JP2002050795A - InGaN LIGHT-EMITTING DIODE - Google Patents

InGaN LIGHT-EMITTING DIODE

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JP2002050795A
JP2002050795A JP2000231572A JP2000231572A JP2002050795A JP 2002050795 A JP2002050795 A JP 2002050795A JP 2000231572 A JP2000231572 A JP 2000231572A JP 2000231572 A JP2000231572 A JP 2000231572A JP 2002050795 A JP2002050795 A JP 2002050795A
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JP
Japan
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light
emitting diode
color
atom
layer
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Application number
JP2000231572A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoichi Kawakami
養一 川上
Shigeo Fujita
茂夫 藤田
Junichi Shimada
順一 島田
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Kansai Technology Licensing Organization Co Ltd
Original Assignee
Kansai Technology Licensing Organization Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an InGaN light-emitting diode which efficiently emits light in a red color band and moreover with spectrum distribution being relatively broad for emission. SOLUTION: The light-emitting layer of a light-emitting diode, which is represented by a general expression InxGa1-xN (0<x<1) is doped with other V-group atoms as an isoelectron trap formation element substituting for an N atom. As the V group atom substituting for N, P (phosphorus), As (arsenide), Sb (animony), and Bi (bismuth) are used. The substitution factor for the N atom is 1% or less, preferably with 0.5% or less. In short, the light-emitting layer of the light-emitting diode is represented by a general formula InxGa1-xN1-yXy (0<x<1; X=P, As, Ab, Bi; y=0<y<0.01/0<y<0.005). The substitution atom acts as an isoelectron trap. The force of the isoelectron trap attracting an electron or hole is essentially based on the difference in the number of orbits of an inner shell electron, and its affecting range is very short being about the Bohr radius. In this respect, it differs much from a long-range electrostatic potential formed by a donor and acceptor of a mixed crystal.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード
(LED)に関する。
[0001] The present invention relates to a light emitting diode (LED).

【0002】[0002]

【従来の技術】発光ダイオード(LED)の特徴の一つ
は、単色性が高い(すなわち、スペクトルピークの半値
幅が狭い)ことである。この特徴を利用して、赤(R)
緑(G)青(B)色からなるLED発光体を平面上に縦
横に配列実装したフルカラー表示装置は既に広く用いら
れている。この場合、RGB各色の強度比により表示色
を任意に制御している。
2. Description of the Related Art One of the features of a light emitting diode (LED) is that it has high monochromaticity (that is, the half width of a spectral peak is narrow). Utilizing this feature, red (R)
A full-color display device in which green (G) and blue (B) LED light emitters are arranged vertically and horizontally on a plane has already been widely used. In this case, the display color is arbitrarily controlled by the intensity ratio of each color of RGB.

【0003】しかし、表示装置としてではなく、照明装
置としてみた場合、LEDには未だ多くの問題が残され
ている。上記のように、RGBのLED発光体を配列し
た装置を使用し、RGB各色の強度比を適宜に設定する
ことにより白色光を得ることもできるが、照明装置とし
てみた場合、従来の照明装置である白熱電球や蛍光灯と
比較すると、(1)装置が大がかりになる、(2)RGB各色
を独立に制御しなければならない、(3)「演色性」が悪
い、等の問題がある。
However, when viewed as an illumination device, not as a display device, LEDs still have many problems. As described above, white light can be obtained by using a device in which RGB LED light emitters are arranged and appropriately setting the intensity ratio of each color of RGB. However, when viewed as a lighting device, a conventional lighting device can be used. Compared with a certain incandescent lamp or fluorescent lamp, there are problems such as (1) the device is large-scale, (2) each color of RGB must be controlled independently, and (3) "color rendering property" is poor.

【0004】ここで「演色性」とは、光源で物体を照明
したときに物体がどのような色に見えるかという、その
光源の性質のことをいう。照明装置における演色性の重
要性に鑑み、CIE(Commission Internationale de
l'Eclairage、国際照明委員会)は1964年に演色性
評価方法を定めた。これによると、評価対象光源の色温
度によって選ぶことのできる基準光源のシリーズを定
め、その基準光源と評価対象光源とで規定の試験色を照
明したときの色ずれから演色評価数Raが定められるよ
うになっている。演色評価数Raは0〜100の値をと
り、100のときに評価対象光源は色の見え方において
基準光源と一致する。基準光源としては、色温度500
0K以下は完全放射体を、5000Kを超えるときは昼
光の分光分布の計算値(合成昼光という)を用いる。試
験色としては、一般用として、所定の分光反射率を有す
る8色が選ばれており、これにより計算される演色評価
数は平均演色評価数と呼ばれる。その他に、特殊目的用
として7色が選ばれており、その中には、日本人の肌色
が含まれている。これにより計算される演色評価数は特
殊演色評価数と呼ばれる。更に詳しくは、「照明工学」
(社団法人電気学会編、オーム社刊、p.36から)を参照
されたい。
[0004] Here, "color rendering" refers to the nature of the light source, ie, what color the object looks like when the object is illuminated by the light source. Considering the importance of color rendering in lighting equipment, CIE (Commission Internationale de
l'Eclairage, International Commission on Illumination) established a method for evaluating color rendering in 1964. According to this, a series of reference light sources that can be selected according to the color temperature of a light source to be evaluated is determined, and a color rendering index Ra is determined from a color shift when a specified test color is illuminated between the reference light source and the light source to be evaluated. It has become. The color rendering index Ra takes a value of 0 to 100. When the color rendering index Ra is 100, the light source to be evaluated matches the reference light source in how the color looks. As a reference light source, a color temperature of 500
When the temperature exceeds 0K, a perfect radiator is used. As the test colors, eight colors having a predetermined spectral reflectance are selected for general use, and the color rendering index calculated based on this is called an average color rendering index. In addition, seven colors are selected for special purposes, including the Japanese skin color. The color rendering index calculated in this way is called a special color rendering index. For more details, see "Lighting Engineering"
(Edited by the Institute of Electrical Engineers of Japan, published by Ohmsha, p.36).

【0005】演色性評価の際に完全放射体の光を基準と
するのは、自然光(太陽光)が完全放射体の光に近いか
らである。完全放射体の発する光には、各波長の光が連
続的に含まれる。対象物の色合いは、対象物の波長毎の
光反射率(分光反射率)により決定されるので、照明光
(発光体)の分光分布において各波長の光が連続的に含
まれ、かつ、その強度分布が完全放射体のそれに近いも
のであれば、対象物の色の見え方は自然光下でのそれに
近いものとなる。しかし、RGBで構成したLED白色
発光体は、たとえ各色の強度比を調節することにより総
体として白色光を発光させたとしても、その分光分布は
連続的ではなく、R(赤)、G(緑)、B(青)の3波
長の箇所にのみ狭い幅のピークを持つ不連続なものであ
る。この不連続性ゆえ、RGB−LED発光体は照明装
置として十分な演色性を持つことができない。
[0005] The reason why the light of a perfect radiator is used as a reference in evaluating the color rendering properties is that natural light (sunlight) is close to the light of a perfect radiator. The light emitted by the perfect radiator includes light of each wavelength continuously. Since the tint of the object is determined by the light reflectance (spectral reflectance) for each wavelength of the object, light of each wavelength is continuously included in the spectral distribution of the illumination light (luminous body), and If the intensity distribution is close to that of a perfect radiator, the color appearance of the object will be close to that under natural light. However, even if the LED white light emitter composed of RGB emits white light as a whole by adjusting the intensity ratio of each color, its spectral distribution is not continuous, and R (red), G (green) ) And B (blue) are discontinuous with narrow peaks only at three wavelengths. Due to this discontinuity, the RGB-LED luminous body cannot have sufficient color rendering properties as a lighting device.

【0006】単一のLEDを用いた白色照明用光源とし
ては、現在、窒化ガリウム系青色LEDをYAG蛍光体
で覆った(或いは塗布した)ものが考案されている(特
開平5-152609号参照)。これは、窒化ガリウム系青色L
EDのInGaN活性層からの青色光(波長460nm)を用いて
YAG蛍光体を光励起し、その蛍光体からの蛍光である
黄色発光とLEDからの青色との混色により白色光を得
るというものである。
As a light source for white illumination using a single LED, a gallium nitride-based blue LED covered (or coated) with a YAG phosphor has been devised at present (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-152609). ). This is a gallium nitride blue L
The YAG phosphor is photo-excited using blue light (wavelength 460 nm) from the InGaN active layer of the ED, and white light is obtained by mixing the yellow light, which is the fluorescence from the phosphor, and the blue light from the LED. .

【0007】また、LEDの上面を蛍光体で覆うのでは
なく、LEDの基板を蛍光体とするものが最近提案され
ている。例えば特開2000-82845号公報には、沃素、塩
素、臭素、アルミニウム、ガリウム又はインジウムをド
ープしたn型ZnSe単結晶基板に、ZnSe又はZnSe-ZnCdSe
系混晶のエピタキシャル薄膜を積層して活性層とpn接
合を作製し、活性層からの青色、青緑色の光と、活性層
の光がZnSe基板のSA(Self-Activated)発光(自己励
起光)して生じた黄色の光を合成して白色光を得るとい
う技術が開示されている。また、特開2000-49374号公報
には、酸素、炭素をドープし或いは窒素空孔を有するGa
N単結晶基板に、InGaN系混晶のエピタキシャル薄膜を積
層して活性層とpn接合を作製し、活性層からの青色、
青緑色の光と、青色、青緑色光によって励起されたGaN
基板の蛍光発光中心からの黄色の蛍光を合成して白色光
を得るという技術が開示されている。
[0007] Further, there has recently been proposed a device in which the upper surface of an LED is not covered with a phosphor but the substrate of the LED is a phosphor. For example, JP-A-2000-82845 discloses that an n-type ZnSe single crystal substrate doped with iodine, chlorine, bromine, aluminum, gallium or indium has ZnSe or ZnSe-ZnCdSe.
An active layer and a pn junction are formed by laminating epitaxial thin films of a mixed-crystal system, and the blue and blue-green light from the active layer and the light of the active layer emit SA (Self-Activated) emission (self-excitation light) )) To produce white light by synthesizing the generated yellow light. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-49374 discloses that Ga doped with oxygen or carbon or having nitrogen vacancies is disclosed.
An NGaN single crystal substrate is laminated with an InGaN-based mixed crystal epitaxial thin film to form an active layer and a pn junction.
GaN excited by blue-green light and blue and blue-green light
There is disclosed a technique of synthesizing yellow fluorescence from a fluorescence emission center of a substrate to obtain white light.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】美術館、印刷工場な
ど、演色性の高い照明が要求される場所には、平均演色
評価数Ra=95以上のランプが使用される。医療用の
照明を考えた場合、平均演色評価数Raの高さととも
に、赤色及び肌色を含む特殊演色評価数の高さも重要で
あろうと考えられる。
A lamp having an average color rendering index Ra = 95 or more is used in places where high color rendering properties are required, such as art museums and printing factories. When medical lighting is considered, it is considered that the height of the special color rendering index including red and skin color is important as well as the height of the average color rendering index Ra.

【0009】YAG蛍光体を塗布した窒化ガリウム系青
色LEDから得られる白色光は、上記の通り、波長460n
mの青色光とYAG蛍光体の黄色蛍光との混合光である
ため、後述のようにその色温度が高く、また、青緑色及
び赤色領域のスペクトル成分が弱い。一般的な表現をす
ると、その光は冷たい白色であり暖かみがないと言え
る。従って、その白色光の演色評価数、特に特殊演色評
価数は低いと考えられる。
As described above, white light obtained from a gallium nitride blue LED coated with a YAG phosphor has a wavelength of 460 nm.
Since it is a mixture of blue light of m and yellow fluorescence of the YAG phosphor, its color temperature is high and spectral components in the blue-green and red regions are weak as described later. In general terms, the light is cold white and warm. Therefore, it is considered that the color rendering index of the white light, especially the special color rendering index, is low.

【0010】一方、特開2000-82845号公報や特開2000-4
9374号公報に記載の発光装置も、その色度図(特開2000
-82845号公報では図11及び図17、特開2000-49374号
公報では図9)から明らかなように、青色+黄色又は青
緑+オレンジの混色として白色を表現するものであるた
め、赤色成分が不足しているものと考えられる。
On the other hand, JP-A-2000-82845 and JP-A-2000-4
The light emitting device described in Japanese Patent No. 9374 also has a chromaticity diagram
As disclosed in FIGS. 11 and 17 in JP-A-82845, and FIG. 9 in JP-A-2000-49374, the white component is expressed as a mixed color of blue + yellow or blue-green + orange. Is considered to be insufficient.

【0011】上記いずれの場合にしても、それらの欠点
をカバーして、演色性の高い白色光源を得るためには、
赤色領域にて比較的ブロードな発光帯を有する発光中心
を導入することが必要である。このとき、基板に発光中
心を導入するよりは、発光側であるLEDのエピタキシ
ャル発光層に赤色発光層を作り込んだ方が,成長ごとに
色合いを調整できるし、R(赤)G(緑)B(青)発光
層の駆動を独立して制御することにより任意の色合いを
調光できるという利点を有する。
In any of the above cases, in order to cover these disadvantages and obtain a white light source having high color rendering properties,
It is necessary to introduce a luminescent center having a relatively broad luminescent band in the red region. At this time, it is better to form a red light emitting layer in the epitaxial light emitting layer of the LED, which is the light emitting side, than to introduce the light emitting center into the substrate, so that the color can be adjusted for each growth, and R (red) G (green) By independently controlling the driving of the B (blue) light-emitting layer, there is an advantage that an arbitrary color tone can be adjusted.

【0012】そこで、特開平09-232627号及び特開平11-
261108号は、InGaN活性層のIn組成を変化させることに
よりR層、G層、B層を形成し、調光を行うというLE
D装置を提案している。しかし、これらのうちB層、G
層については実用レベルの発光強度・効率が得られてい
るが、赤色発光層(R層)については問題が残されてい
る。すなわち、現在のところ、In濃度を高める(40%以
上)ことにより赤色発光そのものは得られるようになっ
ているが、発光効率が悪く(外部量子効率1%以下)、ま
た、低電流領域で赤く光っていても電流を強くすると黄
色や黄緑で発光してしまうほど色の変化が激しいという
問題が生じている。この問題は、材料の持っている本質
的な特性に起因しているため、当面は解決しないものと
予想される。
Therefore, Japanese Patent Application Laid-Open Nos.
No. 261108 discloses an LE in which R, G, and B layers are formed by changing the In composition of an InGaN active layer to perform light control.
D device is proposed. However, among these, layer B, G
Although practical levels of light emission intensity and efficiency are obtained for the layer, problems remain for the red light emitting layer (R layer). In other words, at present, red light emission itself can be obtained by increasing the In concentration (40% or more), but the luminous efficiency is poor (external quantum efficiency 1% or less), and it is red in the low current region. Even if it shines, there is a problem that if the current is increased, the color changes so rapidly that the light is emitted in yellow or yellow-green. It is expected that this problem will not be solved for the foreseeable future due to the intrinsic properties of the material.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
課題を解決するために成されたものであり、赤色域にて
効率よくしかも比較的スペクトル分布がブロードに発光
するLEDを提供するとともに、それを用いた調光性の
容易な発光装置を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and provides an LED which efficiently emits light in a red region and has a relatively broad spectrum distribution. The present invention provides a light-emitting device using the light-emitting device, which is easily dimmable.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段及び効果】上記課題を解決
するために成された本発明に係る発光ダイオードは、一
般式In xGa1-xN(0<x<1)で表される発光層を有する発
光ダイオードの該発光層に、N原子に置き換わるべき等
電子トラップ形成元素として他のV族原子をドープした
ことを特徴とするものである。
Means and effects for solving the problems The above problems are solved.
The light emitting diode according to the present invention made for
General In xGa1-xA source having a light emitting layer represented by N (0 <x <1)
The light emitting layer of the photodiode should be replaced with N atoms, etc.
Doped with other Group V atoms as electron trap-forming elements
It is characterized by the following.

【0015】Nに置換するV族原子としては、P(燐)、
As(砒素)、Sb(アンチモン)、Bi(ビスマス)を用い
ることができる。また、そのN原子に対する置換率は1%
以下、望ましくは0.5%以下とする。すなわち、本発明に
係る発光ダイオードの発光層は一般式InxGa1-xN1-yX
y(0<x<1;X=P,As,Sb,Bi;0<y<0.01/0<y<0.005)で
表される。
The group V atoms to be substituted for N include P (phosphorus),
As (arsenic), Sb (antimony), and Bi (bismuth) can be used. The substitution rate for the N atom is 1%
Below, it is desirably 0.5% or less. That is, the light emitting layer of the light emitting diode according to the present invention has the general formula In x Ga 1-x N 1-y X
y (0 <x <1; X = P, As, Sb, Bi; 0 <y <0.01 / 0 <y <0.005).

【0016】なお、例えば特開平11-261170号公報や特
開2000-4068号公報にはGa1-xInxNyAs 1-yやGax2In1-x2N
z2P1-z2等の同様の一般式で表される活性層を有する半
導体発光素子が記載されているが、これら従来の活性層
におけるNとP、Asとは混晶を形成しているものである。
すなわち、特開平11-261170号公報では「組成が3%以上9
%以下の窒素、組成が0%より大きく30%以下のIn、を含む
Ga1-xInxNyAs1-y混晶半導体層と、を備える」(段落002
6)と記載され、特開2000-4068号公報では「従来よりGaP
等の間接遷移型半導体の発光効率を上げる目的で、アイ
ソエレクトロニックトラップの不純物として窒素を添加
して直接遷移型とする方法が広く知られているが、この
際に必要な添加量(窒素濃度)は3×1019[cm-3]以下で
ある。3×1019[cm-3]の濃度以上に窒素添加を行うと、
結晶は窒素を含む混晶半導体となり、伝導帯、価電子帯
側のエネルギーを小さくさせる効果を十分に得ることが
できる。本発明では、この点で上述の従来例とは本質的
に異なっているものである。」と記載されている。
Incidentally, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-261170 and
JP 2000-4068 discloses Ga1-xInxNyAs 1-yAnd Gax2In1-x2N
z2P1-z2Having an active layer represented by a similar general formula such as
Although a conductor light emitting device is described, these conventional active layers
In the above, N, P, and As form a mixed crystal.
That is, JP-A-11-261170 discloses that `` composition is 3% or more 9
Contains up to 30% nitrogen, up to 30% in
Ga1-xInxNyAs1-y mixed crystal semiconductor layer '' (paragraph 002).
6), and JP-A-2000-4068 discloses `` GaP
In order to increase the luminous efficiency of indirect transition semiconductors such as
Addition of nitrogen as impurity for so-electronic trap
It is widely known that the direct transition type
The required addition amount (nitrogen concentration) is 3 × 1019[cm-3Below
is there. 3 × 1019[cm-3If nitrogen is added above the concentration of
The crystal becomes a mixed crystal semiconductor containing nitrogen, conduction band, valence band
The effect of reducing the energy on the side
it can. In the present invention, this point is essentially different from the above-described conventional example.
Are different. It is described.

【0017】本発明では、InxGa1-xN発光層のN原子をP
(燐)、As(砒素)、Sb(アンチモン)、Bi(ビスマ
ス)等のV族原子により等電子トラップ(アイソエレク
トロニックトラップ)として置換している。等電子トラ
ップが電子又は正孔を引きつける力は、本質的には内殻
電子の軌道の数の差に基くものであるため、その到達距
離はボーア半径の程度であり、非常に短い。この点、混
晶におけるドナーやアクセプタのつくる長距離型の静電
ポテンシャルと大きく異なる(「光物性ハンドブック」
塩谷繁雄、豊沢豊、国府田隆夫、柊元宏著、朝倉書店
刊)。
In the present invention, the N atoms in the In x Ga 1-x N light emitting layer
It is replaced as an isoelectronic trap by a group V atom such as (phosphorus), As (arsenic), Sb (antimony), and Bi (bismuth). The force that the isoelectronic trap attracts electrons or holes is essentially based on the difference in the number of orbits of the core electrons, so that its reach is very short, on the order of the Bohr radius. This point is significantly different from the long-range electrostatic potential created by donors and acceptors in mixed crystals ("Optophysical Handbook"
Shigeo Shioya, Yutaka Toyosawa, Takao Koda, and Motohiro Hiiragi, published by Asakura Shoten).

【0018】伝導電子又は正孔が等電子トラップのポテ
ンシャル場を通過するときに受ける平均の引力をJと
し、伝導バンドの電子/正孔の平均エネルギを<E>とす
れば、|J|≧<E>のときに束縛状態が形成される。これ
からわかるように、不純物のポテンシャルが大きく|J|
が大きいほど、また伝導バンドの底の曲率がゆるやかで
エネルギバンド幅が狭いほど、束縛状態ができやすいこ
とになる。電子/正孔はこのような近距離型の引力によ
り実空間ではきわめて局在化しているため、k空間(波
数・運動量空間)では逆に大きな広がりをもつことにな
る。
Assuming that the average attractive force received when a conduction electron or hole passes through the potential field of the isoelectronic trap is J and the average energy of the electron / hole in the conduction band is <E>, | J | ≧ At <E>, a bound state is formed. As can be seen, the impurity potential is large | J |
The larger the value is, the smaller the curvature of the bottom of the conduction band is, and the narrower the energy band width is, the more easily the bound state can be formed. The electrons / holes are extremely localized in the real space due to such a short-range attractive force, and conversely have a large spread in the k space (wave number / momentum space).

【0019】Nよりも原子番号が大きく、内殻電子数の
多い等電子配置のP、As、Sb、BiをIn xGa1-xN中に導入す
ると、そこに形成される等電子トラップには正孔が入り
やすくなる。すなわち、実空間において等電子トラップ
近傍には正孔に対する短距離型の引力ポテンシャルが発
生し、波数空間において価電子バンドの頂上近傍に束縛
状態が形成されると予想される。引力の平均値|J|は内
殻電子数が母体のN原子と異なる(多くなる)ものほど
大きいため、P、As、Sb、Biの順にJが増加してゆく。従
って、その順に正孔は強く束縛される。
The atomic number is larger than N,
P, As, Sb, Bi with many isoelectronic configurations In xGa1-xIntroduce into N
Then, the electron trap formed there contains holes
It will be easier. In other words, isoelectronic traps in real space
In the vicinity, a short-range attractive potential for holes is generated.
And bound near the top of the valence band in wavenumber space
A condition is expected to form. Average of gravity | J |
The number of shell electrons is different (increased) from the parent N atom
Since it is large, J increases in the order of P, As, Sb, and Bi. Obedience
Therefore, the holes are strongly bound in that order.

【0020】計算によると、InxGa1-xN活性層にP、As、
Sb、Bi等の異種V族原子を0.1〜1%程度ドープすること
により、非常に強い、赤色を中心としたブロードな発光
帯が得られる。一方、InxGa1-xN混晶のIn濃度xを0.1〜
0.3(10〜30%)の範囲で変化させることで、この発光帯の
ピークを赤色域を中心として変化させることが可能であ
る。従って、これら両方法を組み合わせることにより、
黄色からピンク、赤、近赤外に至るブロードな発光帯を
作り出すことが可能である。
According to calculations, P, As, and P are added to the In x Ga 1-x N active layer.
By doping a different group V atom such as Sb or Bi by about 0.1 to 1%, a very strong broad emission band centering on red can be obtained. On the other hand, the In concentration x of the In x Ga 1-x N mixed crystal is set to 0.1 to 0.1.
By changing in the range of 0.3 (10 to 30%), it is possible to change the peak of this emission band around the red region. Therefore, by combining these two methods,
It is possible to create a broad emission band from yellow to pink, red and near infrared.

【0021】[0021]

【本発明の第1の実施形態】本発明の第1の実施形態と
して、赤色単色発光LEDを説明する。図1に示すよう
に、この実施形態のLED10は、サファイア(Al
2O3)基板11上に、InxGa1-xN1-yXy(0<x<1;X=P,As,
Sb,Bi;0<y<0.01/望ましくは0<y<0.005)活性層(発
光層)14を挟んでn-GaN負極層13とp-GaN正極層16
を積層した構造を有する。なお、活性層14とp-GaN層
16の間に、n-GaN層13からの電子のオーバーフロー
を抑えるため、p-AlzGa1-zN層15(zは通常0.2程度)
を設けることが多い。また、基板11とn-GaN負極層1
3の間には、結晶整合のためのGaNバッファ層12を設
ける。
First Embodiment of the Present Invention As a first embodiment of the present invention, a red monochromatic LED will be described. As shown in FIG. 1, the LED 10 of this embodiment is made of sapphire (Al
2 O 3 ) In x Ga 1-x N 1-y X y (0 <x <1; X = P, As,
Sb, Bi; 0 <y <0.01 / preferably 0 <y <0.005) n-GaN negative electrode layer 13 and p-GaN positive electrode layer 16 with active layer (light emitting layer) 14 interposed
Are laminated. Between the active layer 14 and the p-GaN layer 16, to suppress the overflow of electrons from the n-GaN layer 13, p-Al z Ga 1 -z N layer 15 (z is usually about 0.2)
Is often provided. The substrate 11 and the n-GaN negative electrode layer 1
3, a GaN buffer layer 12 for crystal matching is provided.

【0022】本実施形態の赤色LEDは、赤色〜赤外線
域の比較的広い波長範囲で発光し、また、その発光が安
定的に且つ高効率で行われる。従って、これ自身で赤色
(R)光源として安定した使用ができるほか、他の色
(緑色(G)及び青色(B))の発光装置と組み合わせ
ることにより、演色性の高い白色光源を得ることができ
るようになる。
The red LED of the present embodiment emits light in a relatively wide wavelength range from red to infrared, and emits light stably and efficiently. Accordingly, the light source itself can be used stably as a red (R) light source, and a white light source having high color rendering properties can be obtained by combining with a light emitting device of another color (green (G) and blue (B)). become able to.

【0023】[0023]

【本発明の第2の実施形態】本発明の第2の実施形態と
して、そのような白色発光LEDを説明する。その構成
は図2に示すように、n-GaN負極層23とp-GaN正極層2
6(或いはオーバーフロー抑止p-AlzGa1-zN層15)の
間にR、G、Bの3原色についてそれぞれ発光層24
a、24b、24cを設けたものとする。ここで、R層
24aが本発明によるものであり、上記第1実施形態と
同様、InxGa1-xN1-yXy(0<x<1;X=P,As,Sb,Bi;0<y<
0.01/望ましくは0<y<0.005)という化学組成を有す
る。G層24bはInx1Ga1-x1N (x1=0.25〜0.35程
度)、B層24cはInx2Ga1-x2N (x2=0.1〜0.2程度)
とする。
[Second Embodiment of the Present Invention] As a second embodiment of the present invention, such a white light emitting LED will be described. As shown in FIG. 2, the configuration of the n-GaN negative electrode layer 23 and the p-GaN positive electrode layer 2
6 (or overflow suppressing p-Al z Ga 1-z N layer 15) respectively emitting layer 24 R, G, the three primary colors of B between
a, 24b, and 24c are provided. Here are those R layer 24a is according to the present invention, similarly to the first embodiment, In x Ga 1-x N 1-y X y (0 <x <1; X = P, As, Sb, Bi ; 0 <y <
0.01 / preferably 0 <y <0.005). The G layer 24b is In x1 Ga 1-x1 N (x1 = 0.25 to 0.35), and the B layer 24c is In x2 Ga 1-x2 N (x2 = about 0.1 to 0.2).
And

【0024】これにより、従来のこの種の白色光源と比
較して、赤色成分が豊かな、演色性の高い白色光源を得
ることができる。
As a result, a white light source having a rich red component and high color rendering properties can be obtained as compared with a conventional white light source of this type.

【0025】本実施形態のLED20は単なる白色光源
としてばかりではなく、任意の色の光源とすることもで
きる。すなわち、R、G、B各層24a、24b、24
cの発光強度を適宜設定しておくことにより、図3の点
線で示すように、R色(a)、G色(b)、B色(c)
の3色を頂点とする三角形内の任意の色を発光させるこ
とができるようになる。このように各層からの発光色の
バランスを取り、所望の色座標、色温度、演色性を持た
せるために、紫〜黄色各発光層の層厚を調整したり、各
色の層の数を単一とせずに適宜複数とすることも有効で
ある。
The LED 20 of the present embodiment is not limited to a simple white light source, but may be a light source of any color. That is, each of the R, G, and B layers 24a, 24b, 24
By setting the emission intensity of c appropriately, the R color (a), the G color (b), and the B color (c) as shown by the dotted line in FIG.
It is possible to emit an arbitrary color in a triangle having the three colors as vertices. In this way, in order to balance the emission colors from the respective layers and provide desired color coordinates, color temperature, and color rendering properties, the thickness of each of the purple to yellow emission layers is adjusted, and the number of layers of each color is simply reduced. It is also effective to use a plurality as appropriate instead of the same.

【0026】更に高い演色性を得るため、図4に示すよ
うに発光層34A〜34Eの数を増やすことも可能であ
る。この場合、紫〜黄赤色領域34E〜34BはIn:Ga
混晶比xの調整により発光層を形成し(E:Inx1Ga1-x1N;
D:Inx2Ga1-x2N;C:Inx3Ga1-x3N;B:Inx4Ga1-x4N)、In:Ga
混晶比調整のみでは難しい赤色領域については本発明に
係る方法で発光層34Aを形成する(A:Inx5Ga1-x5N1-y
Xy)。その結果、このLED30からは図5に示すよう
に、可視光領域の全範囲に亘ってほぼ均等に発光がなさ
れ、これらの発光比を予め適宜調整することにより、図
3の一点鎖線で示すように、より演色性の高い発光が可
能となる。
In order to obtain higher color rendering properties, the number of the light emitting layers 34A to 34E can be increased as shown in FIG. In this case, the purple-yellow red regions 34E-34B are In: Ga
A light emitting layer was formed by adjusting the mixed crystal ratio x (E: In x1 Ga 1-x1 N;
D: In x2 Ga 1-x2 N; C: In x3 Ga 1-x3 N; B: In x4 Ga 1-x4 N), In: Ga
In the red region, which is difficult only by adjusting the mixed crystal ratio, the light emitting layer 34A is formed by the method according to the present invention (A: In x5 Ga 1-x5 N 1-y).
X y ). As a result, as shown in FIG. 5, the LED 30 emits light almost uniformly over the entire range of the visible light region, and by appropriately adjusting the light emission ratio in advance, as shown by the dashed line in FIG. In addition, light emission with higher color rendering properties can be achieved.

【0027】なお、黄色光については、LED内に発光
層(図4の34D)を設けるのではなく、LED30全
体の上にYAG蛍光層を覆い、LED30の青色層34
D(上記D:Inx2Ga1-x2N、波長460nm)からの光を励起光
として黄色蛍光を生成させるようにしてもよい。
For the yellow light, instead of providing a light emitting layer (34D in FIG. 4) in the LED, a YAG fluorescent layer is covered on the entire LED 30 and a blue layer 34 of the LED 30 is provided.
Light from D (D: In x2 Ga 1-x2 N, wavelength 460 nm) may be used as excitation light to generate yellow fluorescence.

【0028】[0028]

【本発明の第3の実施形態】使用時に発光色を任意に変
化させるようにすることもできる。このような調光性を
得るには、例えば図6のような構造にして、R、G、B
各層64a、64b、64cに別個に電流を注入するた
めの電極69a、69b、69c、69dを作りつける
(特開平7-183576号)。この場合、R層64aに本発明
に係る構成を採用する。このLED60では、各層64
a、64b、64cに供給する電流量を調節することに
より、発光色を任意に制御することができる。
[Third Embodiment of the Invention] The luminescent color can be arbitrarily changed at the time of use. In order to obtain such dimming properties, for example, the structure shown in FIG.
Electrodes 69a, 69b, 69c, and 69d for separately injecting current into the respective layers 64a, 64b, and 64c are formed (Japanese Patent Laid-Open No. 7-183576). In this case, the configuration according to the present invention is adopted for the R layer 64a. In this LED 60, each layer 64
The emission color can be arbitrarily controlled by adjusting the amount of current supplied to a, 64b, and 64c.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1の実施形態である赤色発光LE
Dの層構成図。
FIG. 1 shows a red light emitting LE according to a first embodiment of the present invention.
D is a layer configuration diagram.

【図2】 本発明の第2の実施形態である白色(又は任
意色)発光LEDの層構成図。
FIG. 2 is a layer configuration diagram of a white (or arbitrary color) light emitting LED according to a second embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の第2の実施形態であるLEDの効果
を示す色度図。
FIG. 3 is a chromaticity diagram showing an effect of the LED according to the second embodiment of the present invention.

【図4】 第2の実施形態の変形例である高演色性LE
Dの層構成図。
FIG. 4 shows a high color rendering LE, which is a modification of the second embodiment.
D is a layer configuration diagram.

【図5】 図4の高演色性LEDの発光スペクトル図。FIG. 5 is an emission spectrum diagram of the high color rendering LED of FIG. 4;

【図6】 本発明の第3の実施形態である調光性LED
の構成図。
FIG. 6 shows a dimming LED according to a third embodiment of the present invention.
FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、20、30、60…LED 11、21、31、61…基板 12、22、32…バッファ層 13、23、33、63、66…負極層 14、24a〜24c、34A〜34E、64a〜64
c…活性層(発光層) 15、25、35…オーバーフロー抑止層 16、26、36、65、67…正極層 17、18、27、28、37、38、69a〜69d
…電極
10, 20, 30, 60 ... LED 11, 21, 31, 61 ... substrate 12, 22, 32 ... buffer layer 13, 23, 33, 63, 66 ... negative electrode layer 14, 24a to 24c, 34A to 34E, 64a to 64
c: Active layer (light emitting layer) 15, 25, 35 ... Overflow suppression layer 16, 26, 36, 65, 67 ... Positive electrode layer 17, 18, 27, 28, 37, 38, 69a to 69d
…electrode

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一般式InxGa1-xN(0<x<1)で表される
発光層を有する発光ダイオードの該発光層に、N原子に
置き換わるべき等電子トラップ形成元素として他のV族
原子をドープしたことを特徴とする発光ダイオード。
1. A light-emitting diode having a light-emitting layer represented by the general formula In x Ga 1 -xN (0 <x <1), wherein another light-emitting layer serving as an isoelectronic trap-forming element to be replaced with N atoms is provided. A light emitting diode doped with group V atoms.
【請求項2】 Nに置換するV族原子がP(燐)、As(砒
素)、Sb(アンチモン)、Bi(ビスマス)のいずれかである
請求項1記載の発光ダイオード。
2. The light emitting diode according to claim 1, wherein the group V atom substituted for N is any one of P (phosphorus), As (arsenic), Sb (antimony), and Bi (bismuth).
【請求項3】 V族原子のN原子に対する置換率が1%以
下である請求項1又は請求項2に記載の発光ダイオー
ド。
3. The light emitting diode according to claim 1, wherein the substitution ratio of group V atoms to N atoms is 1% or less.
【請求項4】 V族原子のN原子に対する置換率が0.5%
以下である請求項1又は請求項2に記載の発光ダイオー
ド。
4. The substitution rate of group V atoms to N atoms is 0.5%.
The light emitting diode according to claim 1, wherein:
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