DE102006007799B4

DE102006007799B4 - Licht emittierendes Halbleiterbauteil

Info

Publication number: DE102006007799B4
Application number: DE200610007799
Authority: DE
Inventors: Kohsei Takahashi; Naoto Hirosaki
Original assignee: National Institute for Materials Science; Sharp Corp
Current assignee: National Institute For Materials Science Tsuk Jp
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2026-02-21
Also published as: JP2006232868A; US7494606B2; CN1824728A; DE102006007799A1; CN100585886C; US20060186377A1; JP5080723B2

Abstract

Licht emittierendes Halbleiterbauteil mit: – einem Licht emittierenden Halbleiterelement (7), das Licht mit einer Emissions-Peakwellenlänge von 370 nm oder mehr oder 420 nm oder weniger emittiert; und – einem ersten Leuchtstoff, der durch von diesem Halbleiterelement emittiertem Licht angeregt wird und eine Emissions-Peakwellenlänge von 460 nm oder mehr und 510 nm oder weniger aufweist; – einem zweiten Leuchtstoff, der durch vom Halbleiterelement (7) emittiertes Licht angeregt wird und eine Emissions-Peakwellenlänge von 600 nm oder mehr und 670 nm oder weniger aufweist; – einem dritten Leuchtstoff, der durch vom Halbleiterelement (7) emittiertes Licht angeregt wird und eine Emissions-Peakwellenlänge von 510 nm oder mehr und 550 nm oder weniger aufweist; – wobei der erste Leuchtstoff ein Oxynitrid-Leuchtstoff ist, der durch die Zusammensetzungsformel La1-aCeaSibAlcOdNe repräsentiert ist, wobei – der Index a, der den Zusammensetzungsanteil von Ce repräsentiert, eine reelle Zahl im Bereich 0,1 ≤ a ≤ 1 ist; – der Index b, der den Zusammensetzungsanteil von Si repräsentiert, eine reelle Zahl im Bereich b = (6 – z) × f ist; – der Index c, der den Zusammensetzungsanteil von Al repräsentiert, eine reelle Zahl im Bereich c = (1 + z) × g ist; – der Index d, der den Zusammensetzungsanteil von O repräsentiert, eine reelle Zahl im Bereich d = z × h ist; – der Index e, der den Zusammensetzungsanteil von N repräsentiert, eine reelle Zahl im Bereich e = (10 – z) × i ist; – z eine reelle Zahl im Bereich 0,1 ≤ z ≤ 3 ist; – f eine reelle Zahl im Bereich 0,7 ≤ f ≤ 1,3 ist; – g eine reelle Zahl im Bereich 0,7 ≤ g ≤ 3 ist; – h eine reelle Zahl im Bereich 0,7 ≤ h ≤ 3 ist; – i eine reelle Zahl im Bereich 0,7 ≤ i ≤ 1,3 ist; – eine JEM-Phase mit einer Menge von 50% oder mehr enthalten ist; und wobei vom zweiten und dritten Leuchtstoff mindestens einer Si und N mit einer Gesamtmenge von 50 Mol% oder mehr enthält.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil, bei dem ein Oxynitrid-Leuchtstoff die Wellenlänge der Strahlung von einem Licht emittierenden Halbleiterelement zur Verwendung als Lichtquelle wandelt.
Licht emittierende Halbleiterbauteile sind klein, verbrauchen wenig Energie und zeigen Emission mit stabil hoher Helligkeit. Demgemäß finden sie als Lichtquelle für verschiedene Arten von Displays weite Anwendung. Ferner werden sie auch als Lichtquelle zum Lesen und/oder Schreiben von Information bei verschiedenen Arten von Informationsverarbeitungseinrichtungen verwendet. Bisher sind, als Licht emittierende Halbleiterelemente, wie sie in einem sichtbares Licht emittierenden Halbleiterbauteil verwendet werden, abhängig von den Herstellbedingungen für das in einer Emissionsschicht verwendete Halbleitermaterial, solche in Gebrauch, die Licht von Rot bis Violett emittieren.
Mittels Licht emittierender Halbleiterelemente, die Strahlung jeweils anderer Farbe, z. B. einer der drei Primärfarben Rot, Grün und Blau, emittieren, können weiße LEDs oder Bilddisplays realisiert werden.
Ferner ist im Dokument JP-A-10-242513 ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil offenbart, bei dem ein Halbleiterelement, das sichtbares Licht kurzer Wellenlänge von Blau bis Violett emittiert, und ein Leuchtstoff kombiniert sind, um dadurch das Emissionslicht des Halbleiterelements und durch den Leuchtstoff in der Wellenlänge gewandeltes Licht zu mischen, um weißes Licht zu erhalten.
Im Dokument JP-A-10-163535 ist ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil offenbart, bei dem ein Halbleiterelement, das Licht von Blau bis Violett emittiert, mit einer Art oder zwei Arten von Leuchtstoffen kombiniert ist. Hierbei wird der Leuchtstoff so ausgewählt, dass die Emissionsfarbe des Halbleiterelements und diejenige des Leuchtstoffs zueinander komplementär sind, um pseudoweißes Licht zu emittieren.
Ferner ist im Dokument JP-A-10-012925 ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil offenbart, das mit einem Halbleiterelement, das Ultraviolett-Licht und Nah-Ultraviolett-Licht emittiert, und einem Leuchtstoff versehen ist. Das Halbleiterelement ist ein solches, das normalerweise blaues Licht emittiert, während es dann, wenn ihm ein großer Impulsstrom zugeführt wird, Ultraviolett-Licht oder Nah-Ultraviolett-Licht emittiert. Hierbei ist eine Technologie offenbart, gemäß der alleine durch Ändern der Art des Leuchtstoffs, bei einer einzelnen Art eines Licht emittierenden Halbleiterelements, mehrere Farben emittiert werden können.
Noch ferner ist im Dokument JP-A-09-153644 ein Display vom Punktmatrixtyp offenbart, das mit einer Vordergrundschicht, die unter Verwendung eines Halbleiters eines Nitrids eines Elements der Gruppe III hergestellt ist und Ultraviolett-Licht mit einer Peakwellenlänge von 380 nm emittiert, und drei Arten von Leuchtstoffschichten versehen ist, die von der Emissionsschicht Ultraviolett-Licht empfangen, um jeweils Licht in einer von drei Primärfarben, nämlich Rot, Grün und Blau, zu emittieren.
Im Dokument JP-A-2002-017100 ist ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil offenbart, bei dem ein Halbleiterelement, das Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 390 bis 420 nm emittiert, und ein Leuchtstoff, der durch die Emission des Halbleiterelements angeregt wird, dazu verwendet werden, weißes Licht zu emittieren. Hierbei scheint, da das Halbleiterelement Licht emittiert, für das das menschliche Auge wenig empfindlich ist, eine Variation der Emissionsstärke oder -Wellenlänge des Halbleiterelements den Farbton kaum zu beeinflussen. Ferner beschädigt Licht mit einer Wellenlänge im genannten Bereich kaum das Bauteil aufbauende Komponenten, wie ein Harz, in dem der Leuchtstoff dispergiert ist. Noch ferner hat Ultraviolett-Licht im Allgemeinen verschiedene nachteilige Einflüsse auf den menschlichen Körper; da jedoch Licht mit einer Wellenlänge von 390 nm oder mehr verwendet wird, hat ausleckendes Anregungslicht keinen nachteiligen Einfluss. In diesem Fall werden, da der Leuchtstoff durch Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 390 bis 420 nm zur Lumineszenz angeregt werden kann, verschiedene Oxid- und Sulfid-Leuchtstoffe verwendet.
Gemäß den obigen Veröffentlichungen werden als Leuchtstoffe Oxid- und Sulfid-Leuchtstoffe verwendet, jedoch sind in den Dokumenten JP-A-2002-363554 und JP-A-2003-206481 auch Beispiele von Oxynitrid-Leuchtstoffen und Nitrid-Leuchtstoffen offenbart. Diese Leuchtstoffe können durch Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 390 bis 420 nm angeregt werden, und sie zeigen eine hohe Emissionseffizienz. Ferner verfügen diese Leuchtstoffe über hohe Stabilität, und sie zeigen kaum eine Änderung der Emissionseffizienz, wenn die Umgebungstemperatur variiert. D. h., dass diese Leuchtstoffe in den meisten Fällen hervorragende Eigenschaften zeigen.
Um ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil zu realisieren, das als Anregungslichtquelle ein Halbleiterelement verwendet, das Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von z. B. 390 bis 420 nm emittiert, sind Leuchtstoffe erforderlich, die über einen großen Bereich des sichtbaren Lichts von Blau über Grün bis Rot effiziente Lumineszenz zeigen. Bisher wurden Leuchtstoffe erhalten, die von Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 390 bis 420 nm angeregt werden und im Bereich von Rot bis Grün emittieren.
Die EP 1 296 376 betrifft eine Beleuchtungseinheit mit mindestens einer LED als Lichtquelle und einem nitridhaltigen Leuchtstoff, der aus der Klasse der Ce- oder Eu-aktivierten Nitride, Oxynitride oder Sialone stammt. In Grins, J. et al.: ”Preparation and crystal structure of LaAl(Si_6-zAl_z)N_10-z0_z”, J. Mater. Chem., Vol. 5, 1995, No. 11, S. 2001–2006 werden verschiedene Sialone beschrieben.
Die DE 11 2004 001 533 T5 betrifft ein fluoreszierendes Oxynitridmaterial, das als Hauptkomponente eine JEM-Phase enthält, die durch die allgemeine Formel MA1 (Si_6-zAl_z)N_10-zO_z dargestellt ist, wobei M ein oder zwei oder mehr Elemente ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu besteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil unter Verwendung eines Leuchtstoffs mit hervorragender Emissionseffizienz für Licht von Blau bis Blau-Violett hauptsächlich mit einer Wellenlänge von 510 nm oder weniger mit ausreichender Stabilität zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Die Erfinder haben, um die beschriebenen Probleme zu überwinden, intensiv Oxynitridmaterialien untersucht, die die Elemente M¹ (M¹ kennzeichnet mindestens eines der folgenden Elemente: La (Lanthan), Ce (Cer), Pr (Praseodym), Nd (Neodym), Sm (Samarium), Eu (Europium), Gd (Gadolinium), Tb (Terbium), Dy (Dysprosium), Ho (Holmium), Er (Erbium), Tm (Thulium), Yb (Ytterbium) und Lu (Lutetium)), Si (Silicium), Al (Aluminium), O (Sauerstoff) und N (Stickstoff) enthalten, und sie haben herausgefunden, dass solche mit einer speziellen Zusammensetzung und Kristallphase einen wirkungsvollen Leuchtstoff bilden. Insbesondere hat es sich gezeigt, dass ein Oxynitridmaterial mit der Zusammensetzungsformel M¹ _1-aCe_aSi_bAl_cO_dN_e durch Licht mit einer Wellenlänge von Violett bis Nah-Ultraviolett angeregt werden kann, und es Licht im Allgemeinen mit einer Helligkeit emittiert, die höher als die von β-Sialon (Siliciumaluminiumoxinitrid) ist.
Ferner ist ein eine JEM-Phase enthaltendes Oxynitridmaterial eine Substanz, für die durch Jekabs Grins et al. geklärt wurde, dass sie durch einen Prozess hergestellt werden kann, bei dem α-Sialon mit einem Seltenerdelement stabilisiert wird (Jekabs Grins et al., ”Preparation and Crystal Structure of LaAl(Si_6-ZAl_Z)N_10-ZO_Z”, J. MATER. CHEM., 1995, 5(11), S. 2001–2006).

Gemäß dieser Veröffentlichung ist die JEM-Phase eine kristalline Phase, die allgemein durch die Formel M¹Al(Si_6-zAl_z)N_10-zO_z repräsentiert ist, wobei M¹ dieselbe Bedeutung hat, wie sie oben angegeben ist, wobei eine spezielle Atomanordnung betreffend eine Zusammensetzung mit z als Parameter vorliegt; die JEM-Phase zeigt eine hervorragende Wärmebeständigkeit. Sie ist als Substanz definiert, bei der spezielle Gitterstellen durch Atome besetzt sind (Atomanordnungsstruktur), wie es in der Tabelle 1 angegeben ist, und wobei eine Kristallstruktur (Raumgruppe Pbcn) vorliegt, die durch zugehörige Koordinaten kennzeichenbar ist. Tabelle 1

	Atom	Ort	Koordinate (x)	Koordinate (y)	Koordinate (z)
(1)	SE	8d	0.0553	0.0961	0.1824
(2)	Al	4c	0	0.427	0.25
(3)	M(1)	8d	0.434	0.185	0.057
(4)	M(2)	8d	0.27	0.082	0.52
(5)	M(3)	8d	0.293	0.333	0.337
(6)	X(1)	8d	0.344	0.32	0.14
(7)	X(2)	8d	0.383	0.21	0.438
(8)	X(3)	8d	0.34	0.485	0.41
(9)	X(4)	8d	0,11	0.314	0.363
(10)	X(5)	8d	0.119	0.523	0.127

In der Tabelle 1 ist eine Ortsmarkierung eine Markierung, die Symmetrieeigenschaften einer Raumgruppe anzeigt. Die Koordinaten nehmen für das x-, das y- und das z-Gitter jeweils Werte von 0 bis 1 ein. Ferner sind in Se (Seltenerdmetall) M₁ und Ce mit den Wahrscheinlichkeiten der jeweiligen Zusammensetzungsverhältnisse enthalten. In M(1) bis M(3) sind Si und Al mit den Wahrscheinlichkeiten der jeweiligen Zusammensetzungsverhältnisse enthalten. In X(1) bis X(5) sind N und O mit den Wahrscheinlichkeiten der jeweiligen Zusammensetzungsverhältnisse enthalten. Wenn Röntgenbeugungsdaten, wie sie mit Werten aus der Tabelle 1 berechnet werden, und durch Messung erhaltene Röntgenbeugungsergebnisse verglichen werden, kann erkannt werden, ob ein erhaltenes Material eine JEM-Phase enthält oder nicht.
Hinsichtlich Oxynitridmaterialien, die eine JEM-Phase enthalten, wurden bisher ausschließlich Wärmebeständigkeitseigenschaften untersucht, und es existiert kein spezielles Beispiel, bei dem ein derartiges Material als Leuchtstoff verwendet wurde. Die Erfinder haben erstmals herausgefunden, dass ein eine JEM-Phase enthaltendes Oxynitridmaterial durch Licht mit einer Wellenlänge von Violett bis Nah-Ultraviolett angeregt werden kann und als Leuchtstoff mit hoher Emissionseffizienz und hoher Helligkeit verwendet werden kann. Durch Untersuchungen und Weiterentwicklungen haben die Erfinder herausgefunden, dass durch Anwenden dieser Erkenntnis ein spezieller Emissionseffekt erzielt werden kann, der zu hervorragender Helligkeit in einem speziellen Wellenlängenbereich führt. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse wurde ein Oxynitrid-Leuchtstoff geschaffen, der mit Licht mit einer Wellenlänge von 370 nm oder mehr sowie 420 nm oder weniger, bevorzugter mit einer Wellenlänge von 390 nm oder mehr sowie 420 nm oder weniger, angeregt werden kann und Licht effizient emittiert. Weiterhin haben sie ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil unter Verwendung eines derartigen Oxynitrid-Leuchtstoffs geschaffen.
Generell bedeutet ”La als Hauptkomponente”, dass 50% oder mehr eines in M enthaltenen Elements La ist, und ”Unterkomponente” bedeutet ein Element mit kleinerem Zusammensetzungsanteil als dem von La als Hauptkomponente.
Bei den angegebenen Formeln kann M beliebig aus den oben genannten Materialien ausgewählt werden. Der Wert a muss nicht immer derselbe sein. Der Begriff ”Peakwellenlänge” bedeutet die Wellenlänge von Licht, für das die Emissionsintensität die höchste ist.
Der beschriebene Oxynitrid-Leuchtstoff zeigt eine höhere Helligkeit als existierende Sialon-Leuchtstoffe, und insbesondere kann er Licht mit einer Wellenlänge von 510 nm oder weniger effizient emittieren. Da Oxynitridmaterialien hervorragende Wärmebeständigkeit zeigen, sind, wenn sie anregender Lichtenergie ausgesetzt werden, bei ihnen die Beeinträchtigung des Materials und der Helligkeit kleiner als bei anderen, üblichen Leuchtstoffmaterialien.
Ferner zeigen die beschriebenen Oxynitrid-Leuchtstoffe eine hervorragende Emissionseffizienz, wenn sie durch Licht mit einer Wellenlänge von 390 nm oder mehr und 420 nm oder weniger angeregt werden, bei der der fotoelektrische Wandlungswirkungsgrad in Licht emittierenden Halbleiterelementen, wie LEDs oder Lasern mit einer aktiven Schicht aus z. B. InGaN, am höchsten ist. Demgemäß zeigt ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil unter Verwendung eines Oxynitrid-Leuchtstoffs gemäß der Erfindung insgesamt einen hohen Emissionswirkungsgrad.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Erscheinungsformen und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser ersichtlich werden.
1 ist ein Kurvenbild, das das Ergebnis einer Röntgenbeugungsmessung eines Oxynitrid-Leuchtstoffs gemäß einem Beispiel 2 zeigt.
2 ist ein Kurvenbild, das Messergebnisse zeigt, die eine Beziehung (Anregungsspektrum) zwischen einer Anregungswellenlänge und einer Emissionsintensität jeder von Beispielsproben und Vergleichsbeispielsproben veranschaulichen.
3 ist ein Kurvenbild, das Messergebnisse zeigt, die eine Beziehung (Anregungsspektrum) zwischen einer Emissionswellenlänge und einer Emissionsintensität jeder von Beispielsproben und Vergleichsbeispielsproben veranschaulichen.
4 ist ein Kurvenbild, das Messergebnisse zeigt, die eine Beziehung zwischen einem Zusammensetzungsanteil von Ce und einer Emissions-Peakwellenlänge jeder von Beispielsproben und Vergleichsbeispielsproben veranschaulichen.
5 ist ein Kurvenbild, das Messergebnisse zeigt, die eine Beziehung zwischen einem Zusammensetzungsanteil von Ce, des internen Quantenwirkungsgrads und Lichtabsorptionsvermögens jeder von Beispielsproben und Vergleichsbeispielsproben veranschaulichen.
6 ist ein Kurvenbild, das Messergebnisse zeigt, die eine Beziehung zwischen einem Zusammensetzungsanteil von Ce und dem Emissionswirkungsgrad jeder von Beispielsproben und Vergleichsbeispielsproben veranschaulichen.
7 ist ein Kurvenbild, das Messergebnisse zeigt, die eine Beziehung zwischen einem Zusammensetzungsanteil von Ce und dem Emissionswirkungsgrad bei einer Anregungswellenlänge von 390 nm jeder von Beispielsproben und Vergleichsbeispielsproben veranschaulichen.
8 ist ein Kurvenbild, das Messergebnisse zeigt, die eine Beziehung zwischen einem Zusammensetzungsanteil von Ce und dem Emissionswirkungsgrad bei einer Anregungswellenlänge von 420 nm jeder von Beispielsproben und Vergleichsbeispielsproben veranschaulichen.
9 ist eine Schnittansicht eines Licht emittierenden Halbleiterbauteils bei Beispielen 11 bis 14.
10 bis 14 sind Kurvenbilder, die das Emissionsspektrum eines Licht emittierenden Halbleiterbauteils gemäß einem jeweiligen Beispiel 11 bis 15 zeigen.
Ein beispielhafter Oxynitrid-Leuchtstoff ist durch die Zusammensetzungsformel M_1-aCe_aSi_bAl_cO_dN_e repräsentiert, wobei

– M La oder eine Verbindung bezeichnet, deren Hauptkomponente La ist und die über eine Unterkomponente verfügt, die aus mindestens einem der folgenden Elemente besteht: Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu;
– der Index a, der den Zusammensetzungsanteil von Ce repräsentiert, eine reelle Zahl im Bereich 0,1 ≤ a ≤ 1 ist;
– der Index b, der den Zusammensetzungsanteil von Si repräsentiert, eine reelle Zahl im Bereich b = (6 – z) × f ist;
– der Index c, der den Zusammensetzungsanteil von Al repräsentiert, eine reelle Zahl im Bereich c = (1 + z) × g ist;
– der Index d, der den Zusammensetzungsanteil von O repräsentiert, eine reelle Zahl im Bereich d = z × h ist;
– der Index e, der den Zusammensetzungsanteil von N repräsentiert, eine reelle Zahl im Bereich e = (10 – z) × i ist;
– z eine reelle Zahl im Bereich 0,1 ≤ z ≤ 3 ist;
– f eine reelle Zahl im Bereich 0,7 ≤ f ≤ 1,3 ist;
– g eine reelle Zahl im Bereich 0,7 ≤ g ≤ 3 ist;
– h eine reelle Zahl im Bereich 0,7 ≤ h ≤ 3 ist;
– i eine reelle Zahl im Bereich 0,7 ≤ i ≤ 1,3 ist; und
– eine JEM-Phase mit einer Menge von 50% oder mehr enthalten ist.

Die genannten Bedingungen für z, f, g, h und i müssen erfüllt sein, da andernfalls der Anteil der JEM-Phase kleiner als 50% werden würde, was zu einer starken Beeinträchtigung des Emissionswirkungsgrads des Oxynitrid-Leuchtstoffs führen würde.
Bisher wurde, für ähnliche Materialien, angenommen, dass hervorragende Emissionseigenschaften dann erzielt werden können, wenn der Zusammensetzungsanteil a von Ce den niedrigen Wert von weniger als 0,1 aufweist ( JP-A-2003-206481 ). Jedoch hat es sich durch detaillierte Untersuchungen herausgestellt, dass ein Oxynitridmaterial mit einer JEM-Phase als Hauptkomponente, wenn der Zusammensetzungsanteil a von Ce 0,1 oder mehr beträgt, hervorragende Effizienz als Oxynitrid-Leuchtstoff zeigt. Es wird davon ausgegangen, dass dies durch Materialeigenschaften wie die Struktur hervorgerufen wird, wobei sich ein Energieniveau aufgrund einer Ce-Aktivierung ändert, und wodurch die Regelmäßigkeit des Kristalls verbessert wird, wobei auch ein völlig neuer Effekt anzunehmen ist.
Der Zusammensetzungsanteil a von Ce beträgt aus dem Gesichtspunkt des Verbesserns des Emissionswirkungsgrads vorzugsweise 0,2 ≤ a ≤ 0,7, und aus dem Gesichtspunkt einer weiteren Verbesserung desselben beträgt es vorzugsweise 0,3 ≤ a ≤ 0,5.
Ferner enthält der Oxynitrid-Leuchtstoff vorzugsweise 50% oder mehr einer JEM-Phase, die durch die Formel M_1-aCe_aSi_bAl_cO_dN_e repräsentiert ist, wobei M die oben angegebene Bedeutung hat.
Die Emissions-Peakwellenlänge des Oxynitrid-Leuchtstoffs liegt vorzugsweise im Bereich von 460 nm oder mehr und 510 nm oder weniger. Dadurch kann er als effizienter Leuchtstoff verwendet werden, der Licht von Blau bis Blaugrün emittiert.
Ferner enthält der Oxynitrid-Leuchtstoff vorzugsweise eine JEM-Phase mit einer Menge von 70% oder mehr und 90% oder weniger. Wegen guten Emissionseigenschaften wird es als wünschenswert angesehen, dass die JEM-Phase, die einen wesentlichen Bestandteil des Oxynitrid-Leuchtstoffs bildet, hoch rein und mit möglichst großer Menge vorliegt. Jedoch beträgt der optimale Wert 70% oder mehr oder 90% oder weniger.
Der Index d, der den Zusammensetzungsanteil von O repräsentiert, hat vorzugsweise einen Wert im Bereich 1 < d ≤ 2, und für den Index e, der den Zusammensetzungsanteil von N repräsentiert, gilt vorzugsweise 8 < e < 9. Dies, da der Emissionswirkungsgrad besonders gut ist, wenn die JEM-Phase eine theoretische Zusammensetzung aufweist, für die z = 1 gilt, mit b = 5, c = 2, d = 1 und e = 9.
Ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil ist mit Folgendem versehen:

– einem Licht emittierenden Halbleiterelement, das Licht mit einer Emissions-Peakwellenlänge von 370 nm oder mehr oder 420 nm oder weniger emittiert; und
– einem ersten Leuchtstoff, der durch von diesem Halbleiterelement emittiertem Licht angeregt wird und eine Emissions-Peakwellenlänge von 460 nm oder mehr und 510 nm oder weniger aufweist;
– wobei der erste Leuchtstoff ein wie vorstehend beschriebener Oxynitrid-Leuchtstoff ist.

Ein derartiges Licht emittierendes Halbleiterbauteil kann in hervorragender Weise Licht von Blau bis Blaugrün emittieren. Bei diesem Halbleiterbauteil ist es bevorzugt, dass der Zusammensetzungsanteil a von Ce im ersten Leuchtstoff 0,8 ≤ a ≤ 1 beträgt, die Farbkoordinate x der Emissionsfarbe der Emission des ersten Leuchtstoffs 0,22 oder mehr und 0,44 oder weniger beträgt und die zugehörige Farbkomponente y 0,22 oder mehr und 0,44 oder weniger beträgt. In diesem Fall wird, da durch den einzigen, ersten Leuchtstoff weißes Licht erhalten werden kann, die Verwaltung des Herstellvorgangs einfach, und eine Variation der Emissionsfarbe innerhalb eines derartigen Halbleiterbauteils sowie zwischen derartigen Halbleiterbauteilen kann weiter verringert werden.
Ein erfindungsgemäßes Licht emittierendes Halbleiterbauteil verfügt zusätzlich über einen zweiten Leuchtstoff, der durch Licht vom Licht emittierenden Halbleiterelement angeregt wird und über eine Emissions-Peakwellenlänge von 510 nm oder mehr und 670 nm oder weniger verfügt. In diesem Fall kann ein Halbleiterbauteil erhalten werden, das Licht mit einem Spektrum emittiert, das für Beleuchtungszwecke geeignet ist, wie weißes Licht. Der zweite Leuchtstoff enthält vorzugsweise Si und N mit einer Gesamtmenge von 50 mol% oder mehr. In diesem Fall enthalten sowohl der erste als auch der zweite Leuchtstoff Si und N, und die Temperaturabhängigkeiten der Emissionswirkungsgrade derselben können ähnlich gemacht werden; demgemäß kann kein Licht emittierendes Halbleiterbauteil mit geringerer Temperaturabhängigkeit im Bereich von z. B. 0 bis 100°C erhalten werden.
Ein erfindungsgemäßes Licht emittierendes Halbleiterbauteil verfügt über das genannte Halbleiterelement und den genannten ersten Leuchtstoff, und es ist ferner mit Folgendem versehen:

– einem zweiten Leuchtstoff, der durch vom Halbleiterelement emittierten Licht angeregt wird und eine Emissions-Peakwellenlänge von 600 nm oder mehr und 670 nm oder weniger aufweist; und
– einem dritten Leuchtstoff, der durch vom Halbleiterelement emittiertes Licht angeregt wird und eine Emissions-Peakwellenlänge von 510 nm oder mehr und 550 nm oder weniger aufweist;
– wobei vom zweiten und dritten Leuchtstoff mindestens einer Si und N mit einer Gesamtmenge von 50 mol% oder mehr enthält. In diesem Fall enthalten alle drei Leuchtstoffe Si und N, und die Temperaturabhängigkeiten ihrer Emissionswirkungsgrade können ähnlich gemacht werden, so dass ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil mit kleiner Temperaturabhängigkeit im Bereich von z. B. 0 bis 100°C erhalten werden kann. Da drei Leuchtstoffe verwendet werden, kann weißes Licht mit hervorragenden Farbwiedergabeeigenschaften auf einfache Weise erhalten werden.

Erfindungsgemäße Halbleiterbauteile verfügen vorzugsweise über ein Licht emittierendes Halbleiterelement mit einer aktiven Schicht aus InGaN. Da ein derartiges Halbleiterelement klein ist, stabil gegen Stöße ist und im betroffenen Wellenlängenbereich hohe Effizienz zeigt, kann, in Kombination mit dem Oxynitridmaterial, ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil geschaffen werden, das für verschiedene Anwendungen geeignet ist, wie zur Beleuchtung und als Hinterleuchtung für LCDs.
Ferner beträgt bei erfindungsgemäßen Licht emittierenden Halbleiterbauteilen die Emissions-Peakwellenlänge des Halbleiterelements vorzugsweise 390 nm oder mehr und 420 nm oder weniger.
Vorher beschriebene Oxynitrid-Leuchtstoffe sind so konzipiert, dass sie bei der Peakwellenlänge effizient emittieren, so dass durch die Kombination ein hervorragender Emissionswirkungsgrad erzielt werden kann.
Abhängig von der Zusammensetzung können Oxynitrid-Leuchtstoffe mit verschiedenen Anregungsspektren und Emissionsspektren ausgebildet werden. Um bei einer Anregungswellenlänge von 390 nm oder mehr und 420 nm oder weniger effiziente Emission zu erzielen, was eine Aufgabe der Erfindung ist, wird wünschenswerterweise eine Feststofflösung mit einem geeigneten Anteil von La und Ce ausgebildet. Wenn der Zusammensetzungsanteil a von Ce 0,1 oder mehr beträgt, nimmt die Breite des Anregungsspektrums zu, und es ist zur Seite längerer Wellenlängen verbreitert; demgemäß nimmt die Emission bei einer Anregungswellenlänge von 390 nm oder mehr und 420 nm oder weniger schnell zu. Demgemäß kann dann, wenn der Zusammensetzungsanteil a von Ce im Oxynitrid-Leuchtstoff zu 0,1 oder mehr gemacht wird, ein effizientes Licht emittierendes Halbleiterbauteil mit einem Halbleiterelement erhalten werden, das Licht mit einer Wellenlänge von 390 nm oder mehr und 420 nm oder weniger emittiert.
Beim erfindungsgemäßen Licht emittierenden Halbleiterbauteil ist die Emissionsfarbe vorzugsweise weiß mit einer Farbkoordinate x von 0,22 oder mehr und 0,44 oder weniger und einer Farbkoordinate y von 0,22 oder mehr und 0,44 oder weniger, oder es handelt sich um eine Glühlampenfarbe mit einer Farbkoordinate x von 0,36 oder mehr und 0,50 oder weniger und einer Farbkoordinate y von 0,33 oder mehr und 0,46 oder weniger. Ein derartiges Licht emittierendes Halbleiterbauteil mit weißer Farbe oder Glühlampenfarbe kann anstelle bisheriger Leuchtstofflampen oder Glühlampen bei Beleuchtungsanwendungen eingesetzt werden. Daher kann niedriger Energieverbrauch erzielt werden, und die Austauschhäufigkeit, wie sie bei Leuchtstofflampen oder Glühlampen vorliegt, kann stark verringert werden. Insbesondere dann, wenn ein Oxynitrid-Leuchtstoff verwendet wird, der Licht im blauen oder blaugrünen Bereich emittiert, kann eine Beleuchtung mit hervorragenden Farbwiedergabeeigenschaften realisiert werden.
Nachfolgend werden, unter Bezugnahme auf spezielle Beispiele, Oxynitrid-Leuchtstoffe mit hohem Emissionswirkungsgrad sowie Merkmale von Licht emittierenden Halbleiterbauteilen mit derartigen Oxynitrid-Leuchtstoffen detailliert angegeben.
BEISPIELE
Beispiele 1 bis 10
Es wurden zehn Beispielsproben, deren Zusammensetzungsformel durch La_1-aCe_aSi_5Al₂O_1,5N_8,7 repräsentiert ist und die verschiedene Zusammensetzungsanteile a von Ce im Bereich von 0,1 ≤ a ≤ 1 aufwiesen sowie vier Arten von Vergleichsbeispielsproben mit separaten Zusammensetzungsanteilen a von Ce wie folgt hergestellt.

Es wurden Siliciumnitridpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,5 μm, einem Sauerstoffgehalt von 0,93 Massen% und einem Anteil von Material vom α-Typ von 92%, Aluminiumnitridpulver, Lanthanoxidpulver, sowie Ceroxidpulver so eingewogen, dass sich die jeweils in der Tabelle 2 angegebenen Materialverhältnisse (Massen%) ergaben, und diese Pulver wurden gemischt. Das Pulvergemisch wurde in einen Bornitridtiegel gegeben, der in einen elektrischen Graphit-Widerstandsheizofen gesetzt wurde. Tabelle 2

	Zusammensetzungsanteil von Ce	Rohmaterial-Zusammensetzung (Mol%)
	Zusammensetzungsanteil von Ce	Si₃N₄	La₂0₂	Ce0₂	AlN
Beispiel 1	0.1	48.747	30.57	3.59	17.09
Beispiel 2	0.2	48.653	27.12	7.16	17.06
Beispiel 3	0.3	48.56	23.69	10.7	17.03
Beispiel 4	0.4	48.467	20.26	14.3	17.00
Beispiel 5	0.5	48.374	16.85	17.8	16.96
Beispiel 6	0.6	48.283	13.46	21.3	16.93
Beispiel 7	0.7	48.191	10.07	24.8	16.90
Beispiel 8	0.8	48.099	6.70	28.3	16.87
Beispiel 9	0.9	48.009	3.35	31.8	16.83
Beispiel 10	1	47.918	0.00	35.3	16.80
Vergleichsbeispiel 1	0	48.84	34.03	0.000	17.13
Vergleichsbeispiel 2	0.01	48.831	33.69	0.360	17.12
Vergleichsbeispiel 3	0.025	48.817	33.17	0.898	17.12
Vergleichsbeispiel 4	0.05	48.793	32.30	1.796	17.11

Als Nächstes wurde das Innere des Elektroofens durch eine Vakuumpumpe evakuiert, woraufhin er von Raumtemperatur auf 800°C erhitzt wurde. Dabei wurde Stickstoffgas mit einer Reinheit von 99,999 Volumen% bei einem Druck von 1 MPa eingeleitet. Daraufhin wurde die Temperatur mit einer Geschwindigkeit mit im Wesentlichen 500°C/Std. auf 1700°C erhöht, und diese Temperatur wurde zum Sintern für 2 Std. aufrecht erhalten. Nach dem Sintern wurde die Temperatur auf die Raumtemperatur abgesenkt, und die jeweilige Probe wurde entnommen. Der Sinterprozess wurde für zehn Arten von Beispielsproben und vier Arten von Vergleichsbeispielsproben ausgeführt. Die Elementzusammensetzungen dieser Proben nach dem Sintern sind in der Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3

		Produkt-Zusammensetzung (Atom%)
	Si	La	Ce	Al	0	N
Beispiel 1	27.523	4.9541	0.5505	11.009	8.2569	47.706
Beispiel 2	27.523	4.4037	1.1009	11.009	8.2569	47.706
Beispiel 3	27.523	3.8532	1.6514	11.009	8.2569	47.706
Beispiel 4	27,523	3.3028	2.2018	11.009	8.2569	47.706
Beispiel 5	27,523	2.7523	2.7523	11.009	8.2569	47.706
Beispiel 6	27.523	2.2018	3.3028	11.009	8.2569	47.706
Beispiel 7	27.523	1.6514	3.8532	11.009	8.2569	47.706
Beispiel 8	27.523	1.1009	4.4037	11.009	8.2569	47.706
Beispiel 9	27.523	0.5505	4.9541	11.009	8.2569	47.706
Beispiel 10	27.523	0.0000	5.5046	11,009	8.2569	47,706
Vergleichsbeispiel 1	27.523	5.5046	0.0000	11.009	8.2569	47,706
Vergleichsbeispiel 2	27.523	5.4495	0.0550	11.009	8.2569	47,706
Vergleichsbeispiel 3	27.523	5.3670	0.1376	11.009	8.2569	47,706
Vergleichsbeispiel 4	27.523	5.2294	0.2752	11.009	8.2569	47,706

Durch das vorstehend angegebene Verfahren hergestellte Sinterkörper wurden durch das unten angegebene Verfahren bewertet, und es zeigte sich, dass eine durch die Formel M_1-aCe_aAl(Si_6-zAl_z)N_10-zO_z (M kennzeichnet La oder eine Verbindung, deren Hauptkomponente La ist und die über eine Unterkomponente verfügt, die aus mindestens einem der folgenden Elemente besteht: Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu, wobei 0,1 ≤ a ≤ 1 und 0,1 ≤ z ≤ 3 gelten) repräsentierte JEM-Phase die Hauptkomponente bildete. Zunächst wurde eine jeweilige gesinterte Probe in einem Mörser pulverisiert, woraufhin eine Pulver-Röntgenbeugungsmessung mit der Cu-Kα-Linie erfolgte. In der 1 ist ein typisches Messergebnis dargestellt. Es handelt sich um das Ergebnis einer Pulver-Röntgenbeugungsmessung an einer Probe gemäß dem Beispiel 2. Wenn jeder der Röntgenbeugungspeaks mit einem Kristallorientierungsindex gekennzeichnet wurde, wurden die in der Tabelle 4 angegebenen Ergebnisse erzielt. In der Tabelle 4 kennzeichnen h, k und l Kristallindizes, 2Θ kennzeichnet den Beugungswinkel, d repräsentiert den Zwischengitterabstand und i kennzeichnet die Beugungsintensität. Tabelle 4

h	k	1	26	d	I
1	1	0	13,052	6.7776	23
1	1	1	16.401	5.4001	22
2	0	0	18.820	4.7113	9
0	0	2	19.854	4.4681	4
0	2	1	20.728	4.2817	5
1	1	2	23.833	3.7304	26
0	2	2	27,040	3.2949	14
2	0	2	27.489	3.2420	23
2	2	1	28.139	3.1686	94
1	2	2	28,679	3.1102	11
1	3	1	30.732	2.9069	100
3	1	1	31.528	2.8353	33
1	1	3	32.815	2.7270	25
2	2	2	33.151	2.7001	38
3	0	2	34.888	2.5695	32
3	2	1	35.415	2.5325	65
1	2	3	36.580	2,4545	32
0	4	0	36.820	2,4390	14
0	4	1	38.218	2,3530	15
2	3	2	39.205	2,2960	16

Wenn aus den obigen Ergebnissen erhaltene Gitterkonstanten und in der Tabelle 1 angegebenen Atomkoordinaten eine Röntgenbeugungsmuster-Simulation gemäß dem Rietveld-Analyseberechnungsprogramm (F. Izumi at al., ”A Rietveldanalysis program RIETAN-98 and its applications to zeolites”, EUROPEAN POWDER DIFFRACTION, Teile 1 und 2, 321–3, S. 198–203, Teil 1 & 2, 2000, MATERIALS SCIENCE FORUM)) ausgeführt wurde, ergab es sich, dass die hauptsächlichen Röntgenpeaks durch die JEM-Phase verursacht wurden und einige Unterpeaks aufgrund von β-Sialon vorlagen. Aus den Ergebnissen ergab es sich, dass eine Probe gemäß dem Beispiel 2 die JEM-Phase als Hauptkomponente und β-Sialon als Nebenerzeugnis enthielt. Ferner wurde geklärt, dass dann, wenn der Anteil der JEM-Phase aus Intensitätsverhältnissen von Peaks derselben sowie von β-Sialon berechnet wurde, die Anteile der JEM-Phase in den jeweiligen Beispielen Werte hatten, wie sie in der Tabelle 5 angegeben sind. Es wurde geklärt, dass eine gemäß dem obigen Verfahren gesinterte Verbindung eine JEM-Phase mit einem hohen Anteil von 80 oder mehr enthält. Der in der Tabelle 5 angegebene Anteil der JEM-Phase wurde aus der folgenden Gleichung berechnet:

Anteil der JEM-Phase (%) = 100 × (Intensität des maximalen Peaks der JEM-Phase)/(Intensität des maximalen Peaks der JEM-Phase + Intensität des maximale Peaks von β-Sialon)

Tabelle 5

	Anteil der JEM-Phase (%)
Beispiel 1	88
Beispiel 2	81
Beispiel 3	86
Beispiel 4	85
Beispiel 5	88
Beispiel 6	85
Beispiel 7	80
Beispiel 8	86
Beispiel 9	82
Beispiel 10	84
Vergleichsbeispiel 1	91
Vergleichsbeispiel 2	86
Vergleichsbeispiel 3	89
Vergleichsbeispiel 4	86

Anschließend wurden, um die Verbindungen bei Leuchtstoffen anzuwenden, deren Anregungslichtquelle eine LED mit einer Emissionswellenlänge von Violett bis Nah-Ultraviolett ist, die Anregungs- und die Emissions-Spektralcharakteristik untersucht. In der 2 sind Anregungsspektren für den Fall dargestellt, dass der Zusammensetzungsanteil a von Ce variiert wurde. Wenn der Zusammensetzungsanteil a von Ce variiert wird, variiert das Anregungsspektrum stark. Wenn der Zusammensetzungsanteil a von Ce 0,1 beträgt, beträgt die Peakwellenlänge ungefähr 370 nm, und wenn der Zusammensetzungsanteil a von Ce erhöht wird, nimmt die Breite des Spektrums zur Seite längerer Wellenlängen hin zu. Im Ergebnis nimmt eine Emission aufgrund einer Anregung mit einer Wellenlänge von 390 nm oder mehr und 420 nm oder weniger schnell zu.
Die 3 zeigt Emissionsspektren bei typischen Ce-Zusammensetzungsanteilen, wenn Licht mit einer Wellenlänge von 405 nm zur Anregung verwendet wurde. Als Anregungslicht wurde das Licht einer monochromatischen Xe-Lampe verwendet. Daraus ergab es sich, dass, bei den Proben gemäß den Beispielen 1, 2, 5 und 10, bei denen der Zusammensetzungsanteil a von Ce 0,1 überschreitet, die Emissionsintensitäten im Vergleich zu denen bei den Vergleichsbeispielen 2, 3 und 4 sehr hoch sind. Als Nächstes wurde, für jede der Proben, unter Verwendung einer Integrationskugel, eine Messung am Gesamtfluss des Emissionsspektrums ausgeführt (Literaturstelle: Kazuaki Ohkubo et al., ”Absolute Fluorescent Quantum Efficiency of NBS Phosphor Standard Samples”, J. Illum. Engng. Inst. Jpn. Vol. 83 No. 2, 1999, S. 87–93). Als Anregungslicht wurde wiederum das Licht einer monochromatischen Xe-Lampe mit einer Wellenlänge von 405 nm verwendet. Die 5 zeigt die Lichtabsorption und interne Quantenwirkungsgrade für die Beispiele 1 bis 10 und die Vergleichsbeispiele 1 bis 4. Wenn der Zusammensetzungsanteil a von Ce zunimmt, nimmt die Lichtabsorption zu. Jedoch ist insbesondere bei den Proben, bei denen der Zusammensetzungsanteil a von Ce kleiner als 0,1 ist, die Lichtabsorption stark beeinträchtigt. Dagegen nimmt der interne Quantenwirkungsgrad schnell zu, wenn der Zusammensetzungsanteil a von Ce von 0 auf 0,1 zunimmt und im Bereich, in dem der Zusammensetzungsanteil a von Ce 0,1 oder mehr ist, wobei es sich um den Bereich von Beispielen der Erfindung handelt, besteht bei zunehmendem Zusammensetzungsanteil a von Ce die Tendenz, dass eine leichte Abnahme, jedoch noch bei großem Wert, auftritt.
Die Emissionseffizienz einer Probe ist proportional zum Produkt aus der Lichtabsorption des Anregungslichts und dem internen Quantenwirkungsgrad. D. h., es ist wesentlich, dass das Anregungslicht effizient absorbiert wird und die absorbierte Energie in einem Kristall effizient von einem Absorptionsniveau auf ein Emissionsniveau übertragen wird, um eine effiziente Wandlung in Licht zu erzielen. Zu hoher Lichtabsorption bei Proben der Beispiele kommt es, wie es aus der 2 erkennbar ist, in starkem Umfang durch eine Verschiebung des Absorptionsspektrums zur Seite größerer Wellenlängen aufgrund einer Zunahme des Zusammensetzungsanteils a von Ce. Andererseits stellt der interne Quantenwirkungsgrad eine Beziehung für die Wechselwirkung zwischen dem Anregungsniveau und dem Emissionsniveau her. Wie es ebenfalls aus der 2 ersichtlich ist, ist bei Proben, bei denen der Zusammensetzungsanteil a von Ce 0,1 überschreitet, das Anregungsspektrum breit, und es zeigt sich, dass die Struktur des Anregungsniveaus verschieden von der bei Vergleichsbeispielsproben ist, bei denen der Zusammensetzungsanteil a von Ce kleiner als 0,1 ist. Die Erhöhung des internen Quantenwirkungsgrads beruht stark auf einer Änderung des Energieniveaus und auch auf einer Verbesserung der Vollständigkeit des Kristalls. Wenn der Zusammensetzungsanteil a von Ce erhöht wird, kann die Kristallisierung während des Sinterns gefördert werden, wodurch eine JEM-Phase mit hervorragender Kristallinität gebildet wird. Auch dies trägt zu einer Erhöhung des internen Quantenwirkungsgrads bei.
Aus den vorstehenden Ergebnissen ergibt sich für einen beschriebenen Oxynitrid-Leuchtstoff, dass Licht mit einer Wellenlänge von Violett bis Nah-Ultraviolett sehr effizient in blaue Emission gewandelt werden kann. In der 6 ist die Abhängigkeit des Emissionswirkungsgrads vom Ce-Zusammensetzungsanteil, wenn Anregungslicht mit einer Wellenläge von 405 nm verwendet wird, für Beispielsproben und Vergleichsbeispielsproben dargestellt. Es zeigt sich, dass mit Proben, bei denen der Zusammensetzungsanteil a von Ce 0,1 oder mehr beträgt, ein hoher Emissionswirkungsgrad erzielt werden kann.
Bei Beispielsproben, bei denen der Zusammensetzungsanteil a von Ce von 0,1 bis 1 beträgt, konnten im Wesentlichen dieselben hohen Emissionswirkungsgrade erzielt werden. Dies, da, wie es in der 5 dargestellt ist, bei einer Zunahme des Zusammensetzungsanteils a von Ce der interne Quantenwirkungsgrad abnimmt, während die Lichtabsorption zunimmt, und dabei heben sich die beiden Änderungen auf.
In der 4 sind Emissions-Peakwellenlängen für die jeweiligen Proben dargestellt. Es zeigt sich, dass dann, wenn der Zusammensetzungsanteil a von Ce von 0,1 auf 1 erhöht wird, die Peakwellenlänge eine Verschiebung um mehr als 20 nm zur Seite längerer Wellenlängen erfährt. Unter Verwendung dieser Eigenschaft kann die Wellenlänge, ohne dass der Emissionswirkungsgrad variieren wurde, frei konzipiert werden. Dieser Effekt dient vorzugsweise zum Steuern des Farbtons des Emissionsspektrums einer LED.
Bisher wurde, für ähnliche Materialien, angenommen, dass in einem Bereich, in dem der Zusammensetzungsanteil a von Ce kleiner als 0,1 ist, hervorragende Emissionseigenschaften erzielt werden können ( JP-A-2003-206481 ). Jedoch zeigte es sich, als Ergebnis einer detaillierten Untersuchung durch die Erfindung, dass dann, wenn die JEM-Phase die Hauptkomponente bildet, dann, wenn der Zusammensetzungsanteil a von Ce 0,1 oder mehr beträgt, ein hoch effizienter Leuchtstoff erhalten werden kann. Dies beruht auf wesentlichen Merkmalen eines Materials, wie einer Änderung der Struktur eines Energieniveaus durch Ce-Aktivierung und einer Verbesserung der Vollständigkeit des Kristalls, und es wird auch ein völlig neuer Effekt angenommen. Ferner kann im angegebenen Zusammensetzungsanteil a von Ce auch bei anderen Anregungswellenlängen ein hoher Emissionswirkungsgrad erzielt werden.
Die 7 und 8 zeigen den Emissionswirkungsgrad für eine Anregungswellenlänge von 390 bzw. 420 nm. In allen Fällen kann dann ein hervorragender Emissionswirkungsgrad erzielt werden, wenn der Zusammensetzungsanteil a von Ce 0,1 oder mehr und 1 oder weniger beträgt. Insbesondere ist dann, wenn die Anregungswellenlänge 390 nm beträgt, der Bereich bevorzugt, in dem der Zusammensetzungsanteil a von Ce 0,1 oder mehr und 0,8 oder weniger beträgt, während bei 420 nm der Bereich bevorzugt ist, in dem der Zusammensetzungsanteil a von Ce 0,2 oder mehr und 1 oder weniger beträgt. Demgemäß zeigte es sich, dass ein beschriebener Leuchtstoff für eine LED geeignet ist, die als Anregungslicht eine Wellenlänge von Violett bis Nah-Ultraviolett zeigt.
Beispiel 11
Als Nächstes wird ein Beispiel eines Licht emittierenden Halbleiterbauteils unter Verwendung eines Oxynitrid-Leuchtstoffs gemäß dem Beispiel 3, das über hohe Helligkeit verfügt, zur Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung beschrieben.
Die 9 ist eine Schnittansicht, die ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil gemäß dem Beispiel 11 der Erfindung zeigt. Dieses Halbleiterbauteil verfügt über ein Licht emittierendes Halbleiterelement 7 mit einer InGaN-Schicht als aktiver Schicht und mit einer Emissions-Peakwellenlänge von 405 nm. Es ist auf einer gedruckten Leiterplatte 8 als Substrat angeordnet. In einem Harzrahmen 9 ist ein Gießharz 3 aus transparentem Epoxyharz, in dem ein Leuchtstoff dispergiert ist, so eingefüllt, dass das Halbleiterelement 7 dicht eingeschlossen ist. Innerhalb des Harzrahmens 9 sind ein Elektrodenabschnitt 8a auf der gedruckten Leiterplatte 8 und eine n-seitige Elektrode 5 an der Unterseite des Halbleiterelements 7 durch einen Kleber 15 mit elektrischer Leitfähigkeit, für elektrische Verbindung, angeklebt. Andererseits ist eine p-seitige Elektrode 6, die auf der Oberseite des Halbleiterelements 7 vorhanden ist, über einen Metalldraht 4 elektrisch mit dem anderen Elektrodenabschnitt 8b auf der gedruckten Leiterplatte 8 verbunden. Die Elektrodenabschnitte 8a und 8b sind dreidimensional von der Oberseite der gedruckten Leiterplatte 8 zur Unterseite geführt, die eine Montagefläche ist, und sie erstrecken sich jeweils zu den beiden Enden der Unterseite der gedruckten Leiterplatte.
Beim im Gießharz 3 dispergierten Leuchtstoff sind drei Arten von Leuchtstoffen gemischt, um eine weiße Emissionsfarbe zu erzielen, nämlich ein erster Leuchtstoff (Emissions-Peakwellenlänge: 480 nm) aus einem Oxynitrid-Leuchtstoff gemäß dem Beispiel 3, der durch die Zusammensetzungsformel La_0,7Ce_0,3Si₅Al₂O_1,5N_8,7 repräsentiert ist und als Hauptemissionspeak blaue Emission aufweist, ein zweiter Leuchtstoff (Emissions-Peakwellenlänge: 659 nm), der durch die Formel 0,5MgF₂·3,5MgO·GeO₂·Mn repräsentiert ist und rote Emission als Hauptemissionspeak zeigt, und ein dritter Leuchtstoff (Emissions-Hauptpeakwellenlänge: 521 nm), der durch die Formel SrAl₂O₄: Eu²⁺ repräsentiert ist und als Hauptemissionspeak grüne Emission zeigt.
In der 10 ist das Emissionsspektrum des Halbleiterbauteils gemäß diesem Beispiel dargestellt. Wenn zusätzlich zum oben genannten Grün emittierenden und zum Rot emittierenden Oxidleuchtstoff mit effizienten Emissionen aufgrund von Anregungslicht von Violett bis Nah-Ultraviolett, der Blau emittierende Oxynitrid-Leuchtstoff gemäß dem Beispiel 3 zugemischt und dispergiert wurde, wurde ein helleres Licht emittierendes Halbleiterbauteil denn je erhalten.
Beispiel 12
Als Nächstes wird ein erfindungsgemäßes Beispiel eines hellen Licht emittierenden Halbleiterbauteils erläutert, das unter Verwendung des gemäß dem Beispiel 6 hergestellten Oxynitrid-Leuchtstoffs aufgebaut wurde.
Der Schnittaufbau des Halbleiterbauteils gemäß diesem Beispiel ist ähnlich wie der in der 9 dargestellte. In ähnlicher Weise wurden, um eine weiße Emissionsfarbe zu erzielen, drei Arten von Leuchtstoffen gemischt und in einem Gießharz dispergiert. Bei diesem Beispiel wurden ein erster Leuchtstoff mit einer Emissions-Peakwellenlänge von 484 nm aus einem durch die Zusammensetzungsformel La_0,4Ce_0,6Si₅Al₂O_1,5N_8,7 repräsentierten Oxynitrid-Leuchtstoff gemäß dem Beispiel 6 mit blauer Emission als Hauptemissionspeak, ein zweiter Leuchtstoff mit einer Emissions-Peakwellenlänge von 655 nm, der durch die Formel CaAl-SiN₃: Eu²⁺ repräsentiert ist und über rote Emission als Hauptemissionspeak verfügt, und ein dritter Leuchtstoff mit einer Emissions-Peakwellenlänge von 537 nm, der durch die Formal β-Sialon: Eu²⁺ repräsentiert ist und grüne Emission als Hauptemissionspeak zeigt, gemischt und dispergiert.
In der 11 ist das Emissionsspektrum des Halbleiterbauteils dieses Beispiels dargestellt. Wenn die drei genannten Arten des Blau emittierenden, des Grün emittierenden und des Rot emittierenden Leuchtstoffs mit effizienter Emission aufgrund von Anregungslicht von Violett bis Nah-Ultraviolett gemischt und dispergiert wurden, wurde ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil erhalten, das heller denn je war. Insbesondere waren bei diesem Beispiel, da Leuchtstoffe mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften gemischt wurden und diese mit identischen Dispersionskonzentrationen im Harz dispergiert wurden, die Streuungen der Emissionsfarben innerhalb des Halbleiterbauteils sowie zwischen verschiedenen Halbleiterbauteilen klein. Ferner wurde unter Verwendung des Merkmals, dass die Variation des Emissionswirkungsgrads aufgrund einer Temperaturänderung während des Betriebs des Oxynitrid-Leuchtstoffs klein ist, ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil erhalten, das im großen Betriebstemperaturbereich von 0 bis 100°C eine Farbvariation zeigt, die 1/6 bis 1/4 derjenigen bei einer weißen LED unter Verwendung vorhandener Oxidleuchtstoffe ist. Ferner sind die Farbwiedergabeeigenschaften des Halbleiterbauteils gemäß dem Beispiel hervorragend, da es blaue, grüne und rote Farbkomponenten enthält.
Beispiel 13
Dieses Beispiel dient zur Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung und ist ein solches, bei dem ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil unter Verwendung des Merkmals eines Oxynitrid-Leuchtstoffs aufgebaut wurde, gemäß dem unter Aufrechterhaltung hoher Helligkeit die Emissionswellenlänge frei kontrolliert werden kann. Dabei wird ein Halbleiterbauteil mit nur zwei Arten von Leuchtstoffen angegeben.
Der Schnittaufbau dieses Halbleiterbauteils ist dem in der 9 dargestellten ähnlich. Um eine weiße Emissionsfarbe zu erzielen, wurden zwei Arten von Leuchtstoffen gemischt und in einem Gießharz dispergiert. Bei diesem Beispiel wurden ein erster Leuchtstoff mit einer Emissions-Peakwellenlänge von 495 nm aus einem durch die Zusammensetzungsformel CeSi₅Al₂O_1,5N_8,7 gemäß dem Beispiel 10 repräsentierter Oxynitrid-Leuchtstoff mit blaugrüner Emission als Hauptemissionspeak sowie ein zweiter Leuchtstoff mit einer Emissions-Peakwellenlänge von 655 nm, der durch die Formel CaAlSiN₃: Eu²⁺ repräsentiert war und rote Emission als Hauptemissionspeak zeigte, gemischt und dispergiert. In der 12 ist das Emissionsspektrum dieses Halbleiterbauteils dargestellt. Wenn die zwei Arten der oben angegebenen, Blaugrün und Rot emittierenden Leuchtstoffe mit effizienter Emission aufgrund von Anregungslicht von Violett bis Nah-Ultraviolett gemischt und dispergiert wurden, wurde ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil erhalten, das heller denn je war. Da die weiße Farbe mit weniger Arten von Leuchtstoffen erzielt werden kann, konnten Streuungen der Emissionsfarben innerhalb eines Halbleiterbauteils und zwischen Halbleiterbauteilen noch weiter verkleinert werden.
Beispiel 14
Das nächste Beispiel ist ein Beispiel zur Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung, bei dem mit nur einer Art von Leuchtstoff ein weißes Licht emittierendes Halbleiterbauteil hergestellt wurde.
Der Schnittaufbau dieses Halbleiterbauteils ist dem der 9 ähnlich. Um eine weiße Emissionsfarbe zu erzielen, wurde in einem Gießharz ein Oxynitrid-Leuchtstoff, der durch die Zusammensetzungsformel gemäß dem Beispiel 10 repräsentiert ist und blaugrüne Emission als Hauptemissionspeak zeigt, als erster Leuchtstoff mit einer Emissions-Peakwellenlänge von 495 nm so dispergiert, dass der Harzanteil stärker als beim Beispiel 13 verringert war. In der 13 ist das Emissionsspektrum dieses Halbleiterbauteils dargestellt. Hinsichtlich der Farbart der Emissionsfarbe der Emission dieses Halbleiterbauteils wurden Farbkoordinaten x und y von 0,24 bzw. 0,36 erzielt, d. h., sie lagen in den Bereichen 0,22 ≤ x ≤ 0,44 bzw. 0,22 ≤ y ≤ 0,44, die die Bedingungen für Weiß darstellen. Demgemäß kann durch nur eine Art eines Leuchtstoffs eine weiße Farbe erzielt werden, so dass die Verwaltung des Herstellvorgangs sehr einfach ist und eine Streuung der Emissionsfarbe innerhalb eines Halbleiterbauteils und zwischen solchen weiter verkleinert werden kann.
Beispiel 15
Dieses erfindungsgemäße Beispiel ist ein solches, bei dem ein Halbleiterbauteil hergestellt wurde, das Licht mit der Farbe einer Glühlampe emittiert. Der Schnittaufbau dieses Halbleiterbauteils ist dem in der 9 dargestellten ähnlich. Um die Farbe einer Glühlampe zu erzielen, wurden in ein Giessharz ein erster Leuchtstoff mit einer Emissions-Peakwellenlänge von 471 nm aus einem durch die Zusammensetzungsformel La_0,6Ce_0,4Si₅Al₂O_1,5N_8,7 gemäss dem Beispiel 4 repräsentierten Oxynitrid-Leuchtstoff mit blaugrüner Emission als Hauptemissionspeak, ein zweiter Leuchtstoff mit einer Emissions-Peakwellenlänge von 655 nm, der durch die Formal CaAlSiN₃: Eu²⁺ repräsentiert ist und rote Emission als Hauptemissionspeak zeigt, sowie ein dritter Leuchtstoff mit einer Emissions-Peakwellenlänge von 537 nm, der durch die Formel β-Sialon: Eu²⁺ repräsentiert ist und grüne Emission als Hauptemissionspeak zeigt, eingemischt und dispergiert.
In der 14 ist das Emissionsspektrum dieses Licht emittierenden Halbleiterbauteils dargestellt. Hinsichtlich der Farbart der Emissionsfarbe dieses Halbleiterbauteils nahmen die Farbkoordinaten x und y die Werte 0,46 bzw. 0,41 ein, was bedeutet, dass sie in den Bereichen 0,36 ≤ 0,50 und 0,33 ≤ y ≤ 0,46 lagen, die die Bedingungen für eine Glühlampenfarbe sind. Ein derartiges Halbleiterbauteil mit Glühlampenfarbe kann anstelle bisheriger Glühlampen verwendet werden, wodurch ein sehr niedriger Energieverbrauch erzielt werden kann und die Austauschhäufigkeit sehr gesenkt werden kann. Da das Spektrum dieses Halbleiterbauteils blaue, grüne und rote Komponenten enthält, sind auch die Farbwiedergabeeigenschaften hervorragend.

Claims

Licht emittierendes Halbleiterbauteil mit: – einem Licht emittierenden Halbleiterelement (7), das Licht mit einer Emissions-Peakwellenlänge von 370 nm oder mehr oder 420 nm oder weniger emittiert; und – einem ersten Leuchtstoff, der durch von diesem Halbleiterelement emittiertem Licht angeregt wird und eine Emissions-Peakwellenlänge von 460 nm oder mehr und 510 nm oder weniger aufweist; – einem zweiten Leuchtstoff, der durch vom Halbleiterelement (7) emittiertes Licht angeregt wird und eine Emissions-Peakwellenlänge von 600 nm oder mehr und 670 nm oder weniger aufweist; – einem dritten Leuchtstoff, der durch vom Halbleiterelement (7) emittiertes Licht angeregt wird und eine Emissions-Peakwellenlänge von 510 nm oder mehr und 550 nm oder weniger aufweist; – wobei der erste Leuchtstoff ein Oxynitrid-Leuchtstoff ist, der durch die Zusammensetzungsformel La_1-aCe_aSi_bAl_cO_dN_e repräsentiert ist, wobei – der Index a, der den Zusammensetzungsanteil von Ce repräsentiert, eine reelle Zahl im Bereich 0,1 ≤ a ≤ 1 ist; – der Index b, der den Zusammensetzungsanteil von Si repräsentiert, eine reelle Zahl im Bereich b = (6 – z) × f ist; – der Index c, der den Zusammensetzungsanteil von Al repräsentiert, eine reelle Zahl im Bereich c = (1 + z) × g ist; – der Index d, der den Zusammensetzungsanteil von O repräsentiert, eine reelle Zahl im Bereich d = z × h ist; – der Index e, der den Zusammensetzungsanteil von N repräsentiert, eine reelle Zahl im Bereich e = (10 – z) × i ist; – z eine reelle Zahl im Bereich 0,1 ≤ z ≤ 3 ist; – f eine reelle Zahl im Bereich 0,7 ≤ f ≤ 1,3 ist; – g eine reelle Zahl im Bereich 0,7 ≤ g ≤ 3 ist; – h eine reelle Zahl im Bereich 0,7 ≤ h ≤ 3 ist; – i eine reelle Zahl im Bereich 0,7 ≤ i ≤ 1,3 ist; – eine JEM-Phase mit einer Menge von 50% oder mehr enthalten ist; und wobei vom zweiten und dritten Leuchtstoff mindestens einer Si und N mit einer Gesamtmenge von 50 Mol% oder mehr enthält.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht emittierende Halbleiterelement (7) über eine aktive Schicht aus InGaN verfügt.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht emittierende Halbleiterelement (7) Licht mit der Emissions-Peakwellenlänge von 390 nm oder mehr und 420 nm oder weniger emittiert.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass d eine reelle Zahl ist, die der Bedingung 1 < d ≤ 2 genügt und e eine reelle Zahl ist, die der Bedingung 8 < e < 9 genügt.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Index a, der den Zusammensetzungsanteil von Ce repräsentiert, eine reelle Zahl im Bereich 0,2 ≤ a ≤ 0,7 ist.