JP2000183393A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JP2000183393A JP2000183393A JP35614498A JP35614498A JP2000183393A JP 2000183393 A JP2000183393 A JP 2000183393A JP 35614498 A JP35614498 A JP 35614498A JP 35614498 A JP35614498 A JP 35614498A JP 2000183393 A JP2000183393 A JP 2000183393A
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- light
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Abstract
(57)【要約】
【課題】小型で照明用光源の用途に有用な半導体発光素
子を提供する。 【解決手段】基板１上にｎ形ＧａＮ層よりなるｎ形半導
体層２が積層され、続いてＩｎＧａ1-XＮよりなる第１
の活性層３ａ、第２の活性層３ｂ，第３の活性層３ｃが
順次積層され、第３の活性層３ｃ上にｐ形ＧａＮ層より
なるｐ形半導体層４が積層されている。各活性層３ａ，
３ｂ，３ｃはそれぞれ青色、緑色、赤色の光を発光する
ようにＩｎとＧａの組成比を設定してある。ｎ形半導体
層２に電極５を形成し、ｐ形半導体層に電極６が形成し
てある。
子を提供する。 【解決手段】基板１上にｎ形ＧａＮ層よりなるｎ形半導
体層２が積層され、続いてＩｎＧａ1-XＮよりなる第１
の活性層３ａ、第２の活性層３ｂ，第３の活性層３ｃが
順次積層され、第３の活性層３ｃ上にｐ形ＧａＮ層より
なるｐ形半導体層４が積層されている。各活性層３ａ，
３ｂ，３ｃはそれぞれ青色、緑色、赤色の光を発光する
ようにＩｎとＧａの組成比を設定してある。ｎ形半導体
層２に電極５を形成し、ｐ形半導体層に電極６が形成し
てある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード、
半導体レーザ（いわゆるレーザダイオード）などの半導
体発光素子に関するものである。
半導体レーザ（いわゆるレーザダイオード）などの半導
体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、発光ダイオード（以下、ＬＥ
Ｄと称す）や半導体レーザ（以下、ＬＤと称す）などの
半導体発光素子は小型で長寿命な光源として知られてい
る。ＬＥＤは、従来よりディスプレイ用やサイン用など
の表示用光源の用途などに利用されていたが、近年では
橙色発光ＬＥＤが足下灯用や誘導灯用などの光源として
の応用もなされてきている。
Ｄと称す）や半導体レーザ（以下、ＬＤと称す）などの
半導体発光素子は小型で長寿命な光源として知られてい
る。ＬＥＤは、従来よりディスプレイ用やサイン用など
の表示用光源の用途などに利用されていたが、近年では
橙色発光ＬＥＤが足下灯用や誘導灯用などの光源として
の応用もなされてきている。
【０００３】代表的な可視光ＬＥＤは、赤色発光ＬＥＤ
としてＡｌＧａＡｓ系やＡｌＩｎＧａＰ系の材料、橙色
発光ＬＥＤとしてＧａＡｓＰ：Ｎ系の材料、緑色および
青色発光ＬＥＤとしてＩｎＧａＮ系の材料が用いられ、
ＲＧＢの３原色の発光色を得ることが可能になってい
る。
としてＡｌＧａＡｓ系やＡｌＩｎＧａＰ系の材料、橙色
発光ＬＥＤとしてＧａＡｓＰ：Ｎ系の材料、緑色および
青色発光ＬＥＤとしてＩｎＧａＮ系の材料が用いられ、
ＲＧＢの３原色の発光色を得ることが可能になってい
る。
【０００４】ところで、ＬＥＤもＬＤも基本構造はダイ
オードで、活性層に注入された電子・正孔の再結合で発
生する光が放出されるものであり、従来のＬＥＤおよび
ＬＤの発光波長は活性層のバンドギャップに応じて決ま
り、所望の単色光を得るようになっている。これは、例
えば、ディスプレイ用などの表示用光源としては、単色
光の方が認識性が高くなるからである。
オードで、活性層に注入された電子・正孔の再結合で発
生する光が放出されるものであり、従来のＬＥＤおよび
ＬＤの発光波長は活性層のバンドギャップに応じて決ま
り、所望の単色光を得るようになっている。これは、例
えば、ディスプレイ用などの表示用光源としては、単色
光の方が認識性が高くなるからである。
【０００５】一方、ＬＥＤを照明用光源として利用する
場合、単色光では照らされている物体の色を判別できな
いので、発光色の異なるＬＥＤ（例えば、ＲＧＢ各色の
ＬＥＤ）を一平面上に複数個配設し混色することにより
所望の発光色を得ることが提案されている。
場合、単色光では照らされている物体の色を判別できな
いので、発光色の異なるＬＥＤ（例えば、ＲＧＢ各色の
ＬＥＤ）を一平面上に複数個配設し混色することにより
所望の発光色を得ることが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
にＬＥＤを照明用光源として利用する場合、発光色の異
なるＬＥＤを一平面上に複数個配設する必要があるの
で、光源のサイズが大きくなり、結果的に照明装置が大
型化してしまうという不具合がある。また、一つの照明
装置の中に発光色が異なる複数個のＬＥＤを配設したも
のでは、近くから見た場合に照明装置の発光部分に色む
らが発生するという不具合や、照明装置によって照らさ
れる照明範囲において照度むらや色ずれが発生するとい
う不具合がある。
にＬＥＤを照明用光源として利用する場合、発光色の異
なるＬＥＤを一平面上に複数個配設する必要があるの
で、光源のサイズが大きくなり、結果的に照明装置が大
型化してしまうという不具合がある。また、一つの照明
装置の中に発光色が異なる複数個のＬＥＤを配設したも
のでは、近くから見た場合に照明装置の発光部分に色む
らが発生するという不具合や、照明装置によって照らさ
れる照明範囲において照度むらや色ずれが発生するとい
う不具合がある。
【０００７】そこで、一つのパッケージ（モールド樹
脂）の内部に発光色の異なる複数のＬＥＤチップを組み
込んで、各色のチップを近接配置することにより、色む
らを抑制することが考えられるが、この場合もある程度
の色むらは発生し、レンズに対する各チップの相対的な
位置が異なるので、レンズへの各チップからの光の入射
角度が変り、角度によって発光色が変ってくるという不
具合がある。
脂）の内部に発光色の異なる複数のＬＥＤチップを組み
込んで、各色のチップを近接配置することにより、色む
らを抑制することが考えられるが、この場合もある程度
の色むらは発生し、レンズに対する各チップの相対的な
位置が異なるので、レンズへの各チップからの光の入射
角度が変り、角度によって発光色が変ってくるという不
具合がある。
【０００８】また、ＬＥＤを照明用光源の用途として用
いる場合は、演色性が一つの重要な指標となる。発光色
の異なる複数のＬＥＤを組み合わせて使用した場合に、
各ＬＥＤの発光強度を調整することで、どの程度の平均
演色評価指数が得られるかをシミュレーション解析で求
めた結果を図７に示す。ここにおいて、図７は、ＣＩＥ
ｘ、ｙによる色度座標図であって、馬蹄形の曲線上の各
点は純色の色度点を示し各点近傍に記載されている数値
は純色（スペクトル幅が５ｎｍ以下）のピーク波長を示
す。また、図７中の３０００Ｋ〜１００００Ｋの数値が
付された点は、ケルビンで表された温度の黒体からの放
射光の色度座標を示す。図７中の領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３
は、ピーク発光波長が６８０ｎｍの赤色発光ＬＥＤ、ピ
ーク発光波長が５２０ｎｍの緑色発光ＬＥＤ、ピーク発
光波長が４７０ｎｍの青色発光ＬＥＤを用いて、各ＬＥ
Ｄの発光強度を変えた時の複合色の平均演色評価指数を
表しており、Ｌ１は平均演色評価指数が４０〜４９の領
域を、Ｌ２は５０〜５９の領域を、Ｌ３は６０〜６９の
領域を、それぞれ示している。また、図７中のＧ，Ｂ，
Ｒで示す点はそれぞれ緑色発光ＬＥＤ、青色発光ＬＥ
Ｄ、赤色発光ＬＥＤそれぞれの色度座標を示す。図７か
ら３つの単色光をいくら組み合わせても、平均演色評価
指数は最大でも６９しか達成することができないことが
わかる。これは各ＬＥＤの発光スペクトルが極めて鋭い
単色スペクトルであることが要因の一つである。
いる場合は、演色性が一つの重要な指標となる。発光色
の異なる複数のＬＥＤを組み合わせて使用した場合に、
各ＬＥＤの発光強度を調整することで、どの程度の平均
演色評価指数が得られるかをシミュレーション解析で求
めた結果を図７に示す。ここにおいて、図７は、ＣＩＥ
ｘ、ｙによる色度座標図であって、馬蹄形の曲線上の各
点は純色の色度点を示し各点近傍に記載されている数値
は純色（スペクトル幅が５ｎｍ以下）のピーク波長を示
す。また、図７中の３０００Ｋ〜１００００Ｋの数値が
付された点は、ケルビンで表された温度の黒体からの放
射光の色度座標を示す。図７中の領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３
は、ピーク発光波長が６８０ｎｍの赤色発光ＬＥＤ、ピ
ーク発光波長が５２０ｎｍの緑色発光ＬＥＤ、ピーク発
光波長が４７０ｎｍの青色発光ＬＥＤを用いて、各ＬＥ
Ｄの発光強度を変えた時の複合色の平均演色評価指数を
表しており、Ｌ１は平均演色評価指数が４０〜４９の領
域を、Ｌ２は５０〜５９の領域を、Ｌ３は６０〜６９の
領域を、それぞれ示している。また、図７中のＧ，Ｂ，
Ｒで示す点はそれぞれ緑色発光ＬＥＤ、青色発光ＬＥ
Ｄ、赤色発光ＬＥＤそれぞれの色度座標を示す。図７か
ら３つの単色光をいくら組み合わせても、平均演色評価
指数は最大でも６９しか達成することができないことが
わかる。これは各ＬＥＤの発光スペクトルが極めて鋭い
単色スペクトルであることが要因の一つである。
【０００９】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、小型で照明用光源の用途に有用な半
導体発光素子を提供することにある。
あり、その目的は、小型で照明用光源の用途に有用な半
導体発光素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、異種導電形の半導体層間に同一
の元素からなる混晶であって互いに発光色の異なる少な
くとも２層の活性層を有し、前記両半導体層間に通電す
るための一対の電極を備えてなることを特徴とするもの
であり、両電極間に順方向電圧を印加することによって
１チップから活性層の数に応じた種類の発光色の光が放
出されるので、従来のように発光色の異なる複数個の半
導体発光素子を近接配置した場合に問題となる色むらや
角度による発光色の変化を防止することができ、小型の
照明用光源として利用することができる。ここにおい
て、活性層を３層設け、各活性層の発光色がそれぞれ赤
色、緑色、青色となるように各活性層の組成比を設定す
れば、白色光を得ることができる。
目的を達成するために、異種導電形の半導体層間に同一
の元素からなる混晶であって互いに発光色の異なる少な
くとも２層の活性層を有し、前記両半導体層間に通電す
るための一対の電極を備えてなることを特徴とするもの
であり、両電極間に順方向電圧を印加することによって
１チップから活性層の数に応じた種類の発光色の光が放
出されるので、従来のように発光色の異なる複数個の半
導体発光素子を近接配置した場合に問題となる色むらや
角度による発光色の変化を防止することができ、小型の
照明用光源として利用することができる。ここにおい
て、活性層を３層設け、各活性層の発光色がそれぞれ赤
色、緑色、青色となるように各活性層の組成比を設定す
れば、白色光を得ることができる。
【００１１】請求項２の発明は、異種導電形の半導体層
間に同一の元素からなる混晶であって厚み方向に沿って
組成比が連続的に変化された活性層を有し、前記両半導
体層間に通電するための一対の電極を備えてなることを
特徴とするものであり、両電極間に順方向電圧を印加す
ることによって１チップからブロードな発光スペクトル
を得ることができるので、発光スペクトルのスペクトル
幅が狭い従来の半導体発光素子を用いた場合に比べて平
均演色評価指数の高い光源を実現することができ、小型
の照明用光源として利用することができる。ここにおい
て、活性層が、発光色として青色、緑色、赤色を含む連
続的でブロードな発光スペクトルを有するように上記組
成を設定すれば、白色光を得ることができる。
間に同一の元素からなる混晶であって厚み方向に沿って
組成比が連続的に変化された活性層を有し、前記両半導
体層間に通電するための一対の電極を備えてなることを
特徴とするものであり、両電極間に順方向電圧を印加す
ることによって１チップからブロードな発光スペクトル
を得ることができるので、発光スペクトルのスペクトル
幅が狭い従来の半導体発光素子を用いた場合に比べて平
均演色評価指数の高い光源を実現することができ、小型
の照明用光源として利用することができる。ここにおい
て、活性層が、発光色として青色、緑色、赤色を含む連
続的でブロードな発光スペクトルを有するように上記組
成を設定すれば、白色光を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】（実施形態１）まず、本実施形態
の半導体発光素子の基本となる構成について図３および
図４を参照しながら説明する。
の半導体発光素子の基本となる構成について図３および
図４を参照しながら説明する。
【００１３】半導体発光素子は、図３に示すように、ｎ
形半導体層２とｐ形半導体層４との間に２層の活性層３
ａ，３ｂを有し（活性層の数は３層以上でもよい）、前
記両半導体層２，４間に通電するための一対の電極５，
６を備えている。したがって、通電時には全ての活性層
３ａ，３ｂに電流が流れる。ここにおいて、ｎ形半導体
層２は、基板１上に積層されているが、基板１とｎ形半
導体層２との間には、いわゆるバッファ層を介在させる
ことが望ましい。また、各活性層３ａ，３ｂに隣接し
て、もしくは活性層３ａ，３ｂの間にクラッド層を形成
してもよく、クラッド層を形成した方が各活性層３ａ，
３ｂの発光効率は高くなる。
形半導体層２とｐ形半導体層４との間に２層の活性層３
ａ，３ｂを有し（活性層の数は３層以上でもよい）、前
記両半導体層２，４間に通電するための一対の電極５，
６を備えている。したがって、通電時には全ての活性層
３ａ，３ｂに電流が流れる。ここにおいて、ｎ形半導体
層２は、基板１上に積層されているが、基板１とｎ形半
導体層２との間には、いわゆるバッファ層を介在させる
ことが望ましい。また、各活性層３ａ，３ｂに隣接し
て、もしくは活性層３ａ，３ｂの間にクラッド層を形成
してもよく、クラッド層を形成した方が各活性層３ａ，
３ｂの発光効率は高くなる。
【００１４】活性層３ａ，３ｂはそれぞれ、図４に示す
ように当該活性層３ａ，３ｂを構成する半導体結晶材料
に応じたバンドギャップエネルギＥｇ3a，Ｅｇ3bを持つ
が、ｐ形半導体層４からｎ形半導体層２へ向かう向きに
沿ってｐ形半導体層４側にバンドギャップエネルギが大
きな活性層３ｂを設ける。なお、図４において、Ｅｇ n
はｎ形半導体層２のバンドギャップエネルギを示し、Ｅ
ｇpはｐ形半導体層４のバンドギャップエネルギを示
す。
ように当該活性層３ａ，３ｂを構成する半導体結晶材料
に応じたバンドギャップエネルギＥｇ3a，Ｅｇ3bを持つ
が、ｐ形半導体層４からｎ形半導体層２へ向かう向きに
沿ってｐ形半導体層４側にバンドギャップエネルギが大
きな活性層３ｂを設ける。なお、図４において、Ｅｇ n
はｎ形半導体層２のバンドギャップエネルギを示し、Ｅ
ｇpはｐ形半導体層４のバンドギャップエネルギを示
す。
【００１５】図３に示す構造の半導体発光素子を駆動す
ると、各活性層３ａ，３ｂからそれぞれ異なる発光色の
光が放出されるので、１チップから複数のピーク波長の
発光を得ることができる。
ると、各活性層３ａ，３ｂからそれぞれ異なる発光色の
光が放出されるので、１チップから複数のピーク波長の
発光を得ることができる。
【００１６】次に、本実施形態の半導体発光素子を図１
および図２を参照しながら説明する。
および図２を参照しながら説明する。
【００１７】本実施形態の半導体発光素子は、ＬＥＤで
あって、図１に示すように、基板１上にｎ形ＧａＮ層よ
りなるｎ形半導体層２を積層し、続いてＩｎＧａ1-XＮ
よりなる第１の活性層３ａ、第２の活性層３ｂ，第３の
活性層３ｃを順次積層し、第３の活性層３ｃ上にｐ形Ｇ
ａＮ層よりなるｐ形半導体層４を積層してある。ここに
おいて、各層２、３ａ〜３ｃ、４は例えばＭＯＣＶＤ法
などによって連続的に成長すればよく、ｎ形半導体層２
を成長する前にバッファ層を基板１上に積層することが
望ましい。各活性層３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞれ青色、
緑色、赤色の光を発光するようにＩｎとＧａの組成比
（モル組成比）を設定してある（つまり、ＩｎＧａ1-X
ＮのＸを設定してある）。また、本実施形態では、基板
１としてサファイア基板を用いているので、ｎ形半導体
層２に電極５を形成し、ｐ形半導体層に電極６が形成し
てある。
あって、図１に示すように、基板１上にｎ形ＧａＮ層よ
りなるｎ形半導体層２を積層し、続いてＩｎＧａ1-XＮ
よりなる第１の活性層３ａ、第２の活性層３ｂ，第３の
活性層３ｃを順次積層し、第３の活性層３ｃ上にｐ形Ｇ
ａＮ層よりなるｐ形半導体層４を積層してある。ここに
おいて、各層２、３ａ〜３ｃ、４は例えばＭＯＣＶＤ法
などによって連続的に成長すればよく、ｎ形半導体層２
を成長する前にバッファ層を基板１上に積層することが
望ましい。各活性層３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞれ青色、
緑色、赤色の光を発光するようにＩｎとＧａの組成比
（モル組成比）を設定してある（つまり、ＩｎＧａ1-X
ＮのＸを設定してある）。また、本実施形態では、基板
１としてサファイア基板を用いているので、ｎ形半導体
層２に電極５を形成し、ｐ形半導体層に電極６が形成し
てある。
【００１８】各活性層３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞれ、図
２に示すように当該活性層３ａ，３ｂ，３ｃを構成する
半導体結晶材料に応じたバンドギャップエネルギＥ
ｇ3a，Ｅｇ3b，Ｅｇ3cを持つが、ｐ形半導体層４からｎ
形半導体層２へ向かう向きに沿ってｐ形半導体層４側に
バンドギャップエネルギが大きな第３の活性層３ｃを設
け、その次に第２の活性層３ｂを設け、ｎ形半導体層２
に一番近い側に第１の活性層３ａを設けてある。なお、
図２において、Ｅｇnはｎ形半導体層２のバンドギャッ
プエネルギを示し、Ｅｇpはｐ形半導体層４のバンドギ
ャップエネルギを示す。
２に示すように当該活性層３ａ，３ｂ，３ｃを構成する
半導体結晶材料に応じたバンドギャップエネルギＥ
ｇ3a，Ｅｇ3b，Ｅｇ3cを持つが、ｐ形半導体層４からｎ
形半導体層２へ向かう向きに沿ってｐ形半導体層４側に
バンドギャップエネルギが大きな第３の活性層３ｃを設
け、その次に第２の活性層３ｂを設け、ｎ形半導体層２
に一番近い側に第１の活性層３ａを設けてある。なお、
図２において、Ｅｇnはｎ形半導体層２のバンドギャッ
プエネルギを示し、Ｅｇpはｐ形半導体層４のバンドギ
ャップエネルギを示す。
【００１９】ところで、本実施形態では、各活性層３ａ
〜３ｃをＩｎＧａ1-XＮのように同一の元素からなりＩ
ｎとＧａの組成比（モル組成比）によって発光色が変化
する混晶により構成し、また、ｎ形半導体層２をｎ形Ｇ
ａＮ層により構成し、ｐ形半導体層４をｐ形ＧａＮ層に
より構成してあるので、ｎ形半導体層２、第１の活性層
３ａ、第２の活性層３ｂ、第３の活性層３ｃ、ｐ形半導
体層４を格子整合性良く積層することが可能になる。な
お、各活性層３ａ〜３ｃを異なる半導体結晶材料により
構成することも考えられるが、格子整合や成長条件など
の面からは同じ半導体結晶材料により構成する方が有利
な場合が多い。ＩｎＧａ1-XＮは、組成比を変えること
により、発光色を赤色から青色の範囲まで発光させるこ
とができる半導体結晶材料の一つである。
〜３ｃをＩｎＧａ1-XＮのように同一の元素からなりＩ
ｎとＧａの組成比（モル組成比）によって発光色が変化
する混晶により構成し、また、ｎ形半導体層２をｎ形Ｇ
ａＮ層により構成し、ｐ形半導体層４をｐ形ＧａＮ層に
より構成してあるので、ｎ形半導体層２、第１の活性層
３ａ、第２の活性層３ｂ、第３の活性層３ｃ、ｐ形半導
体層４を格子整合性良く積層することが可能になる。な
お、各活性層３ａ〜３ｃを異なる半導体結晶材料により
構成することも考えられるが、格子整合や成長条件など
の面からは同じ半導体結晶材料により構成する方が有利
な場合が多い。ＩｎＧａ1-XＮは、組成比を変えること
により、発光色を赤色から青色の範囲まで発光させるこ
とができる半導体結晶材料の一つである。
【００２０】本実施形態のＬＥＤでは、両電極５，６間
に順方向電圧（動作電圧）を印加すると、ｎ形半導体層
２から注入された電子とｐ層半導体層４から注入された
正孔は３つの活性層３ａ，３ｂ，３ｃのいずれかで結合
を行いフォトンを発生する。ここにおいて、フォトンの
エネルギは結合した活性層３ａ〜３ｃのバンドギャップ
エネルギによって変るので、このＬＥＤから発生するフ
ォトンのエネルギは複数になる。
に順方向電圧（動作電圧）を印加すると、ｎ形半導体層
２から注入された電子とｐ層半導体層４から注入された
正孔は３つの活性層３ａ，３ｂ，３ｃのいずれかで結合
を行いフォトンを発生する。ここにおいて、フォトンの
エネルギは結合した活性層３ａ〜３ｃのバンドギャップ
エネルギによって変るので、このＬＥＤから発生するフ
ォトンのエネルギは複数になる。
【００２１】したがって、両電極５，６間に順方向電圧
（動作電圧）を印加することによって第１の活性層３ａ
から赤色の光が放出され、第２の活性層３ｂから緑色の
光が放出され、第３の活性層３ｃから青色の光が放出さ
れるので、つまり、１チップから活性層３ａ〜３ｃの数
に応じた種類の発光色の光が放出されるので、従来のよ
うに発光色の異なる複数個のＬＥＤを近接配置した場合
に問題となる色むらや角度による発光色の変化を防止す
ることができ、小型の照明用光源として利用することが
できる。
（動作電圧）を印加することによって第１の活性層３ａ
から赤色の光が放出され、第２の活性層３ｂから緑色の
光が放出され、第３の活性層３ｃから青色の光が放出さ
れるので、つまり、１チップから活性層３ａ〜３ｃの数
に応じた種類の発光色の光が放出されるので、従来のよ
うに発光色の異なる複数個のＬＥＤを近接配置した場合
に問題となる色むらや角度による発光色の変化を防止す
ることができ、小型の照明用光源として利用することが
できる。
【００２２】また、本実施形態では、各活性層３ａ，３
ｂ，３ｃの発光色がそれぞれ赤色、緑色、青色となるよ
うに各活性層３ａ，３ｂ，３ｃの組成比を設定してある
ので、各活性層３ａ，３ｂ，３ｃからの発光強度を調整
しておくことによって全体として白色光を得ることがで
きる。
ｂ，３ｃの発光色がそれぞれ赤色、緑色、青色となるよ
うに各活性層３ａ，３ｂ，３ｃの組成比を設定してある
ので、各活性層３ａ，３ｂ，３ｃからの発光強度を調整
しておくことによって全体として白色光を得ることがで
きる。
【００２３】（実施形態２）本実施形態の半導体発光素
子はＬＥＤであって、図５に示すように、基板１上にｎ
形ＧａＮ層よりなるｎ形半導体層２を積層し、続いてＩ
ｎＧａ1-XＮよりなる活性層３を積層し、活性層３上に
ｐ形ＧａＮ層よりなるｐ形半導体層４を積層してある。
ここにおいて、各層２、３、４は例えばＭＯＣＶＤ法な
どによって連続的に成長すればよく、ｎ形半導体層２を
成長する前にバッファ層を基板１上に積層することが望
ましい。また、本実施形態では、基板１としてサファイ
ア基板を用いているので、ｎ形半導体層２に電極５を形
成し、ｐ形半導体層に電極６が形成してある。また、活
性層３は、赤色の発光（ピーク波長が６３０ｎｍ）が得
られる組成から徐々に青色の発光（ピーク波長が４６０
ｎｍ）が得られる組成になるように、成長時のガス組成
（流量比）を変えながら積層してある。すなわち、活性
層３は、図６に示すようにｎ形半導体層２側からｐ形半
導体層４側に近づくにつれて徐々にバンドギャップエネ
ルギＥｇ3が大きくなるようにＩｎＧａ1-XＮの組成を変
えてある。図６において、Ｅｇnはｎ形半導体層２のバ
ンドギャップエネルギを示し、Ｅｇpはｐ形半導体層４
のバンドギャップエネルギを示す。なお、活性層３はｎ
形半導体層２側に比べてｐ形半導体層４側の方がバンド
ギャップエネルギが大きくなるようにしておかないと、
活性層３に注入された正孔と電子の結合確率が著しく低
下することになる。
子はＬＥＤであって、図５に示すように、基板１上にｎ
形ＧａＮ層よりなるｎ形半導体層２を積層し、続いてＩ
ｎＧａ1-XＮよりなる活性層３を積層し、活性層３上に
ｐ形ＧａＮ層よりなるｐ形半導体層４を積層してある。
ここにおいて、各層２、３、４は例えばＭＯＣＶＤ法な
どによって連続的に成長すればよく、ｎ形半導体層２を
成長する前にバッファ層を基板１上に積層することが望
ましい。また、本実施形態では、基板１としてサファイ
ア基板を用いているので、ｎ形半導体層２に電極５を形
成し、ｐ形半導体層に電極６が形成してある。また、活
性層３は、赤色の発光（ピーク波長が６３０ｎｍ）が得
られる組成から徐々に青色の発光（ピーク波長が４６０
ｎｍ）が得られる組成になるように、成長時のガス組成
（流量比）を変えながら積層してある。すなわち、活性
層３は、図６に示すようにｎ形半導体層２側からｐ形半
導体層４側に近づくにつれて徐々にバンドギャップエネ
ルギＥｇ3が大きくなるようにＩｎＧａ1-XＮの組成を変
えてある。図６において、Ｅｇnはｎ形半導体層２のバ
ンドギャップエネルギを示し、Ｅｇpはｐ形半導体層４
のバンドギャップエネルギを示す。なお、活性層３はｎ
形半導体層２側に比べてｐ形半導体層４側の方がバンド
ギャップエネルギが大きくなるようにしておかないと、
活性層３に注入された正孔と電子の結合確率が著しく低
下することになる。
【００２４】本実施形態のＬＥＤでは、両電極５，６間
に順方向電圧（動作電圧）印加すると、ｎ形半導体層２
から注入された電子とｐ形半導体層４から注入された正
孔は活性層３の厚み方向においてランダムな位置で結合
し発光するので、４６０ｎｍから６３０ｎｍの範囲にわ
たってブロードな発光を得ることができ、発光スペクト
ルが従来の単色光のＬＥＤの発光スペクトルに比べてブ
ロードになる。
に順方向電圧（動作電圧）印加すると、ｎ形半導体層２
から注入された電子とｐ形半導体層４から注入された正
孔は活性層３の厚み方向においてランダムな位置で結合
し発光するので、４６０ｎｍから６３０ｎｍの範囲にわ
たってブロードな発光を得ることができ、発光スペクト
ルが従来の単色光のＬＥＤの発光スペクトルに比べてブ
ロードになる。
【００２５】ところで、両電極５，６間に通電を行って
得られた発光スペクトルを分析したところ、平均演色評
価指数９０を越える値を得ることができた。
得られた発光スペクトルを分析したところ、平均演色評
価指数９０を越える値を得ることができた。
【００２６】しかして、本実施形態では、発光スペクト
ルのスペクトル幅が狭い従来のＬＥＤを用いた場合に比
べて演色性を高めることができ、平均演色評価指数の高
い光源を実現することができ、小型の照明用光源として
利用することができ、活性層３が、発光色として青色、
緑色、赤色を含む連続的でブロードな発光スペクトルを
有するように上記組成を設定すれば、白色光を得ること
ができる。
ルのスペクトル幅が狭い従来のＬＥＤを用いた場合に比
べて演色性を高めることができ、平均演色評価指数の高
い光源を実現することができ、小型の照明用光源として
利用することができ、活性層３が、発光色として青色、
緑色、赤色を含む連続的でブロードな発光スペクトルを
有するように上記組成を設定すれば、白色光を得ること
ができる。
【００２７】なお、１チップで赤から青までの全可視域
にわたってブロードな連続発光が得られるのが望ましい
が、一定領域でのブロードな発光が得られるように活性
層３を構成したＬＥＤを組み合わせても所望の発光色、
演色性を有する照明用光源として利用することができ
る。
にわたってブロードな連続発光が得られるのが望ましい
が、一定領域でのブロードな発光が得られるように活性
層３を構成したＬＥＤを組み合わせても所望の発光色、
演色性を有する照明用光源として利用することができ
る。
【００２８】ところで、上記各実施形態では、半導体発
光素子としてＬＥＤについてのみ説明したが、同様の活
性層をＬＤに適用してもよいことは勿論である。また、
上記各実施形態では、活性層の材料としてＩｎＧａ1-X
Ｎを用いているが、活性層の材料はＩｎＧａ1-XＮに限
定されるものではなく、組成制御によりバンドギャップ
エネルギが変化し発光スペクトルのピーク波長が変化す
る材料であればよい。
光素子としてＬＥＤについてのみ説明したが、同様の活
性層をＬＤに適用してもよいことは勿論である。また、
上記各実施形態では、活性層の材料としてＩｎＧａ1-X
Ｎを用いているが、活性層の材料はＩｎＧａ1-XＮに限
定されるものではなく、組成制御によりバンドギャップ
エネルギが変化し発光スペクトルのピーク波長が変化す
る材料であればよい。
【００２９】
【発明の効果】請求項１の発明は、異種導電形の半導体
層間に同一の元素からなる混晶であって互いに発光色の
異なる少なくとも２層の活性層を有し、前記両半導体層
間に通電するための一対の電極を備えているので、両電
極間に順方向電圧を印加することによって１チップから
活性層の数に応じた種類の発光色の光が放出されるか
ら、従来のように発光色の異なる複数個の半導体発光素
子を近接配置した場合に問題となる色むらや角度による
発光色の変化を防止することができ、小型の照明用光源
として利用することができるという効果がある。ここに
おいて、活性層を３層設け、各活性層の発光色がそれぞ
れ赤色、緑色、青色となるように各活性層の組成比を設
定すれば、白色光を得ることができる。
層間に同一の元素からなる混晶であって互いに発光色の
異なる少なくとも２層の活性層を有し、前記両半導体層
間に通電するための一対の電極を備えているので、両電
極間に順方向電圧を印加することによって１チップから
活性層の数に応じた種類の発光色の光が放出されるか
ら、従来のように発光色の異なる複数個の半導体発光素
子を近接配置した場合に問題となる色むらや角度による
発光色の変化を防止することができ、小型の照明用光源
として利用することができるという効果がある。ここに
おいて、活性層を３層設け、各活性層の発光色がそれぞ
れ赤色、緑色、青色となるように各活性層の組成比を設
定すれば、白色光を得ることができる。
【００３０】請求項２の発明は、異種導電形の半導体層
間に同一の元素からなる混晶であって厚み方向に沿って
組成比が連続的に変化された活性層を有し、前記両半導
体層間に通電するための一対の電極を備えているので、
両電極間に順方向電圧を印加することによって１チップ
からブロードな発光スペクトルを得ることができるか
ら、発光スペクトルのスペクトル幅が狭い従来の半導体
発光素子を用いた場合に比べて平均演色評価指数の高い
光源を実現することができ、小型の照明用光源として利
用することができるという効果がある。ここにおいて、
活性層が、発光色として青色、緑色、赤色を含む連続的
でブロードな発光スペクトルを有するように上記組成を
設定すれば、白色光を得ることができる。
間に同一の元素からなる混晶であって厚み方向に沿って
組成比が連続的に変化された活性層を有し、前記両半導
体層間に通電するための一対の電極を備えているので、
両電極間に順方向電圧を印加することによって１チップ
からブロードな発光スペクトルを得ることができるか
ら、発光スペクトルのスペクトル幅が狭い従来の半導体
発光素子を用いた場合に比べて平均演色評価指数の高い
光源を実現することができ、小型の照明用光源として利
用することができるという効果がある。ここにおいて、
活性層が、発光色として青色、緑色、赤色を含む連続的
でブロードな発光スペクトルを有するように上記組成を
設定すれば、白色光を得ることができる。
【図１】実施形態１を示す概略構成図である。
【図２】同上のバンドギャップエネルギの説明図であ
る。
る。
【図３】実施形態１の基本となる構成の概略構成図であ
る。
る。
【図４】同上のバンドギャップエネルギの説明図であ
る。
る。
【図５】実施形態２を示す概略構成図である。
【図６】同上のバンドギャップエネルギの説明図であ
る。
る。
【図７】従来例の説明図である。
１ 基板 ２ ｎ形半導体層 ３ａ 第１の活性層 ３ｂ 第２の活性層 ３ｃ 第３の活性層 ４ ｐ形半導体層 ５ 電極 ６ 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 勝 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 木村 秀吉 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 住友 卓 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 日妻 晋二 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA14 AA47 CA04 CA12 CA34 CA40 CA46 CA65 FF11 5F073 BA09 CA07 CB02 CB05 DA05 EA04
Claims (2)
- 【請求項１】 異種導電形の半導体層間に同一の元素か
らなる混晶であって互いに発光色の異なる少なくとも２
層の活性層を有し、前記両半導体層間に通電するための
一対の電極を備えてなることを特徴とする半導体発光素
子。 - 【請求項２】 異種導電形の半導体層間に同一の元素か
らなる混晶であって厚み方向に沿って組成比が連続的に
変化された活性層を有し、前記両半導体層間に通電する
ための一対の電極を備えてなることを特徴とする半導体
発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35614498A JP2000183393A (ja) | 1998-12-15 | 1998-12-15 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35614498A JP2000183393A (ja) | 1998-12-15 | 1998-12-15 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000183393A true JP2000183393A (ja) | 2000-06-30 |
Family
ID=18447561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35614498A Pending JP2000183393A (ja) | 1998-12-15 | 1998-12-15 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000183393A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100682256B1 (ko) | 2005-07-14 | 2007-02-15 | 엘지전자 주식회사 | 발광 다이오드 및 그 제조방법 |
-
1998
- 1998-12-15 JP JP35614498A patent/JP2000183393A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100682256B1 (ko) | 2005-07-14 | 2007-02-15 | 엘지전자 주식회사 | 발광 다이오드 및 그 제조방법 |
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Legal Events
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040210 |
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| A521 | Written amendment |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050808 |
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