ° C9
500 hours in each test with 20 mA current at 0% RH
Even after a lapse of time, changes due to the fluorescent substance are observed.
Did not.
(Example 7) The phosphor substance was 3.5 MgO
0.5MgFTwo・ GeOTwo: Mn to Y (PV) O Four: E
A light emitting diode was manufactured in the same manner as in Example 6 except that
Formed. A light emitting device capable of emitting red light as in the sixth embodiment.
It was confirmed that it could be used as an ion.
(Embodiment 8) The phosphor material was 3.5 MgO
0.5MgFTwo・ GeOTwo: From Mn to YVOFour: With Eu
A light emitting diode was formed in the same manner as in Example 6 except that
I let you. Light emitting diode capable of emitting red light in the same manner as in Example 6.
It was confirmed that it could be used as a password.
(Example 9) A light emitting device was manufactured by the following steps.
Formed. Place sapphire substrate (C surface) in the reaction vessel
Cleaning at 1050 ° C in a hydrogen atmosphere
I do. Then, in a hydrogen atmosphere at 510 ° C, ammonia
And sapphire using TMG (trimethylgallium)
A low-temperature growth buffer layer made of GaN on the substrate is about 200
It is grown to a thickness of Å. Low temperature buffer layer
After growth, at 1050 ° C., using TMG and ammonia,
1 μm second buffer layer made of undoped GaN layer
It grows with the film thickness of.
At 1050 ° C., TMG,
Monia and silane (SiHFour) Using 1 × 10
18/cmThreeN-side contact made of doped n-type GaN
The layer is grown to a thickness of 2 μm.
At 1050 ° C., TMG, TMA (trimethyl
Aluminum) Using ammonia and silane, the n-side
Undoped GaN layer, 50 Å
And 1 × 10 of Si18/cmThreeDoped Al0.1Ga0.9
Total film formed by alternately stacking N layers and 50 angstroms
Grown as a 300 Å thick superlattice structure
You.
TMI, TM at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere
G, ammonia, n-type impurity concentration is 5 × 1017/
cmThreeLess than non-doped In0.05Ga0.95More than N
An active layer having a thickness of 400 Å.
You.
TMG, TM at 1050 ° C. in a hydrogen atmosphere
A, ammonia, Cp2Mg (cyclopentadienyl
Gnesium) and the p-side cladding layer is undoped G
aN layer of 50 Å and Mg of 1 × 1019/cm
ThreeDoped Al0.1Ga0.9N layer 50 Å
And a total thickness of 600 angstroms
Is grown as a superlattice structure.
Subsequently, TMG, ammonia, Cp2Mg
And Mg is 1 × 1020/cmThreeConsists of doped GaN
A p-side contact layer is grown to a thickness of 0.12 μm.
After the growth is completed, the wafer is removed in a nitrogen atmosphere.
Anneal at 700 ° C. in the reaction vessel, p
After lowering the mold layer further, remove the wafer from the reaction vessel.
Take it out and put it on the surface of the uppermost p-side contact layer
RIE (Reactive Ion Etching)
G) Perform etching from the p-side contact layer side with the device,
The surface of the n-side contact layer is exposed.
After the etching, the p-side contact on the uppermost layer
Almost 200 angstrom of Ni
A translucent p-electrode containing Au and a bond on the p-electrode
0.2 μm film of p pad electrode made of Au
It is formed with a thickness. On the other hand, the n-type core exposed by etching
An n-electrode containing W and Al is formed on the surface of the contact layer.
You. Finally, to protect the surface of the p-electrode, SiOTwoThan
After forming an insulating film, the wafer is scribed
The light emitting element is separated into 350 μm square light emitting elements. Forward voltage 2
At 0 mA, emission of about 378 nm was observed, and Vf
Indicates 3.3 V and the output is 5 mW.
On the other hand, as a fluorescent substance, YTwoOTwoS: Eu firefly
A light substance was formed. As a forming condition, YTwoOThreeAnd EuTwo
OThreeIs dissolved in hydrochloric acid and coprecipitated as nitrate. At this time
Eu TwoOThreeThe amount is 10 mol%. This precipitate
It is baked at 900 ° C. in air to form an oxide. The resulting acid
Mixed with sulfur, sodium carbonate and flux
Place in a crucible and bake at 1100 ° C for 2 hours.
Get a product. The baked product is pulverized, washed, separated and dried, and finally
Y used in the present invention through a sieveTwoOTwoS: Eu fluorescent material
Formed quality. The peak wavelength of this fluorescent substance is 627 n
m.
The above light emitting element and YTwoOTwoS: Eu fluorescent substance
Light emission was performed in the same manner as the light emitting device of Example 6 except that
The device was formed. This light emitting device is extremely bright red
A color could be emitted.
(Embodiment 10)
1 × 10 Si18/cmThreeDope, thickness 500 Å
Trom In0.05Ga0.95Example except for N layer
When a light emitting device was manufactured in the same manner as in Example 9, Example 9 was used.
Similar light emission characteristics were shown.
(Embodiment 11) In the ninth embodiment, the light emitting element
The element is the n-side cladding layer and the undoped Al0.1Ga0.9N layer
50 angstrom and 1 × 10 Si18/cmThreeDo
GaN layers alternately stacked with 50 Å
Superlattice structure with a total thickness of 300 Å
Then, the p-side cladding layer is undoped with Al.0.1Ga
0.950 Å N layer and 1 × 10 Mg19/ C
mThreeAlternating with doped GaN layer 50 Å
Superlattice structure with a total film thickness of 600 angstroms
Structure.
On the other hand, as a fluorescent substance, YTwoOThree: Eu fluorescent material
Quality was used. The formation is YTwoOThreeAnd EuTwoOThreeTo
Boron is added as a mixture and dry mixed for 3 hours. Mixed raw
The material is fired in air at 1400 ° C for about 6 hours to obtain a fired product
You. Disperse the baked product by milling in a wet process, and wash it.
Used in the present invention through purification, dispersion, drying, dry sieve
YTwoOThree: Eu fluorescent material was formed. This fluorescent material
The peak wavelength was 611 nm. The above light emitting element and YTwo
OThree: With the light emitting device of Example 9 except that Eu phosphor was used.
Then, a light emitting device was formed in the same manner. This light emitting device
It was possible to emit red light with extremely high luminance.
(Example 12) As the light emitting element, the active layer was I
n0.05Ga0.95N having a main emission peak of 368 nm.
An LD element was used.
A sapphire substrate has a low
A second buffer layer composed of a warm growth buffer layer and an undoped GaN layer;
A stripe width of 2 on the surface of the buffer layer and the second buffer layer;
SiO of 0 μm and stripe interval (window portion) of 5 μmTwoThan
The protective film has a thickness of 0.1 μm, and the stripe is GaN.
(11-00) direction. Security
After the formation of the protective film, a GaN layer composed of undoped GaN is
A GaN substrate grown with a thickness of μm and having a surface of GaN
Let it form. 1 × 10 Si on GaN substrate18/cmThreeLess than
N-side contact layer made of top doped n-type GaN, S
i is 5 × 1018/cmThreeDoped In0.1Ga0.9From N
Anti-crack layer, then 1 × 10 Si19/cmThreeDo
N-type Al0.2Ga0.840 Angstroms of N layer
40 Angstroms and undoped GaN layer
The layers are grown alternately and
From a superlattice with a total film thickness of 0.8 μm laminated 100 layers at a time
An n-side cladding layer is grown.
Undoped Al0.05Ga0.95N consisting of N
Side light guide layer, undoped In0.01Ga0.99Consisting of N
Active layer, Mg 1 × 1019/cmThreeDoped p-type Al0.2
Ga 0.8N-side p-side cap layer, Al0.01Ga0.99N
Is formed.
Next, Mg was added to 1 × 1019/cmThreeDoped
p-type Al0.2Ga0.8N layer, undoped GaN 40 on
Total thickness 0.8μm grown alternately with Gustrom
A p-side cladding layer having a superlattice structure is formed.
Finally, on the p-side cladding layer, Mg was added
× 1020/cmThreeP-side capacitor made of doped p-type GaN
A tact layer is formed.
As described above, the nitride-based compound semiconductor
Anneal the grown wafer to remove p-type impurities
After further lowering the resistance of the doped layer, the p-side
Etching the contact layer and the p-side cladding layer,
The layer above the active layer has a stripe-shaped ridge shape.
And
Next, the surface of the n-side contact layer is exposed.
To form an n-electrode made of Ti and Al in a stripe shape.
You. On the other hand, Ni and A are formed on the outermost surface of the ridge of the p-side contact layer.
A p-electrode made of u is formed in a stripe shape.
Nitride exposed between p-electrode and n-electrode
SiO2 on the surface of the compound semiconductorTwoForming insulating film
And a p-pad electrically connected to a p-electrode via an insulating film
Form electrodes.
As described above, the n-electrode and the p-electrode are formed.
The resulting wafer is transferred to a polishing machine, and a nitride-based compound
Lapping the sapphire substrate on the side where no conductor is formed
Then, the thickness of the sapphire substrate is set to 70 μm. Wrapping
After polishing, 1μm polishing with finer abrasive
Mirror the surface and metallize the entire surface with Au / Sn
You.
Thereafter, the Au / Sn side is scribed,
Cleave in a bar shape in the direction perpendicular to the striped electrode,
A resonator is formed on the open surface. SiO on the resonator surfaceTwoAnd TiOTwo
To form a dielectric multilayer film consisting of
In the direction, the bar is cut into a laser chip. Then click
Face up (the board and heat sink are facing
State) and installed on a heat sink. The formed LD is
At room temperature, the threshold current density is 2.0 kA / cmTwo, Threshold voltage
At a voltage of 4.0 V, continuous oscillation with an oscillation wavelength of 368 nm was confirmed.
Was.
An ultraviolet laser from such a light emitting element is
Y applied on screen with binderTwoOTwoS:
It was optically connected so that the Eu fluorescent material could be irradiated. S
The light from the light emitting element that emits ultraviolet light is
Is focused by a lens and projected. Focused ultraviolet
Screening by scanning light with a deflection mirror
Thus, a desired image can be obtained. Even in this case
High-luminance light can be emitted without deterioration of the fluorescent substance.
[0172]
According to the configuration of the present invention, a high output
Light emitting device of nitride-based compound semiconductor and aMgO.bLi
TwoO ・ SbTwoOThree: CMn, dMgO.eTiOTwo: FM
n, gMgO.hMgFTwo・ GeOTwo: IMn, jCaO
・ KM1O ・ TiOTwo: LPr, mM2TwoOThree・ (P1-nV
n)TwoOFive: OEuTwoOThree, M3TwoOTwoS: pEu, M4TwoO:
at least one fluorescent substance selected from qEu.
Gallium nitride based compound
Efficiently emits relatively high-energy light emitted from semiconductors
High brightness and long time use while converting with fluorescent material
High light emission with minimal color unevenness and extremely low brightness reduction
An efficient light emitting device can be obtained. Also, the fluorescent material
Excited by short excitation wavelength, emits longer wavelength
You. Therefore, the light emitting device is proportional to the amount of light emitted from the light emitting element.
The light of the fluorescent substance is emitted from the device.
The present invention relates to light emission on the long wavelength side in the visible light range.
A light emitting device containing components can also be provided. Further trust
In-vehicle features such as flexibility, power saving, miniaturization, and color temperature variability
And lighting as well as display in the aviation industry and general electrical equipment
Application can be opened. Also, white is long with human eyes
Light-emitting device that is less irritating and easier on the eyes when viewed for hours
It can be.
In particular, claims 1 to 5 of the present invention.
High brightness and long-term use
Red component with very little color shift and low decrease in luminous efficiency
Various light emitting devices capable of emitting light having
You.
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の発光装置である発光ダイオー
ドの模式的断面図である。
【図2】図2は、本発明の他の発光装置の模式的断面図
である。
【図3】図3は、本発明の別の発光装置の模式的断面図
である。
【図4】図4は、本発明のさらに別の発光装置の模式的
断面図である。
【図5】図5は、本発明の発光装置である実施例1の発
光スペクトルの一例を示した図である。
【図6】図6(A)は、本発明の実施例1に使用される
蛍光物質の励起スペクトル例を示し、図6(B)は、本
発明の実施例1に使用される蛍光物質の発光スペクトル
例を示した図である。
【図7】図7は、本発明の発光装置を用いたLED表示
装置の模式図である。
【図8】図8は、本発明の発光装置を用いた面状発光装
置の模式的断面図である。
【図9】図9は、AがGaAsPを発光層とする赤色が
発光可能な発光素子の温度変化に対する相対輝度を示
し、BがInGaNを発光層とする緑色が発光可能な発
光素子の温度変化に対する相対輝度を示し、CがInG
aNを発光層とする青色が発光可能な発光素子の温度変
化に対する相対輝度を示す。
【符号の説明】
101、301、808・・・蛍光物質が含有されたコ
ーティング部
102、202、302、802・・・発光素子
103、203、303・・・導電性ワイヤー
104・・・モールド部材
105、305・・・マウント・リード
106、306・・・インナー・リード
201・・・蛍光物質が含有されたモールド部材
204・・・筐体
205・・・筐体に設けられた電極
304・・・透光性無機部材となる低融点ガラス
307・・・パッケージ
308・・・絶縁封止剤としての低融点ガラス
401・・・半導体ウエハー
402・・・反対導電型領域
403・・・電極
404・・・バファー層
405・・・第1のコンタクト層
406・・・第1のクラッド層
407・・・活性層
408・・・第2のクラッド層
409・・・第2のコンタクト層
410・・・本発明に用いられる蛍光物質が含有された
コーティング部
411・・・他の蛍光物質が含有されたコーティング部
413・・・遮光部
414・・・サファイヤ基板
421・・・絶縁層
422・・・透明電極
701・・・発光ダイオード
704・・・筐体
705・・・遮光部材
706・・・充填材
803・・・金属製基板
804・・・導光板
805・・・反射部材
806・・・散乱シート
807・・・反射層BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic sectional view of a light emitting diode which is a light emitting device of the present invention. FIG. 2 is a schematic sectional view of another light emitting device of the present invention. FIG. 3 is a schematic sectional view of another light emitting device of the present invention. FIG. 4 is a schematic sectional view of still another light emitting device of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing an example of an emission spectrum of Example 1 which is a light emitting device of the present invention. FIG. 6A shows an example of an excitation spectrum of a fluorescent substance used in Example 1 of the present invention, and FIG. 6B shows an example of an excitation spectrum of the fluorescent substance used in Example 1 of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing an example of an emission spectrum. FIG. 7 is a schematic diagram of an LED display device using the light emitting device of the present invention. FIG. 8 is a schematic sectional view of a planar light emitting device using the light emitting device of the present invention. FIG. 9 is a graph showing relative luminance with respect to a temperature change of a light-emitting element in which A emits red light using GaAsP as a light-emitting layer, and B shows a temperature change of a light-emitting element which emits green light having an InGaN light-emitting layer. , Where C is InG
The relative luminance with respect to a temperature change of a light emitting element capable of emitting blue light using aN as a light emitting layer is shown. [Description of Reference Numerals] 101, 301, 808 ... Coating portions 102, 202, 302, 802 containing fluorescent substance ... Light emitting elements 103, 203, 303 ... Conductive wires 104 ... Mold member 105, 305: Mount leads 106, 306: Inner leads 201: Mold member 204 containing a fluorescent substance ... Casing 205: Electrodes 304 provided on the casing A low-melting glass 307 to be a light-transmitting inorganic member; a package 308; a low-melting glass 401 as an insulating sealant; a semiconductor wafer 402; ..Buffer layer 405 first contact layer 406 first cladding layer 407 active layer 408 second cladding layer 409 2 contact layer 410: coating portion 411 containing a fluorescent material used in the present invention ... coating portion 413 containing another fluorescent material ... light shielding portion 414 ... sapphire substrate 421 ... An insulating layer 422 a transparent electrode 701 a light emitting diode 704 a housing 705 a light blocking member 706 a filler 803 a metal substrate 804 a light guide plate 805 Reflecting member 806 scattering sheet 807 reflecting layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 33/00
Claims (1)
化合物半導体の間に、ダブルヘテロ構造を有し、少なく
ともn型不純物濃度が5×10 17 /cm 3 以上のIn
GaN層を有する多重量子井戸構造からなる発光層を有
する紫外線を放射する発光素子と、 前記発光素子が発光する発光波長の少なくとも一部を吸
収し前記発光波長より長波長の蛍光を発光する蛍光物質
と、 を有する発光装置であって、前記発光素子は、銀が表面にメッキされたリードフレー
ムの先端にダイボンディングされており、 前記蛍光物質は、前記発光素子と接する或いは近接して
配置され、 前記p型窒化物系化合物半導体は、バンドギャップエネ
ルギーの大きな層とバンドギャップエネルギーの小さな
層とからなる超格子層を有し、 前記バンドギャップエネルギーの大きな層のp型不純物
濃度は、前記バンドギャップエネルギーの小さな層のp
型不純物濃度よりも小さく、 前記各層の膜厚は100Å以下であり、 前記発光素子からの発光スペクトルの主ピークが365
nm以上400nm未満であると共に、前記蛍光物質がaMgO・bLi2O・Sb2O3:cMn、 dMgO・eTiO2:fMn、 jCaO・kM1O・TiO2:lPr、 から選択される少なくとも一種であることを特徴とする
発光装置 。 但し、2≦a≦6、2≦b≦4、0.001≦c≦0.
05、 1≦d≦3、1≦e≦2、0.001≦f≦0.05、 M1はZn、Mg、Sr、Baより選択される少なくと
も1種。 j+k+l=1、0<k≦0.4、0.00001≦l
≦0.2である。(57) [Claims 1] N-type nitride-based compound semiconductor and p-type nitride-based
Double heterostructure between compound semiconductors
In each case, the n-type impurity concentration is 5 × 10 17 / cm 3 or more.
Emitting layer with multiple quantum well structure with GaN layer
A light emitting element that emits ultraviolet light, a light-emitting device having a fluorescent material which emits fluorescence of at least part absorbs longer wavelength than the emission wavelength of the emission wavelength said light emitting element emits light, the light emitting element Is a lead frame with silver plated on the surface
The fluorescent substance is in contact with or in close proximity to the light emitting element.
And the p-type nitride-based compound semiconductor is provided with a band gap energy.
Layer with large energy and small band gap energy
A p-type impurity in a layer having a large band gap energy
The concentration is determined by the p of the low bandgap energy layer.
And the thickness of each layer is 100 ° or less, and the main peak of the emission spectrum from the light-emitting element is 365 °.
with less than nm or 400 nm, the fluorescent substance aMgO · bLi2O · Sb2O3: cMn, dMgO · eTiO2: fMn, jCaO · kM1O · TiO2: lPr, characterized in that at least one selected from
Light emitting device . However, 2 ≦ a ≦ 6, 2 ≦ b ≦ 4, 0.001 ≦ c ≦ 0.
05, 1 ≦ d ≦ 3, 1 ≦ e ≦ 2, 0.001 ≦ f ≦ 0.05, M1 is at least one selected from Zn, Mg, Sr, and Ba. j + k + 1 = 1, 0 <k ≦ 0.4, 0.00001 ≦ l
≦ 0.2.
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1997
- 1997-10-30 JP JP29921997A patent/JP3419280B2/en not_active Expired - Fee Related
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