JP2002164577A - 発光素子 - Google Patents
発光素子Info
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- JP2002164577A JP2002164577A JP2000362676A JP2000362676A JP2002164577A JP 2002164577 A JP2002164577 A JP 2002164577A JP 2000362676 A JP2000362676 A JP 2000362676A JP 2000362676 A JP2000362676 A JP 2000362676A JP 2002164577 A JP2002164577 A JP 2002164577A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L2224/01—Means 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
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
- H01L2224/491—Disposition
- H01L2224/49105—Connecting at different heights
- H01L2224/49107—Connecting at different heights on the semiconductor or solid-state body
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Abstract
(57)【要約】
【課題】従来の単色光発光素子の製造工程と全く同様の
工程で製造できる混合色発光素子を、蛍光中心含有Ｇａ
Ｎ基板上に作製した発光素子よりも安価、且つ容易に提
供すること。 【解決手段】ＴｉをドープしたＡｌ2 Ｏ3 の単結晶又は
ＴｉをドープしたＡｌ2Ｏ3 を含む材料で構成される基
板１上に、窒化物系化合物半導体層２〜６を積層して発
光素子を構成する。
工程で製造できる混合色発光素子を、蛍光中心含有Ｇａ
Ｎ基板上に作製した発光素子よりも安価、且つ容易に提
供すること。 【解決手段】ＴｉをドープしたＡｌ2 Ｏ3 の単結晶又は
ＴｉをドープしたＡｌ2Ｏ3 を含む材料で構成される基
板１上に、窒化物系化合物半導体層２〜６を積層して発
光素子を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、単色光以外の発光
を得ることが可能な発光素子に関するものである。
を得ることが可能な発光素子に関するものである。
【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。
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】しかしながら、近年では青色発光ダイオー
ドと青色以外の蛍光を持つ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の混合色、特
に白色を得る発光ダイオードが提供されている。このよ
うな発光ダイオードの例として、例えば特開平５−１５
２６０９号公報による方法が公知である。
ドと青色以外の蛍光を持つ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の混合色、特
に白色を得る発光ダイオードが提供されている。このよ
うな発光ダイオードの例として、例えば特開平５−１５
２６０９号公報による方法が公知である。
【０００４】しかしながら、前述の白色発光ダイオード
では、青色発光ダイオードチップの上に蛍光体を含む層
を形成したり、樹脂モールドそのものに蛍光材料を混入
させる必要がある。この工程は従来の単色発光ダイオー
ドの工程には含まれない工程である。したがって、従来
技術による白色発光ダイオードの製造には単色発光ダイ
オードの製造工程をそのまま適用することができず、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。もちろん、この問題は白色発光ダイオードに限定さ
れることではなく、同様の構造を持つ混合色発光ダイオ
ード全てについて起こり得る。
では、青色発光ダイオードチップの上に蛍光体を含む層
を形成したり、樹脂モールドそのものに蛍光材料を混入
させる必要がある。この工程は従来の単色発光ダイオー
ドの工程には含まれない工程である。したがって、従来
技術による白色発光ダイオードの製造には単色発光ダイ
オードの製造工程をそのまま適用することができず、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。もちろん、この問題は白色発光ダイオードに限定さ
れることではなく、同様の構造を持つ混合色発光ダイオ
ード全てについて起こり得る。
【０００５】さらに、特開平５−１５２６０９号公報に
よる方法では、その構造上、青色発光ダイオードチップ
からの発光は、蛍光体を含んで不透明になった蛍光体含
有層を通過しなければならない。このとき、青色発光ダ
イオードのチップからの光は蛍光体含有層で吸収されて
しまい、発光ダイオード全体としての発光効率が著しく
低下するという問題点も有する。
よる方法では、その構造上、青色発光ダイオードチップ
からの発光は、蛍光体を含んで不透明になった蛍光体含
有層を通過しなければならない。このとき、青色発光ダ
イオードのチップからの光は蛍光体含有層で吸収されて
しまい、発光ダイオード全体としての発光効率が著しく
低下するという問題点も有する。
【０００６】この問題点を解決する方法の一つとして、
近年、特開２０００−４９３７４号公報による方法が提
案された。この方法では、酸素原子や炭素原子等の蛍光
中心をドープしたＧａＮ基板上にＩｎＧａＮ発光層を成
長することで発光素子を得る。この発光素子は、ＩｎＧ
ａＮからの発光と、この発光によって励起されたＧａＮ
基板内の蛍光中心からの蛍光の混合色を放射する。さら
に、蛍光中心含有ＧａＮ層の厚さを制御することで、Ｉ
ｎＧａＮからの発光と蛍光中心から蛍光の比を調節し、
白色を得ることも可能である。
近年、特開２０００−４９３７４号公報による方法が提
案された。この方法では、酸素原子や炭素原子等の蛍光
中心をドープしたＧａＮ基板上にＩｎＧａＮ発光層を成
長することで発光素子を得る。この発光素子は、ＩｎＧ
ａＮからの発光と、この発光によって励起されたＧａＮ
基板内の蛍光中心からの蛍光の混合色を放射する。さら
に、蛍光中心含有ＧａＮ層の厚さを制御することで、Ｉ
ｎＧａＮからの発光と蛍光中心から蛍光の比を調節し、
白色を得ることも可能である。
【０００７】また、従来型の単色光発光素子と同様、透
明な樹脂モールドを用いることができるので、樹脂モー
ルドでの光の吸収はほとんど起こり得ない。基板からの
蛍光は発光層であるＩｎＧａＮ層を通過しなければなら
ないが、蛍光の波長がＩｎＧａＮのバンドギャップエネ
ルギーに相当する波長よりも長ければ、蛍光が吸収され
ることはほとんどない。
明な樹脂モールドを用いることができるので、樹脂モー
ルドでの光の吸収はほとんど起こり得ない。基板からの
蛍光は発光層であるＩｎＧａＮ層を通過しなければなら
ないが、蛍光の波長がＩｎＧａＮのバンドギャップエネ
ルギーに相当する波長よりも長ければ、蛍光が吸収され
ることはほとんどない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、格子整
合条件等を考慮すると、前述の特開２０００−４９３７
４号公報のように、ＧａＮ系の半導体発光素子はＧａＮ
基板上に作製するのが最も理想的である。しかし、実際
には、ＧａＮ系の半導体素子はＡｌ2 Ｏ3 基板（サファ
イア基板）上に作製されるのが一般的である。
合条件等を考慮すると、前述の特開２０００−４９３７
４号公報のように、ＧａＮ系の半導体発光素子はＧａＮ
基板上に作製するのが最も理想的である。しかし、実際
には、ＧａＮ系の半導体素子はＡｌ2 Ｏ3 基板（サファ
イア基板）上に作製されるのが一般的である。
【０００９】この原因は、近年まで良質のＧａＮ基板を
作製することが極めて困難であったことにある。最近で
は、ＧａＮ基板を作製することは可能になりつつあるも
のの、未だ一般的ではない。その上、半導体であるＧａ
Ｎに蛍光中心をドープすれば、結晶に欠陥が生じる可能
性は飛躍的に増加し、良質な基板の作製がより困難にな
る。したがって、前述の特開２０００−４９３７４号公
報による方法では、実用的な発光素子を作製するのは極
めて難しいと予想される。
作製することが極めて困難であったことにある。最近で
は、ＧａＮ基板を作製することは可能になりつつあるも
のの、未だ一般的ではない。その上、半導体であるＧａ
Ｎに蛍光中心をドープすれば、結晶に欠陥が生じる可能
性は飛躍的に増加し、良質な基板の作製がより困難にな
る。したがって、前述の特開２０００−４９３７４号公
報による方法では、実用的な発光素子を作製するのは極
めて難しいと予想される。
【００１０】さらに、前述のとおりＧａＮ基板は未だ広
く使われていないため、Ａｌ2 Ｏ3基板に比べ圧倒的に
高価であるという問題点も有する。
く使われていないため、Ａｌ2 Ｏ3基板に比べ圧倒的に
高価であるという問題点も有する。
【００１１】本発明は、上記問題点を鑑みなされたもの
で、その目的は、従来の単色光発光素子の製造工程と全
く同様の工程で製造できる混合色発光素子を、蛍光中心
含有ＧａＮ基板上に作製した発光素子よりも安価かつ容
易に提供することにある。
で、その目的は、従来の単色光発光素子の製造工程と全
く同様の工程で製造できる混合色発光素子を、蛍光中心
含有ＧａＮ基板上に作製した発光素子よりも安価かつ容
易に提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、基板上に少なくとも１層の半導体層を具
備する発光素子において、前記基板がＴｉをドープした
Ａｌ2 Ｏ3 の単結晶で構成されているか又は前記基板が
ＴｉをドープしたＡｌ2 Ｏ3 を含む材料で構成されてい
ることを特徴とする（請求項１、２）。
め、本発明は、基板上に少なくとも１層の半導体層を具
備する発光素子において、前記基板がＴｉをドープした
Ａｌ2 Ｏ3 の単結晶で構成されているか又は前記基板が
ＴｉをドープしたＡｌ2 Ｏ3 を含む材料で構成されてい
ることを特徴とする（請求項１、２）。
【００１３】また本発明は、基板上に複数の窒化物系化
合物半導体層を積層し、その一部に発光層となるｐｎ接
合を有する半導体積層部を具備する発光素子において、
前記基板がＴｉをドープしたＡｌ2 Ｏ3 の単結晶で構成
されているか又は前記基板がＴｉをドープしたＡｌ2 Ｏ
3 を含む材料で構成されていることを特徴とする（請求
項５、６）。
合物半導体層を積層し、その一部に発光層となるｐｎ接
合を有する半導体積層部を具備する発光素子において、
前記基板がＴｉをドープしたＡｌ2 Ｏ3 の単結晶で構成
されているか又は前記基板がＴｉをドープしたＡｌ2 Ｏ
3 を含む材料で構成されていることを特徴とする（請求
項５、６）。
【００１４】本発明において、前記半導体層のうち少な
くとも１層は、一般式ＧａＮ、またはＡｌx Ｇａ1-x Ｎ
（０≦ｘ≦１）、またはＩｎy Ｇａ1-y Ｎ（０≦ｙ≦
１）で表される化合物半導体で構成される（請求項
３）。そして、前記半導体層が少なくとも１組のｐｎ接
合を構成していることを特徴とする（請求項４、７）。
くとも１層は、一般式ＧａＮ、またはＡｌx Ｇａ1-x Ｎ
（０≦ｘ≦１）、またはＩｎy Ｇａ1-y Ｎ（０≦ｙ≦
１）で表される化合物半導体で構成される（請求項
３）。そして、前記半導体層が少なくとも１組のｐｎ接
合を構成していることを特徴とする（請求項４、７）。
【００１５】また本発明は、発光スペクトルに少なくと
も２つのピークを持つことを特徴とする（請求項８）。
も２つのピークを持つことを特徴とする（請求項８）。
【００１６】＜発明の要点＞本発明の要点は、発光素子
の一部を構成する基板にＴｉをドープしたＡｌ2 Ｏ
3 （以下、Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 と表記）を用いたことに
ある。基板であるＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 は半導体層からの
発光によって励起されて蛍光を生じ、結果的に半導体層
からの発光とＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 からの蛍光の混合色を
得ることができる。
の一部を構成する基板にＴｉをドープしたＡｌ2 Ｏ
3 （以下、Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 と表記）を用いたことに
ある。基板であるＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 は半導体層からの
発光によって励起されて蛍光を生じ、結果的に半導体層
からの発光とＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 からの蛍光の混合色を
得ることができる。
【００１７】Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 は、可視領域のほぼ全
域、特に青色から黄色の範囲に吸収を持ち、赤色から赤
外領域の広い範囲に強い蛍光を生じることが公知であ
る。蛍光の原理は、例えば「先端レーザーテクノロジ
ー」（レーザー学会編、日経技術図書（１９９２））ｐ
３３２に詳しく述べられている。吸収及び蛍光スペクト
ルの一例を図２に示す。
域、特に青色から黄色の範囲に吸収を持ち、赤色から赤
外領域の広い範囲に強い蛍光を生じることが公知であ
る。蛍光の原理は、例えば「先端レーザーテクノロジ
ー」（レーザー学会編、日経技術図書（１９９２））ｐ
３３２に詳しく述べられている。吸収及び蛍光スペクト
ルの一例を図２に示す。
【００１８】本発明に関る発光素子は基板そのものが発
光するため、発光素子の形状は従来の単色光発光素子と
まったく同様の形状とすることができる。そのため、別
途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。
光するため、発光素子の形状は従来の単色光発光素子と
まったく同様の形状とすることができる。そのため、別
途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。
【００１９】樹脂モールドにも従来の単色光発光素子と
同様の透明樹脂を使用できるため、発光素子全体として
の発光効率が低下することもない。
同様の透明樹脂を使用できるため、発光素子全体として
の発光効率が低下することもない。
【００２０】さらに、Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 は赤色から赤
外領域にかけての波長可変超短パルスレーザー用に広く
用いられていることから、良質の単結晶を作製する技術
がすでに確立されている。したがって、Ｔｉ3+：Ａｌ2
Ｏ3 は、製作が困難であるＧａＮ基板よりも価格及び結
晶の質の点で有利である。
外領域にかけての波長可変超短パルスレーザー用に広く
用いられていることから、良質の単結晶を作製する技術
がすでに確立されている。したがって、Ｔｉ3+：Ａｌ2
Ｏ3 は、製作が困難であるＧａＮ基板よりも価格及び結
晶の質の点で有利である。
【００２１】また、近年、Ａｌ2 Ｏ3 基板上にＧａＮ系
の発光層を積層した発光素子の製造技術は飛躍的に向上
し、例えば、中村修二：応用物理、６５，６７６（１９
９７）に詳細が記述されている。この手法で作製された
青色発光ダイオードが一般向けに市販されていることか
ら、Ａｌ2 Ｏ3 基板を用いて作製されたＧａＮ系発光素
子が十分実用に耐えることは明らかであろう。本発明に
関わる発光素子では基板にＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 を用いる
ため、これまで培われてきたＡｌ2 Ｏ3 基板上へのＧａ
Ｎ系半導体層の成長技術をほぼそのまま利用することが
可能である。
の発光層を積層した発光素子の製造技術は飛躍的に向上
し、例えば、中村修二：応用物理、６５，６７６（１９
９７）に詳細が記述されている。この手法で作製された
青色発光ダイオードが一般向けに市販されていることか
ら、Ａｌ2 Ｏ3 基板を用いて作製されたＧａＮ系発光素
子が十分実用に耐えることは明らかであろう。本発明に
関わる発光素子では基板にＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 を用いる
ため、これまで培われてきたＡｌ2 Ｏ3 基板上へのＧａ
Ｎ系半導体層の成長技術をほぼそのまま利用することが
可能である。
【００２２】以上の点を鑑みれば、本発明に係わる混合
色発光素子は、特開平５−１５２６０９号公報による従
来型の混合色発光素子だけではなく、前述の特開２００
０−４９３７４号公報による方法による混合色発光素子
よりも容易、且つ安価に製造することが可能であるとい
う利点を有する。
色発光素子は、特開平５−１５２６０９号公報による従
来型の混合色発光素子だけではなく、前述の特開２００
０−４９３７４号公報による方法による混合色発光素子
よりも容易、且つ安価に製造することが可能であるとい
う利点を有する。
【００２３】＜要点の補足説明＞本発明による発光素子
の一部を構成する基板には、Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 結晶ま
たはＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 を含む材料が用いられている。
Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 は半導体層からの発光によって励起
され、波長６００nm〜１１００nm程度の広い範囲にわた
る蛍光を生じ、結果的に半導体層からの発光とＴｉ3+：
Ａｌ2 Ｏ3 からの蛍光の混合色を得ることができる。
の一部を構成する基板には、Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 結晶ま
たはＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 を含む材料が用いられている。
Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 は半導体層からの発光によって励起
され、波長６００nm〜１１００nm程度の広い範囲にわた
る蛍光を生じ、結果的に半導体層からの発光とＴｉ3+：
Ａｌ2 Ｏ3 からの蛍光の混合色を得ることができる。
【００２４】本発明に関る発光素子は、蛍光体層となる
基板の厚さ、またはＴｉのドープ量を制御することで半
導体層からの発光とＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 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。
基板の厚さ、またはＴｉのドープ量を制御することで半
導体層からの発光とＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 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。
【００２５】また、基板は必ずしもＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3
だけからなる結晶である必要はなく、Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ
3 を含む材料であればよい。この場合、Ｔｉ3+：Ａｌ2
Ｏ3の含有量を制御することで、半導体層からの発光と
Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 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。
だけからなる結晶である必要はなく、Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ
3 を含む材料であればよい。この場合、Ｔｉ3+：Ａｌ2
Ｏ3の含有量を制御することで、半導体層からの発光と
Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 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。
【００２６】本発明に関る発光素子を構成する半導体層
に特に制限はないが、ＧａＮ系化合物半導体が望まし
い。その理由として次の３点が挙げられる。
に特に制限はないが、ＧａＮ系化合物半導体が望まし
い。その理由として次の３点が挙げられる。
【００２７】第一に、Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 の吸収が主に
青色から黄色の範囲にあるため、この波長領域で発光す
る化合物半導体が望ましいということ、第二に、Ｔ
ｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 の蛍光が赤色から赤外領域であるた
め、効果的に混色を得るためには、赤色と補色またはそ
れに近い関係にある青色から青緑色の波長領域で発光す
る化合物半導体が望ましいということ、第三に、Ｔ
ｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 と格子整合する化合物半導体であるこ
とである。
青色から黄色の範囲にあるため、この波長領域で発光す
る化合物半導体が望ましいということ、第二に、Ｔ
ｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 の蛍光が赤色から赤外領域であるた
め、効果的に混色を得るためには、赤色と補色またはそ
れに近い関係にある青色から青緑色の波長領域で発光す
る化合物半導体が望ましいということ、第三に、Ｔ
ｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 と格子整合する化合物半導体であるこ
とである。
【００２８】これら３点を満たす化合物半導体は、一般
式ＧａＮ、またはＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）、ま
たはＩｎy Ｇａy Ｎ（０≦ｙ≦１）で表される化合物半
導体である。
式ＧａＮ、またはＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）、ま
たはＩｎy Ｇａy Ｎ（０≦ｙ≦１）で表される化合物半
導体である。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【００３０】図１に本発明の実施形態に関わる発光素子
の模式図な断面図を示す。図１に示すように、Ｔｉをド
ープしたＡｌ2 Ｏ3 基板即ちＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 基板１
上に、有機金属気相成長法を用いて、Ｓｉドープｎ型Ｇ
ａＮ層２、Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＮ層３、アンドープ
ＩｎＧａＮ活性層（又は発光層ともいう）４、Ｍｇドー
プｐ型ＡｌＧａＮ層５、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層６をこ
の順に積層し、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
ぞれ形成し、ＧａＮ系発光ダイオードとした。
の模式図な断面図を示す。図１に示すように、Ｔｉをド
ープしたＡｌ2 Ｏ3 基板即ちＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 基板１
上に、有機金属気相成長法を用いて、Ｓｉドープｎ型Ｇ
ａＮ層２、Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＮ層３、アンドープ
ＩｎＧａＮ活性層（又は発光層ともいう）４、Ｍｇドー
プｐ型ＡｌＧａＮ層５、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層６をこ
の順に積層し、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
ぞれ形成し、ＧａＮ系発光ダイオードとした。
【００３１】この発光素子は、図２に示すように、発光
スペクトルに少なくとも２つのピークを持つ。その一つ
のピークは、上記ＩｎＧａＮ活性層４からの発光であ
り、他の一つのピークは、上記Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 基板
１の蛍光である。
スペクトルに少なくとも２つのピークを持つ。その一つ
のピークは、上記ＩｎＧａＮ活性層４からの発光であ
り、他の一つのピークは、上記Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 基板
１の蛍光である。
【００３２】＜実施例１＞Ｔｉをドープした厚さ３３０
μｍのＡｌ2 Ｏ3 基板つまりＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3基板１
上に、有機金属気相成長法を用いて、Ｓｉドープｎ型Ｇ
ａＮ層２、Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＮ層３、アンドープ
ＩｎＧａＮ活性層４、Ｍｇ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。積層す
る結晶は、Ｍｇドープ層５および６をｐ型化させるため
に窒素雰囲気中で熱処理を施す。
μｍのＡｌ2 Ｏ3 基板つまりＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3基板１
上に、有機金属気相成長法を用いて、Ｓｉドープｎ型Ｇ
ａＮ層２、Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＮ層３、アンドープ
ＩｎＧａＮ活性層４、Ｍｇ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。積層す
る結晶は、Ｍｇドープ層５および６をｐ型化させるため
に窒素雰囲気中で熱処理を施す。
【００３３】熱処理を施してＭｇドープ層５および６を
ｐ型化させた段階で、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、ＧａＮ系発光ダイオードができ
る。
ｐ型化させた段階で、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、ＧａＮ系発光ダイオードができ
る。
【００３４】このようにして作製した発光ダイオードの
電極７および８にそれぞれワイヤ９をボンディングして
通電したところ、図３に示すような発光スペクトルが得
られた。波長４６０nm近傍のピークはＩｎＧａＮ層４か
らの発光であり、波長８００nm近傍のピークはＴｉドー
プＡｌ2 Ｏ3 基板１の蛍光である。
電極７および８にそれぞれワイヤ９をボンディングして
通電したところ、図３に示すような発光スペクトルが得
られた。波長４６０nm近傍のピークはＩｎＧａＮ層４か
らの発光であり、波長８００nm近傍のピークはＴｉドー
プＡｌ2 Ｏ3 基板１の蛍光である。
【００３５】ＣＩＥ−ＸＹＺ表色系における色度座標を
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。
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。
【００３６】ここでＣＩＥ−ＸＹＺ表色系における色度
座標について述べる。
座標について述べる。
【００３７】半導体層、Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 ともに、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。半導体層の発光の色度座標を（Ｘsc，
Ｙsc）、Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 の蛍光の色度座標を
（ＸTi，Ｙ Ti）とすると、本発明による発光素子の色度
座標は、（Ｘsc，Ｙsc）と（ＸTi，ＹTi）を結ぶ直線上
に存在する。直線上のどの点になるかは半導体層の発光
強度とＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 の蛍光の強度の比で決まり、
発光ダイオードの発光強度が強ければ（Ｘsc，Ｙsc）に
近づき、蛍光の強度が大きければ（ＸTi，ＹTi）に近づ
く。したがって、基板がＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 単体からな
る場合は、その厚さ、またはＴｉのドープ量を、また基
板がＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 と他の材料から構成される場合
にはＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 配合比を制御することで、２点
間を結ぶ直線上の所望の色を得ることができる。
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。半導体層の発光の色度座標を（Ｘsc，
Ｙsc）、Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 の蛍光の色度座標を
（ＸTi，Ｙ Ti）とすると、本発明による発光素子の色度
座標は、（Ｘsc，Ｙsc）と（ＸTi，ＹTi）を結ぶ直線上
に存在する。直線上のどの点になるかは半導体層の発光
強度とＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 の蛍光の強度の比で決まり、
発光ダイオードの発光強度が強ければ（Ｘsc，Ｙsc）に
近づき、蛍光の強度が大きければ（ＸTi，ＹTi）に近づ
く。したがって、基板がＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 単体からな
る場合は、その厚さ、またはＴｉのドープ量を、また基
板がＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 と他の材料から構成される場合
にはＴｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 配合比を制御することで、２点
間を結ぶ直線上の所望の色を得ることができる。
【００３８】ＣＩＥ−ＸＹＺ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））ｐ１１６〜１１９に詳細が述べられ
ている。
ては、例えば「光工学ハンドブック」（小瀬 他、朝倉
書店（１９８６））ｐ１１６〜１１９に詳細が述べられ
ている。
【００３９】＜実施例２＞実施例１で作製した発光素子
において、ＴｉドープＡｌ2 Ｏ3 基板１が厚さ１５０μ
ｍになるまで研磨を行った。
において、ＴｉドープＡｌ2 Ｏ3 基板１が厚さ１５０μ
ｍになるまで研磨を行った。
【００４０】再度通電したところ図４に示すような発光
スペクトルが得られた。実施例１と同様、波長４６０nm
近傍のピークはＩｎＧａＮ層４からの発光であり、波長
８００nm近傍のピークはＴｉドープＡｌ2 Ｏ3 基板１の
蛍光である。
スペクトルが得られた。実施例１と同様、波長４６０nm
近傍のピークはＩｎＧａＮ層４からの発光であり、波長
８００nm近傍のピークはＴｉドープＡｌ2 Ｏ3 基板１の
蛍光である。
【００４１】ＣＩＥ−ＸＹＺ表色系における色度座標を
測定したところ、ｘ＝１．５、ｙ＝２．６であった。目
視により確認したところ、発光は実施例１の発光よりも
青みが強くなった。
測定したところ、ｘ＝１．５、ｙ＝２．６であった。目
視により確認したところ、発光は実施例１の発光よりも
青みが強くなった。
【００４２】これは、蛍光層であるＴｉドープＡｌ2 Ｏ
3 基板１が薄くなり、全発光量のうちＴｉドープＡｌ2
Ｏ3 の蛍光の占める割合が減少したためである。このよ
うに、ＴｉドープＡｌ2 Ｏ3 基板の厚さを制御すること
で混合色を制御することが可能である。
3 基板１が薄くなり、全発光量のうちＴｉドープＡｌ2
Ｏ3 の蛍光の占める割合が減少したためである。このよ
うに、ＴｉドープＡｌ2 Ｏ3 基板の厚さを制御すること
で混合色を制御することが可能である。
【００４３】＜変形例＞実施例で示した基板は必ずしも
Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 の単結晶からなる基板である必要は
なく、Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 を含む材料であればよい。
Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 の単結晶からなる基板である必要は
なく、Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 を含む材料であればよい。
【００４４】さらに、半導体層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持つように半導体層を構成し
てもよい。
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持つように半導体層を構成し
てもよい。
【００４５】＜使用方法、応用システム＞本発明による
発光素子は白色の発光が得られるため、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
れまで単色の発光素子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、電球等の従来の照明機器の置き換えも可能
である。
発光素子は白色の発光が得られるため、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
れまで単色の発光素子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、電球等の従来の照明機器の置き換えも可能
である。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、発
光素子の一部を構成する基板を、ＴｉをドープしたＡｌ
2 Ｏ3 の単結晶又はＴｉをドープしたＡｌ2 Ｏ3 を含む
材料とした構成にしたので、従来の単色発光素子とまっ
たく同様の形状で、且つ混合色を表現できる発光素子
を、蛍光中心含有ＧａＮ基板上に作製した発光素子より
も安価、且つ容易に提供することが可能になる。
光素子の一部を構成する基板を、ＴｉをドープしたＡｌ
2 Ｏ3 の単結晶又はＴｉをドープしたＡｌ2 Ｏ3 を含む
材料とした構成にしたので、従来の単色発光素子とまっ
たく同様の形状で、且つ混合色を表現できる発光素子
を、蛍光中心含有ＧａＮ基板上に作製した発光素子より
も安価、且つ容易に提供することが可能になる。
【図１】本発明の第一の実施形態にかかわる発光素子の
模式的な断面図である。
模式的な断面図である。
【図２】Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 結晶の吸収スペクトルおよ
び発光スペクトルの一例を示す図である。
び発光スペクトルの一例を示す図である。
【図３】本発明の第一の実施形態にかかわる発光素子の
発光スペクトルを示す図である。
発光スペクトルを示す図である。
【図４】本発明の第二の実施形態にかかわる発光素子の
発光スペクトルを示す図である。
発光スペクトルを示す図である。
１ Ｔｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 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ＩｎＧａＮ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
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 (72)発明者 大島 祐一 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） 5F041 AA12 AA42 CA04 CA34 CA40 CA46 CA57 CA73 CA74 DA07 FF01 FF11
Claims (8)
- 【請求項１】基板上に少なくとも１層の半導体層を具備
する発光素子において、前記基板がＴｉをドープしたＡ
ｌ2 Ｏ3 の単結晶で構成されていることを特徴とする発
光素子。 - 【請求項２】基板上に少なくとも１層の半導体層を具備
する発光素子において、前記基板がＴｉをドープしたＡ
ｌ2 Ｏ3 を含む材料で構成されていることを特徴とする
発光素子。 - 【請求項３】前記半導体層のうち少なくとも１層が、一
般式ＧａＮ、またはＡｌx Ｇａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）、
またはＩｎy Ｇａ1-y Ｎ（０≦ｙ≦１）で表される化合
物半導体で構成されていることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２に記載の発光素子。 - 【請求項４】前記半導体層が少なくとも１組のｐｎ接合
を構成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
かに記載の発光素子。 - 【請求項５】基板上に複数の窒化物系化合物半導体層を
積層し、その一部に発光層となるｐｎ接合を有する半導
体積層部を具備する発光素子において、前記基板がＴｉ
をドープしたＡｌ2 Ｏ3 の単結晶で構成されていること
を特徴とする発光素子。 - 【請求項６】基板上に複数の窒化物系化合物半導体層を
積層し、その一部に発光層となるｐｎ接合を有する半導
体積層部を具備する発光素子において、前記基板がＴｉ
をドープしたＡｌ2 Ｏ3 を含む材料で構成されているこ
とを特徴とする発光素子。 - 【請求項７】前記半導体層のうち少なくとも１層が、一
般式ＧａＮ、またはＡｌx Ｇａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦
１）、またはＩｎｙ Ｇａ1-y Ｎ（０≦ｙ≦１）で表さ
れる化合物半導体で構成されていることを特徴とする請
求項５又は６に記載の発光素子。 - 【請求項８】発光スペクトルに少なくとも２つのピーク
を持つことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載
の発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000362676A JP2002164577A (ja) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | 発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000362676A JP2002164577A (ja) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | 発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002164577A true JP2002164577A (ja) | 2002-06-07 |
Family
ID=18833910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000362676A Withdrawn JP2002164577A (ja) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | 発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002164577A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010251763A (ja) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Yiguang Electronic Ind Co Ltd | 発光デバイス、電子デバイス及び発光装置 |
| JP2018515913A (ja) * | 2015-04-29 | 2018-06-14 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＯｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ | オプトエレクトロニクス装置 |
-
2000
- 2000-11-24 JP JP2000362676A patent/JP2002164577A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010251763A (ja) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Yiguang Electronic Ind Co Ltd | 発光デバイス、電子デバイス及び発光装置 |
| JP2018515913A (ja) * | 2015-04-29 | 2018-06-14 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＯｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ | オプトエレクトロニクス装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080205 |