JP2002016283A - 化合物半導体ウェハおよび発光素子 - Google Patents

化合物半導体ウェハおよび発光素子

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JP2002016283A
JP2002016283A JP2000195017A JP2000195017A JP2002016283A JP 2002016283 A JP2002016283 A JP 2002016283A JP 2000195017 A JP2000195017 A JP 2000195017A JP 2000195017 A JP2000195017 A JP 2000195017A JP 2002016283 A JP2002016283 A JP 2002016283A
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light
doped
compound semiconductor
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semiconductor wafer
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Katsuya Akimoto
克弥 秋元
Masatomo Shibata
真佐知 柴田
Tadaitsu Tsuchiya
忠厳 土屋
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491Disposition
    • H01L2224/49105Connecting at different heights
    • H01L2224/49107Connecting at different heights on the semiconductor or solid-state body

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  • Led Devices (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 混合色発光素子を従来の単色光発光素子の製
造工程と全く同様の製造工程で製造でき、小型かつ軽量
化を図ることができる化合物半導体ウェハおよび発光素
子を提供する。 【解決手段】 この発光ダイオードは、希土類元素をド
ープした絶縁性あるいは半絶縁性を有する基板1上に、
窒化ガリウム系の複数の半導体層2,3,4,5,6か
ら構成される発光体を積層したものである。希土類元素
は発光体からの発光によって励起されて蛍光を生じ、結
果的に発光体からの発光と希土類元素からの蛍光との混
合色が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、混合色を発生する
ことが可能な化合物半導体ウェハおよび発光素子に関
し、特に、混合色発光素子を従来の単色光発光素子の製
造工程と全く同様の製造工程で製造でき、小型かつ軽量
化を図ることができる化合物半導体ウェハおよび発光素
子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、化合物半導体を用いた発光素子
は、そのエネルギーバンドギャップに応じた単色光また
は単色光に近い光しか放出することができず、例えば
白、赤紫、ピンク等の色は表現できなかった。
【0003】しかし、近年では青色発光ダイオードと青
色以外の蛍光を有する蛍光体を組み合わせ、青色発光ダ
イオードの発光の一部を蛍光体の励起光とし、発光ダイ
オードからの発光と蛍光体からの蛍光との混合色、特に
白色を得る白色発光ダイオードが提案されている。
【0004】このような従来の白色発光ダイオードとし
て、例えば、特開平5−l52609号公報に示される
ものがある。
【0005】この白色発光ダイオードは、青色の光を発
する青色発光素子を、その青色発光素子の発光によって
励起されて蛍光を発する蛍光材料を含む樹脂モールドに
よって包囲したものである。この青色発光素子からの青
色の光と蛍光材料からの蛍光との混合色、例えば白色光
を得ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の白色発
光ダイオードによれば、樹脂モールドに蛍光材料を混入
させる工程が必要がある。この工程は従来の単色発光ダ
イオードの製造工程には含まれない工程であるため、従
来の単色発光ダイオードの製造工程をそのまま適用する
ことができず、これが白色発光ダイオードが高価である
ことの一因となっている。また、蛍光材料を混入させる
ための樹脂モールドが必要であるので、小型かつ軽量化
が制限される。
【0007】従って、本発明の目的は、混合色発光素子
を従来の単色光発光素子の製造工程と全く同様の製造工
程で製造することができる化合物半導体ウェハおよび発
光素子を提供することにある。また、本発明の他の目的
は、小型かつ軽量化を図ることができる化合物半導体ウ
ェハおよび発光素子を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、基板と、前記基板上に形成された複数の半
導体層からなる発光体とを備え、前記基板は、少なくと
も1種類の希土類元素を含むことを特徴とする化合物半
導体ウェハを提供する。上記構成によれば、希土類元素
は発光体からの発光によって励起されて蛍光を生じ、結
果的に発光体からの発光と希土類元素からの蛍光との混
合色が得られる。
【0009】本発明は、上記目的を達成するため、基板
と、前記基板上に形成された複数の半導体層からなる発
光体と、前記発光体に電圧を印加するための一対の電極
とを備え、前記基板は、少なくとも1種類の希土類元素
を含むことを特徴とする発光素子を提供する。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態に係る発光ダ
イオードは、蛍光体である希土類元素がドープされてい
る絶縁性あるいは半絶縁性を有する基板上に、複数の半
導体層から構成される発光体を積層して化合物半導体ウ
ェハを形成し、この化合物半導体ウェハを加工すること
により得られる。
【0011】希土類元素は、発光体からの発光によつて
励起されて蛍光を生じ、結果的に発光体からの発光と希
土類元素からの蛍光との混合色が得られる。希土類元素
は、必ずしも1種類である必要はなく、複数であっても
よく、Ce、Nd、Sm、Eu、Er、Tm、Ybのい
ずれかの元素から選択される。希土類元素は、元素ごと
に特定の波長の蛍光を生じるため、希土類元素の種類を
適当に選択することで所望の混合色を得ることが可能で
ある。例えば、発光体からの発光と補色の関係にある蛍
光を有する蛍光体を用いれば白色を得ることが可能であ
る。
【0012】発光体を構成する半導体層は、特に制限は
ないが、一般的に、蛍光体の励起に必要な波長は蛍光の
波長よりも短くなければならないことを考慮すると、青
色の発光を有する窒化ガリウム(GaN)系化合物半導
体が好ましい。この場合、基板としては、GaN系化合
物半導体の積層に最適であるサファイア基板が好まし
い。また、半導体層は、必ずしもGaN系化合物半導体
で構成される必要はなく、所望の色および蛍光体の最適
励起波長に合わせてGaAs系、AlGaAs系、Ga
P系等の化合物半導体で構成してもよい。この場合、基
板としては、それぞれの半導体層に適した材料、例えば
GaAs基板等を用いることができる。さらに、発光体
の発光は必ずしも単色である必要はなく、所望の色が得
られるように2つ以上の発光スペクトルのピークを有す
るように半導体層を構成してもよい。
【0013】蛍光体は、必ずしも1種類または2種類で
ある必要はなく、必要に応じて3種類以上のものを用い
てもよい。また、蛍光体の発光波長は必ずしも1つであ
る必要はなく2つ以上の発光ピークを有するものを使用
してもよい。
【0014】発光体および蛍光体は、共にそれぞれのエ
ネルギー準位で規定されている波長の光しか放出できな
い。そのため、これらを単独で発光させたときのCIE
−XYZ表色系における色度座標はある一点に定まる。
発光体の発光の色度座標を(XLED,YLED)、蛍光体の
発光の色度座標を(XPH,YPH)とすると、本実施の形
態による発光体の発光の色度座標はこの2点(XLED
LED)、(XPH,YPH)を結ぶ直線上に存在する。直
線上のどの点になるかは発光体の発光強度と蛍光体の発
光強度の比で決まり、発光体の発光強度が強ければ、
(XLED,YLED)に近づき、蛍光体の発光強度に近づけ
ば、(XPH,YPH)に近づく。従って、蛍光体の配合量
を制御することで2点間を結ぶ直線上の所望の色を得る
ことができる。また、蛍光体が2種類以上ある場合に
は、同様の方法で順次混合色の色度座標を求めていけば
最終的な発光体の色度座標が求まる。なお、CIE−X
YZ表色系における混色については、例えば「光工学ハ
ンドブック」(小瀬他,朝倉書店(1986))pl1
6−ll9に詳細が述べられている。
【0015】本実施の形態によれば、基板そのものが発
光するため、化合物半導体ウェハの形状は、従来の単色
光発光素子、およびその製造のための化合物半導体ウェ
ハと全く同様の形状とすることができる。そのため、発
光素子内に蛍光体含有層を設けたりする必要はなく、従
来の単色光発光素子の製造工程と全く同様の製造工程で
混合色発光素子を製造することが可能になる。また、希
土類元素のドープ量を制御することで、発光体からの発
光と希土類元素からの蛍光の割合を制御し、混合色を制
御することも可能である。また、本発光ダイオードは、
照明機器、液晶用バックライト、各種インジケータ、表
示パネル等、これまで単色の発光ダイオードでは表現で
きなかった分野に応用が可能である。さらに、低消費電
力、軽量、小型等の利点を生かし、蛍光灯等の従来の照
明機器の置き換えも可能である。
【0016】
【実施例】図1は、本発明の実施例1の発光ダイオード
を示す。この発光ダイオードは、Erをドープしたサフ
ァイア基板1と、この基板1上に順次形成されたSiド
ープn型GaN層2、Siドープn型AlGaN層3、
アンドープGaN層4、Mgドープp型AlGaN層5
およびMgドープp型GaN層6と、Mgドープp型G
aN層6上に形成されたp型電極7と、Siドープn型
GaN層2上に形成されたn型電極8とを有する。
【0017】次に、この発光ダイオードの製造方法を説
明する。まず、Erをドープしたサファイア基板1を準
備し、このErドープサファイア基板1上に、有機金属
気相成長法を用いて、Siドープn型GaN層2、Si
ドープn型AlGaN層3、アンドープGaN層4、M
gドープp型AlGaN層5、Mgドープp型GaN層
6をこの順に積層する。Mgドープ層5,6をp型化さ
せるために窒素雰囲気中で熱処理を施す。この熱処理を
施してMgドープ層5,6をp型化させる段階で、結晶
表面の一部をエッチングによりn型GaN層2に到達す
るまで掘り下げ、n型GaN層2上にn側電極8を、p
型GaN層6上にp側電極7をそれぞれ形成すると、ダ
ブルヘテロ構造のGaN系LEDが作製できる。なお、
これらGaN系材料を積層して成長させることにより発
光ダイオードを作製する技術は公知であり、例えば、A
ppl.Phys.Lett.64(1994)168
7‐1689等に詳しく開示されている。
【0018】図2は、こうして作製した発光ダイオード
の電極7,8にそれぞれワイヤ9をボンデイングして通
電して得られた発光スペクトルである。波長450nm
近傍のピークはGaN活性層4からの発光であり、波長
540nm近傍のピークはサファイア基板1にドープさ
れたErからの発光である。色度座標を測定したところ
x=1.6、y=2.7であった。目視により確認した
ところ、発光はやや青みのかかった白色であった。
【0019】図3は、本発明の実施例2に係る発光ダイ
オードを示す。この第2の実施の形態は、サファイア基
板10にErおよびEuをドープしたものを用いたもの
であり、他は第1の実施の形態と同様に構成されてい
る。
【0020】図4は、この発光ダイオードの電極7,8
にそれぞれワイヤ9をボンディングして通電して得られ
た発光スペクトルである。波長450nm近傍のピーク
はGaN活性層4からの発光、波長540nm近傍のピ
ークはサファイア基板10にドープされたErからの発
光、波長620nm近傍のピークはサファイア基板10
にドープされたEuからの発光である。色度座標を測定
したところx=2.7、y=2.7であった。目視によ
り確認したところ、発光は白色であった。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板に希土類元素をドープしているので、発光体からの
発光と希土類元素からの蛍光との混合色が得られ、発光
素子内に蛍光体含有層を設ける必要がないため、従来の
単色光発光素子の製造工程と全く同様の製造工程で小型
かつ軽量の混色発光素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る発光ダイオー
ドの構造を示す断面図
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る発光ダイオー
ドの発光スペクトル
【図3】本発明の第2の実施の形態に係る発光ダイオー
ドの構造を示す断面図
【図4】本発明の第2の実施の形態に係る発光ダイオー
ドの発光スペクトル
【符号の説明】
1 Erドープサファイア基板 2 Siドープn型GaN層 3 Siドープn型AlGaN層 4 アンドープGaN活性層 5 Mgドープp型AlGaN層 6 Mgドープp型GaN層 7 p型電極 8 n型電極 9 ワイヤ 10 Er,Euドープサファイア基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土屋 忠厳 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社アドバンスリサーチセンタ内 Fターム(参考) 4H001 CA05 CA07 XA07 XA08 XA13 XA31 YA12 YA14 YA58 YA60 YA62 YA63 YA68 YA69 YA70 5F041 AA14 AA47 CA34 CA35 CA36 CA37 CA40 CA46 CA49 CA50 CA57 DA07 FF01 FF11

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板と、 前記基板上に形成された複数の半導体層からなる発光体
    とを備え、 前記基板は、少なくとも1種類の希土類元素を含むこと
    を特徴とする化合物半導体ウェハ。
  2. 【請求項2】前記少なくとも1種類の希土類元素は、C
    e、Nd、Sm、Eu、Er、Tm、Ybのいずれかの
    元素であることを特徴とする請求項1記載の化合物半導
    体ウェハ。
  3. 【請求項3】前記基板は、主にサファイアで構成されて
    いることを特徴とする請求項1記載の化合物半導体ウェ
    ハ。
  4. 【請求項4】前記発光体は、窒化ガリウム系の前記複数
    の半導体層で構成されることを特徴とする請求項1記載
    の化合物半導体ウェハ。
  5. 【請求項5】前記発光体は、少なくとも1組のpn接合
    を構成していることを特徴とする請求項1記載の化合物
    半導体ウェハ。
  6. 【請求項6】サファイア基板上に、Siドープn型Ga
    N層、Siドープn型AlGaN層、アンドープGaN
    層、Mgドープp型AlGaN層およびMgドープp型
    GaN層をこの順に積層してなる化合物半導体ウェハに
    おいて、 前記サファイア基板は、Erをドープされたことを特徴
    とする化合物半導体ウェハ。
  7. 【請求項7】サファイア基板上に、Siドープn型Ga
    N層、Siドープn型AlGaN層、アンドープGaN
    層、Mgドープp型AlGaN層およびMgドープp型
    GaN層をこの順に積層してなる化合物半導体ウェハに
    おいて、 前記サファイア基板は、ErおよびEuをドープされた
    ことを特徴とする化合物半導体ウェハ。
  8. 【請求項8】基板と、 前記基板上に形成された複数の半導体層からなる発光体
    と、 前記発光体に電圧を印加するための一対の電極とを備
    え、 前記基板は、少なくとも1種類の希土類元素を含むこと
    を特徴とする発光素子。
  9. 【請求項9】前記発光体は、発光スペクトルに少なくと
    も2つのピークを有することを特徴とする請求項8記載
    の発光素子。
  10. 【請求項10】前記発光体の発光のCIE−XYZ表色
    系における色度座標は、0.2≦x≦0.5、かつ、
    0.2≦y≦0.5の範囲にあることを特徴とする請求
    項8記載の発光素子。
  11. 【請求項11】前記少なくとも1種類の希土類元素は、
    前記発光体からの発光と補色の関係にある蛍光を有する
    ことを特徴とする請求項8記載の発光素子。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007109792A (ja) * 2005-10-12 2007-04-26 Sony Corp 半導体発光素子および波長変換基板

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