JP2002280607A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単一の発光素子を用い、発光素子自体の発光
色と異なる色の光を高効率で発光可能な発光装置を提供
する。 【解決手段】 III族窒化物系化合物半導体発光素子に
おいて、ＡｌＧａＩｎＮ組成比の異なる二層からなり、
発光ピーク波長が３６０ｎｍ以下の紫外領域の光及び可
視領域の光を発光する発光層とする。かかる発光素子と
紫外領域の光により励起される蛍光体を組み合わせて発
光装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光装置に関する。詳
しくは、III族窒化物系化合物半導体発光素子と蛍光体
とを組み合わせ、発光素子の光の一部を蛍光体により変
換して放出する発光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】発光素子からの光の一部を蛍光体により
波長変換し、かかる波長変換された光と発光素子の光と
を混合して放出することにより、発光素子自体の発光色
と異なる色を発光可能な発光装置が提案されている。例
えば、青色発光の発光素子と青色光により励起されて青
色光より長波長の光を発光する蛍光体を組み合わせた構
成の発光装置が特開平５−１５２６０９号公報、特開２
０００−２１６４３４号公報等に開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の発光装置で
は、青色光、即ち可視領域の光を蛍光体の励起光として
用いている。ここで、蛍光体は励起光の波長によって励
起効率ないし発光効率が異なり、一般に、可視領域の光
を励起光として用いた場合には励起効率が低下する。し
たがって、上記の発光装置では蛍光体の励起効率が低
く、発光素子からの光を高効率で波長変換して外部放射
することができない。また、蛍光体の励起効率が低いこ
とは発光素子の青色光の損失を大きくし、蛍光体により
波長変換されずに外部放射される青色光の量も少なくな
る。このように、従来の構成では、発光素子の光が波長
変換されることにより得られる光の量、及び波長変換さ
れずに直接外部放射される発光素子からの光の量のいず
れも少なくなり、その結果、発光装置全体の発光量（輝
度）が低下することとなる。本発明は、以上の課題に鑑
みなされたものであり、その目的とするところは、単一
の光源（発光素子）を用い、発光素子自体の発光色と異
なる色の光を高効率で発光可能な発光装置を提供するも
のである。特に、白色系あるいは２波長以上の混色の光
を高効率に発光可能な発光装置を提供することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
に鑑み、III族窒化物系化合物半導体を発光層の材料と
した発光素子について種々の改良を検討したところ、発
光ピーク波長を３６０ｎｍ以下に有する紫外領域の光と
可視領域の光を発光可能な発光素子を開発するに至っ
た。本発明は以上の検討を基になされたものであり、そ
の構成は次の通りである。即ち、III族窒化物系化合物
半導体からなり、発光ピーク波長が３６０ｎｍ以下の紫
外領域の光及び可視領域の光を発光する発光層、を備え
る発光素子と、前記紫外領域の光により励起されて励起
光と異なる波長の光を発光する蛍光体と、を備えてなる
発光装置、である。

【０００５】以上の構成の発光装置では、発光素子が発
光する紫外領域の光により蛍光体が励起、発光し、かか
る発光による光と発光素子が発光する可視領域の光とが
混合されながら外部放射される。ここで、発光素子が発
光する紫外領域の光を蛍光体の励起に利用するため、蛍
光体を高効率で励起することができ、蛍光体から高輝度
の発光が得られる。一方、発光素子からは可視領域の光
が放出されるが、かかる光は蛍光体に吸収されることな
く外部放射される。したがって、発光素子が発光する可
視領域の光を損失することなく外部放射光として利用で
きる。以上のように、紫外領域の光と可視領域の光を発
光する発光素子を用い、かつ紫外領域の光を蛍光体の励
起に用いる構成としたことにより、蛍光体から高輝度の
発光が得られ、同時に発光素子の光の損失を抑えること
ができる。即ち、発光素子の光を高効率で利用した発光
効率の高い発光装置が提供される。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の発光素子は、III族窒化
物系化合物半導体からなり、発光ピーク波長が３６０ｎ
ｍ以下の紫外領域の光及び可視領域の光を発光する発光
層を備える。即ち、発光波長に関しては、紫外領域の発
光ピーク及び可視領域の発光ピークをそれぞれ少なくと
も一つ有する発光層が用いられる。かかる条件を満たす
発光層であれば、例えば紫外領域に二つ以上の発光ピー
クを有する発光層を用いることもでき、また、可視領域
に二つ以上の発光ピークを有する発光層を用いることも
できる。

【０００７】紫外領域の光は、波長３６０ｎｍ以下の発
光ピークを有すればよいが、後述の蛍光体を励起可能な
光である必要がある。好ましくは、高効率で蛍光体を励
起可能な波長を有する光であることが好ましい。従っ
て、蛍光体の励起波長付近に発光ピーク波長を有するこ
とが好ましく、さらには、蛍光体の励起波長付近に単一
の発光ピーク波長を有することが好ましい。例えば、紫
外領域の光を波長３４０ｎｍ〜３６０ｎｍの範囲に発光
ピークを有するものとする。

【０００８】可視領域の光は、後述の蛍光体から発光す
る光と混合されて放出される。即ち、本発明の発光装置
からは、発光素子の発光層から発光する可視領域の光と
蛍光体からの光とが混合された色の発光が得られる。従
って、可視領域の光の色（波長）は、蛍光体からの光の
色（波長）及び発光装置から発光される光の色を考慮し
て適宜選択されることができる。換言すれば、可視領域
の光の色（波長）を変化させることにより、発光装置の
発光色を変化させることができる。具体的には、可視領
域の光を発光ピーク波長が４３０ｎｍ〜５６０ｎｍの範
囲に有するものとすることができる。また、発光ピーク
波長が４５０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲に有するものとす
ることができる。かかる可視領域の光は青色系の光であ
って、後述の蛍光体として黄色〜黄緑色の発光をするも
のを用いることにより、白色系の発光をする発光装置を
構成することができる。

【０００９】発光層はIII族窒化物系化合物半導体を材
料として形成される。ここで、一般に、III族窒化物系
化合物半導体とは、一般式としてＡｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ
_{１−Ｘ− Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦
１）の四元系で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのい
わゆる２元系、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘ
Ｎ及びＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＮ（以上において０＜ｘ＜１）
のいわゆる３元系を包含する。III族元素の一部をボロ
ン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、ま
た、窒素（Ｎ）の一部も リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、
アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換でき
る。また、発光層は任意のドーパントを含有するもので
あってもよい。発光層を四元系で形成する場合の一例を
示せば、発光層をＡｌ_ｘ１Ｇａ_{１−ｘ １−ｘ２}Ｉｎ_ｘ２
Ｎ（０＜ｘ１＜１、０＜ｘ２＜１、ｘ１＞ｘ２）からな
る領域と、Ａｌ_ｙ１Ｇａ_{１−ｙ１−ｙ２}Ｉｎ_ｙ２Ｎ（０
＜ｙ１＜１、０＜ｙ２＜１、ｙ１＜ｙ２）からなる領域
とを有するものとする。前者の領域は、Ａｌをその組成
に多く含むため、バンドギャップが比較的大きくなり、
発光波長の比較的短い紫外領域の光を発光することがで
きる。他方、後者の領域は、Ｉｎをその組成に多く含む
ため、バンドギャップが比較的小さくなり、発光波長の
長い可視領域の光を発光することができる。これら両領
域は単一の層内に混晶の状態で形成させることが好まし
い。また、発光層を三元系で形成する場合には、紫外領
域の光を発光するＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）か
らなる領域と、可視領域の光を発光するＩｎ_ｙＧａ
_１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）からなる領域とを有する発光層
を採用できる。この場合にも、両領域を単一の層内に混
晶の状態で形成させることが好ましい。以上のような発
光層は、例えば、後述の実施例のように有機金属気相成
長法（以下、「ＭＯＣＶＤ法」という）により形成するこ
とができる。通常、ＭＯＣＶＤ法を用いてIII族窒化物
系化合物半導体からなる発光層を形成するには、所定の
温度に昇温したＭＯＣＶＤ装置内に、アンモニアガスと
III族元素のアルキル化合物ガス、例えばトリメチルガ
リウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）
やトリメチルインジウム（ＴＭＩ）等を供給して熱分解
反応させる。発光層の成長条件、即ち、成長温度、アン
モニアガスの流量、アルキル化合物ガスの比率及び流
量、アンモニアガスとアルキル化合物ガスの流量比、成
長速度等を調整することにより、上記の混晶からなる発
光層を形成することができる。

【００１０】本発明者らの検討によれば、供給する原料
ガスの比率を、ＴＭＧ：ＴＭＡ：ＴＭＩ＝１：０．０
１：０．０５〜１：０．５：１０の範囲、アンモニアガ
ス：III族元素原料ガス（ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＴＭＩ）＝
１０００：１〜１０００００：１の範囲、成長温度を６
００℃〜１１００℃の範囲、成長速度を０．００２〜１
μｍ／分の範囲で発光層を成長させることにより、結晶
性のよいＡｌ_ｘ１Ｇａ_{１ −ｘ１−ｘ２}Ｉｎ_ｘ２Ｎ（０＜
ｘ１＜１、０＜ｘ２＜１、ｘ１＞ｘ２）とＡｌ_{ｙ １}Ｇａ
_{１−ｙ１−ｙ２}Ｉｎ_ｙ２Ｎ（０＜ｙ１＜１、０＜ｙ２＜
１、ｙ１＜ｙ２）との混晶からなる発光層を成長するこ
とができる。好ましくは、ＴＭＧ：ＴＭＡ：ＴＭＩ＝
１：０．０２：０．４〜１：０．２：２の範囲、アンモ
ニアガス：III族元素原料ガス（ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＴＭ
Ｉ）＝５０００：１〜８００００：１の範囲、成長温度
を７００℃〜９００℃の範囲、成長速度を０．０１〜
０．１μｍ／分の範囲で発光層を成長させる。尚、発光
層の成長条件を適宜調整することにより、Ａｌ_ｘ１Ｇａ
_{１−ｘ１−ｘ ２}Ｉｎ_ｘ２Ｎ（０＜ｘ１＜１、０＜ｘ２＜
１、ｘ１＞ｘ２）からなる領域と、Ａｌ_ｙ１Ｇａ
_{１−ｙ１−ｙ２}Ｉｎ_ｙ２Ｎ（０＜ｙ１＜１、０＜ｙ２＜
１、ｙ１＜ｙ２）からなる領域の比率の異なる発光層を
形成することができる。三元系の発光層を形成する場合
も同様に、成長条件を適宜調整することにより、Ａｌ_ｘ
Ｇａ_{１ −ｘ}Ｎ（０≦ｘ≦１）からなる領域と、Ｉｎ_ｙＧ
ａ_１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）からなる領域の比率の異なる
発光層を形成することができる。発光層の層構成は特に
限定されず、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造等を
採用できる。発光層の形成方法は、ＭＯＣＶＤ法に限ら
ず、周知の分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系
気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレー
ティング法、電子シャワー法等によっても形成すること
ができる。

【００１１】蛍光体は、発光素子から発せられる紫外領
域の光により励起され、励起光と異なる波長の光を発光
する。従って、発光素子から発せられる紫外領域の光に
より励起可能な蛍光体であれば、本発明における蛍光体
として用いることができる。例えば、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａ
ｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａ
ｕ，Ａｌ、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｔｂ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃ
ｕ、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ_３Ａｌ
_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａ
ｇ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｃｌ、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｔｂ、Ｙ_３
（Ａｌ，Ｇａ） _５Ｏ_１２：Ｔｂ、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍ
ｎ、ＬａＰＯ_４：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｙ_２Ｏ_３Ｓ：Ｅｕ、ＹＶ
Ｏ_４：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ、ＺｎＳ：
Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍ
ｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ、Ｓｒ_１０（Ｐ
Ｏ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｅｕ）（Ｍｇ，
Ｍｎ）Ａｌ _１０Ｏ_１７、（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ
_１７、ＺｎＯ：Ｚｎ、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅのいずれか又
はこれらの中から選ばれる二以上の蛍光体を組み合わせ
て用いることができる。

【００１２】発光素子から発せられる励起光の照射によ
り高輝度の発光をする蛍光体が好適に用いられる。ま
た、蛍光体から発せられる光は、発光素子から発せられ
る可視領域の光と混合されて外部放射される。即ち、蛍
光体の発光色は、発光装置全体としての発光色を定める
要素となる。したがって、所望の発光色の発光装置が得
られるような発光色を有する蛍光体が選択される。例え
ば、発光素子からの可視光が青色系の光である場合に
は、蛍光体として黄色〜黄緑色系の発光色を有するもの
を採用することにより、発光装置全体として白色系の色
の発光を得ることができる。例えば、黄色〜黄緑色系の
発光色を有する蛍光体として、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，
Ａｌ、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｔｂ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、
Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ
_１２：Ｃｅ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｇ，
Ｃｕ，Ｇａ，Ｃｌ、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｔｂ、Ｙ_３（Ａ
ｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｔｂ、Ｚｎ _２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、Ｌ
ａＰＯ_４：Ｃｅ，Ｔｂ等を用いることができる。尚、蛍
光体は、発光素子から発せられる可視光に対しても励起
波長を有していてもよい。発光素子から発せられる可視
光により励起され、励起光と異なる波長の光を発光可能
な蛍光体（第２の蛍光体）を上記の蛍光体に組み合わせ
て用いることもできる。これにより、第２の蛍光体から
の発光を利用して発光装置の発光色の補正をすることが
できる。

【００１３】Ｓｉ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｇｅといったｎ型
不純物をドープしたｎ型ＧａＮ層に紫外領域の光を照射
すると黄色に発光することが知られている。かかるｎ型
ＧａＮ層から得られる発光を利用して本発明の発光装置
の発光色の補正をすることができる。また、ｎ型ＧａＮ
層から高輝度の発光が得られる場合には、かかる発光を
利用することにより、上記の蛍光体を省略し、ｎ型Ｇａ
Ｎ層からの光及び発光素子からの可視光との混色により
発光装置の発光を得ることもできる。勿論、この場合に
おいても、上記の蛍光体を併せて用いることもできる。

【００１４】蛍光体は、発光素子の光放出方向に配置さ
れる。蛍光体は、好ましくは、光透過性材料に分散され
て用いられる。この場合には、蛍光体を分散した光透過
性材料（以下、「蛍光材料」という）により発光素子の光
放出方向を被覆する構成とすることが好ましい。蛍光体
に発光素子からの光を効率的に照射するためである。例
えば、蛍光材料を発光素子の表面に層状に形成すること
ができる。また、後述の実施例のように発光素子をリー
ドフレーム等のカップ状部分にマウントする場合には、
当該カップ部に蛍光材料を充填することもできる。さら
には、蛍光材料を封止部材として用いることもできる。
即ち、発光素子を含む素子構造を蛍光材料により封止す
る構成としてもよい。光透過性材料としては、エポキシ
樹脂、シリコン樹脂、尿素樹脂、又はガラス等が用いら
れる。これらの材料は、単独で用いられるのは勿論のこ
と、これらの中から任意に選択される二種以上を用いる
こともできる。使用目的、使用条件等に応じて、光透過
性材料内における蛍光体の濃度分布を変化させることが
できる。即ち、発光素子に近づくに従って蛍光体の量を
連続的又は段階的に変化させる。例えば、発光素子に近
い部分において蛍光体の濃度を大きくする。これによ
り、効率的に発光素子からの光を蛍光体に照射すること
ができる。発光素子に近づくに従って蛍光体の濃度を小
さくすることにより、発光素子の発熱に起因する蛍光体
の劣化を抑制することができる。蛍光材料と発光素子と
の間に別の光透過性材料からなる層ないし空間を設ける
こともできる。

【００１５】蛍光材料を用い、発光素子からの光が蛍光
材料を通過する（紫外領域の光は蛍光体を励起、発光さ
せる）構成の場合、発光素子からの可視領域の光と蛍光
体からの光は蛍光材料内で自動的に混合される。しか
し、発光素子からの可視領域の光と蛍光体からの光とを
混合する態様はこれに限定されるものではない。例え
ば、蛍光体を発光素子の周囲に島状に配置する。そし
て、発光素子からの紫外領域の光を蛍光体に照射すると
ともに、可視領域の光を蛍光体の島の間を通過させるこ
とにより、発光素子からの可視領域の光と蛍光体からの
光とを封止部材中で混合させることができる。以上の場
合では、蛍光体と発光素子とが一体的に結合して発光装
置を構成するが、蛍光体を発光素子と別体として発光装
置を構成してもよい。例えば上記の構成の発光素子を用
いてＬＥＤを構成し、これに蛍光体を含有する光透過性
材料（蛍光体含有の光透過性フィルム、キャップ等）を
組み合わせて発光装置とすることができる。

【００１６】本発明の発光装置は、単独で白色等の発光
をする光源として用いることができる。また、白色を高
密度、高精細に表示する発光ダイオード表示装置（以
下、「ＬＥＤ表示装置」という。）に利用することが考
えられる。従来のフルカラー表示可能なＬＥＤ表示装置
においては、ＲＧＢの各ＬＥＤを組み合わせて一画素と
し、それらを発光、混色することにより白色発光を得て
いた。即ち、白色表示には３個のＬＥＤの発光が必要で
あり、緑色、赤色等の単色発光の場合に比べ表示領域が
大きくなっていた。このため、白色を緑色等の場合と同
様に高精細に表示することはできなかった。本発明の発
光装置では、単独で白色系の発光を実現できるので、Ｒ
ＧＢの各ＬＥＤに加えて用いることにより、白色表示を
緑色、赤色等の発光と同様に高密度、高精細に得ること
ができる。また、一の発光素子の点灯状態の制御により
白色表示を調整できるという利点もある。さらに、従来
のようにＲＧＢの各ＬＥＤの発光色の混色により白色表
示をさせるのではないので、見る角度によって視認色に
変化が生じたりすることがなく、また、色むらを低減さ
せることもできる。加えて、ＲＧＢの各ＬＥＤと併せて
使用すれば、ＲＧＢの混色による白色表示と本発明の発
光装置による白色表示とを同時に行うことにより、白色
表示における光度、輝度のアップが図られる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一の実施例である発光装置１
を例にとり、本発明の構成をより詳細に説明する。図１
は本発明の一実施例である白色系ＬＥＤ１を示す図であ
り、図２にはＬＥＤ１に使用される発光素子１０の断面
図が示される。発光素子１０の各層のスペックは次の通
りである。

【００１８】基板１１の材質はIII族窒化物系化合物半
導体層を成長させられるものであれば特に限定されず、
サファイアの他、スピネル、シリコン、炭化シリコン、
酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化マグネ
シウム、酸化マンガン、III族窒化物系化合物半導体単
結晶等を用いることができる。サファイア基板を用いる
場合にはそのａ面を利用することが好ましい。バッファ
層１２は高品質の半導体層を成長させるために用いら
れ、周知のＭＯＣＶＤ法等により基板１１表面上に形成
される。本実施例ではＡｌＮをバッファ層として用いた
が、これに限定されるわけでなく、ＧａＮ、ＩｎＮの二
元系、一般的にＡｌ_ｘＧａ_ｙＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜
１、ｘ＋ｙ＝１）で表されるIII族窒化物系化合物半導
体（三元系）、さらにはＡｌ_ａＧａ_ｂＩｎ_{１−ａ−ｂ}Ｎ
（０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、ａ＋ｂ＜１）で表されるII
I族窒化物系化合物半導体（四元系）を用いることもで
きる。

【００１９】各半導体層は周知のＭＯＣＶＤ法により形
成される。この成長法においては、アンモニアガスとII
I族元素のアルキル化合物ガス、例えばトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）や
トリメチルインジウム（ＴＭＩ）とを適当な温度に加熱
された基板上に供給して熱分解反応させ、もって所望の
結晶をバッファ層１２上に成長させる。勿論、各半導体
層の形成方法はこれに限定されるものではなく、周知の
分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法
（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング
法、電子シャワー法等によっても形成することができ
る。III族窒化物系化合物半導体は任意のドーパントを
含むものであっても良い。ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇ
ｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることができる。ｐ型不純
物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を用
いることができる。なお、ｐ型不純物をドープした後に
III族窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照
射若しくは炉による加熱にさらすことができる。本実施
例では、発光層１５を次のように形成した。まず、基板
温度を８３０℃とし、ＴＭＧとアンモニアガスをＭＯＣ
ＶＤ装置内に供給した。これによりバリア層（ＧａＮ）
を形成した。続いて、基板温度を維持した状態で、原料
ガスをアンモニアガス、ＴＭＧ、ＴＭＡ、及びＴＭＩに
して量子井戸層（ＡｌＩｎＧａＮ）を形成した。以上の
操作を所定の回数繰り返すことにより、所望の数のバリ
ア層及び量子井戸層が積層された発光層１５が得られ
る。

【００２０】発光素子の構成としては、シングルへテロ
型、ダブルへテロ型及びホモ接合型であってもよい。そ
の他、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合であってもよい。

【００２１】発光層１５とｐクラッド層１６との間にマ
グネシウム等のアクセプタをドープしたバンドキャップ
の広いＡｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ≦１、０
≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）層を介在させることができる。
これは発光層１５の中に注入された電子がｐクラッド層
１６に拡散するのを防止するためである。

【００２２】ｎ電極２０はＡｌとＶの２層で構成され、
ｐコンタクト層１７を形成した後、ｐコンタクト層１
７、ｐクラッド層１６、発光層１５、ｎクラッド層１
４、及びｎコンタクト層１３の一部をエッチングにより
除去し、その後、蒸着によりｎコンタクト層１３上に形
成される。透光性電極１８は金を含む薄膜であり、ｐコ
ンタクト層１７上面の実質的な全面を覆って形成され
る。ｐ電極１９は蒸着により透光性電極１８上に形成さ
れる。上記工程の後、各チップの分離工程を行う。得ら
れた発光素子１０の発光スペクトルを測定した。印加電
圧３．４Ｖ、順方向電流２０ｍＡにおける測定結果を図
３に示す。図３に示されるように、波長３３０ｎｍ付
近、及び４７０ｎｍ付近に二つの発光ピークが観察され
る。

【００２３】発光層１５と基板１１との間、又は基板１
１の半導体層が形成されない面に反射層を設けることも
できる。反射層を設けることにより、発光層１５で生
じ、基板側に向かった光を効率的に光の取り出し方向へ
の反射することができ、その結果、発光効率の向上が図
れる。反射層は、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化
ハフニウム、及び窒化タンタル等の金属窒化物、Ａｌ、
Ｉｎ、Ｃｕ、ＡｇＩ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｔｉ、Ｎｉ等の金属の単体又はこれらの中から任意
に選択される２種以上の金属からなる合金を反射層の材
料として用いることができる。

【００２４】続いて、発光素子１０を用いてＬＥＤ１を
次のように作製した。まず、発光素子１０をリードフレ
ーム３０に設けられるカップ部３３に接着剤２２を用い
てマウントした。接着剤２２はエポキシ樹脂の中に銀を
フィラーとして混合させた銀ペーストである。かかる銀
ペーストを用いることにより発光素子１０からの熱の放
散がよくなる。

【００２５】カップ部３３には蛍光体３６を一様に分散
させたエポキシ樹脂（以下、「蛍光体樹脂」という。）
３５が充填される。蛍光体樹脂を後述のワイヤボンディ
ング後にカップ部３３に充填することもできる。また、
発光素子１０をカップ部３３にマウントする前に発光素
子１０の表面に蛍光体樹脂からなる層を形成してもよ
い。例えば、発光素子１０を蛍光体樹脂にディップする
ことにより、発光素子１０の表面に蛍光体樹脂層を形成
し、その後、発光素子１０をカップ部３３に銀ペースト
を用いてマウントする。蛍光体樹脂層の形成方法として
は、上記ディップによる他、スパッタリング、塗布、又
は塗装等を用いることもできる。

【００２６】蛍光体３６には、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｕ、Ａ
ｌ（化成オプトニクス株式会社製、品名Ｐ２２−ＧＹ、
発光ピーク５３５ｎｍ）を用いた。本実施例では、蛍光
体３６を分散させる基材としてエポキシ樹脂を用いた
が、これに限定されるわけではなく、シリコン樹脂、尿
素樹脂、又はガラス等の透明な材料を用いることができ
る。また、本実施例では蛍光体３６を蛍光体樹脂３５内
に一様に分散させる構成としたが、蛍光体樹脂３５内で
蛍光体３６の濃度分布に傾斜を設けることもできる。例
えば、蛍光体３６濃度の異なるエポキシ樹脂を用いて蛍
光体３６濃度の異なる複数の蛍光体樹脂層がカップ部３
３内に形成されるようにする。また、連続的に蛍光体３
６濃度を変化させることもできる。

【００２７】蛍光体樹脂３５に、酸化チタン、窒化チタ
ン、窒化タンタル、酸化アルミニウム、酸化珪素、チタ
ン酸バリウム等からなる拡散剤を含ませることもでき
る。後述の封止レジン５０に蛍光体３６を含ませること
により、蛍光体樹脂３５を省略することもできる。即
ち、この場合にはカップ部３３内にも蛍光体３６を含む
封止レジン５０が充填されることとなる。この場合にお
いても、上記蛍光体樹脂３５における場合と同様に封止
レジン５０内において蛍光体３６の濃度分布に傾斜を設
けることができる。

【００２８】発光素子１０のｐ電極１９及びｎ電極２０
は、それぞれワイヤ４１及び４０によりリードフレーム
３１及び３０にワイヤボンディングされる。その後、発
光素子１０、リードフレーム３０、３１の一部、及びワ
イヤ４０、４１はエポキシ樹脂からなる封止レジン５０
により封止される。封止レジン５０の材料は透明であれ
ば特に限定はされないが、エポキシ樹脂の他、シリコン
樹脂、尿素樹脂、又はガラスが好適に用いられる。ま
た、蛍光体樹脂３５との接着性、屈折率等の観点から、
蛍光体樹脂３５の材料と同じ材料で形成されることが好
ましい。

【００２９】封止レジン５０は、素子構造の保護等の目
的で設けられるが、封止レジン５０の形状を目的に応じ
て変更することにより封止レジン５０にレンズ効果を付
与することができる。例えば、図１に示される砲弾型の
他、凹レンズ型、又は凸レンズ型等に成形することがで
きる。また、光の取り出し方向（図１において上方）か
ら見て封止レジン５０の形状を円形、楕円形、又は矩形
とすることができる。上記の蛍光体樹脂３５を省略した
場合に限らず、封止レジン５０内に蛍光体３６を分散さ
せることができる。また、封止レジンに蛍光体３６と異
なる蛍光体を含有させ、かかる蛍光体の発光を利用して
ＬＥＤ１の発光色の補正をすることができ、また発光色
を変化させることができる。また、封止レジン５０内に
拡散剤を含ませることができる。拡散剤を用いることに
より、発光素子１０からの光の指向性を緩和させること
ができる。拡散剤としては、酸化チタン、窒化チタン、
窒化タンタル、酸化アルミニウム、酸化珪素、チタン酸
バリウム等が用いられる。さらに、封止レジン５０内に
着色剤を含ませることもできる。着色剤は、蛍光体が発
光素子１０の点灯状態又は消灯状態において特有の色を
示すことを防止するために用いられる。さらに、紫外線
吸収剤を封止レジン５０に含ませることにより寿命の向
上が図れる。尚、蛍光体３６、拡散剤、着色剤及び紫外
線吸収剤は、単独で、又はこれらから任意に２以上を選
択して封止レジン５０に含ませることができるものであ
る。

【００３０】上記発光素子１０に加えて、他の発光素子
を併せて用いることもできる。他の発光素子としては発
光素子１０と発光波長の異なる発光素子が用いられる。
好ましくは、蛍光体を実質的に励起、発光させない発光
波長を有する発光素子が用いられる。かかる他の発光素
子を用いることにより、白色系以外の色も発光可能な発
光装置とすることができる。また、発光素子１０を複数
個用いて輝度アップを図ることもできる。

【００３１】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図４は、他の実施例の発光装置に使用される発光素
子６０の構成を模式的に示した図である。尚、発光素子
６０において上記発光素子１０と同一の要素には同一の
符号を付してその説明を省略する。発光素子６０の各層
のスペックは次の通りである。 層 ： 組成：ドーパント 透光性電極１８ ： Ａｕ／Ｃｏ ｐコンタクト層１７ ： ｐ−ＡｌＧａＮ：Ｍｇ ｐクラッド層１６ ： ｐ−ＡｌＧａＮ：Ｍｇ 発光層１５ ： 多重量子井戸構造 量子井戸層 ： ＡｌＩｎＧａＮ バリア層 ： ＡｌＧａＮ 量子井戸とバリア層の繰り返し数：１〜１０ ｎクラッド層１４ ： ｎ−ＡｌＧａＮ：Ｓｉ 反射層７０ ： 周期構造 第１反射層７１： ｎ−Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ：Ｓｉ 第２反射層７２： ｎ−Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ｎ：Ｓｉ 第１反射層と第２反射層の繰り返し数：１〜７０ ｎコンタクト層１３ ： ｎ−ＧａＮ：Ｓｉ バッファ層１２ ： ＡｌＮ 基板１１ ： サファイア

【００３２】発光素子６０において、反射層７０はＳｉ
ドープのｎ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎからなる第１反射
層７１と、第１反射層７１よりＡｌをその組成に多く含
むＳｉドープのｎ型Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ｎからなる第
２反射層７２が交互に積層された構造である。このと
き、第１反射層７１の屈折率ｎ_１は第２反射層７２の屈
折率ｎ_２より大きく、ｎ_１＞ｎ_２となることが知られて
いる。また第１反射層７１と第２反射層７２の膜厚は、
発光層における紫外領域での発光ピーク波長λに対して
それぞれλ／４ｎ_１およびλ／４ｎ_２と略同じとなるよ
うにした。上記構成の反射層を設けることにより、発光
層１５で生じ、ｎコンタクト層１３側に向かった紫外領
域の光は反射層７０で反射される。通常、ｎコンタクト
層１３は波長３６０ｎｍ以下の紫外領域の光の一部を吸
収してしまうため、蛍光体に紫外領域の光を効率的に照
射することができない。しかしながら反射層７０を設け
ることでｎコンタクト層１３で紫外領域の光が吸収され
ることを防ぐと共に、発光層１５で生じた光を透光性電
極１８に向かう方向に反射することで、当該方向に配置
された蛍光体に紫外領域の光を効率的に照射することが
できる。したがって蛍光体から高輝度の発光が得られ、
発光効率の高い発光装置が提供される。

【００３３】反射層７０の材料にはＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ
（０≦ｘ≦１）を用いたが、一般式としてＡｌ_ｘＧａ_ｙ
Ｉｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋
ｙ≦１）で表されるIII族窒化物系化合物半導体の他、
Ｓｉ_ｘＧｅ_１−ｘＣ（０≦ｘ≦１）、Ｚｎ_ｘＭｇ_１−ｘ
Ｓ_ｙＳｅ_１−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、Ａｌ_ｘＧ
ａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ａｓ_ｚＰ_１−ｚ（０≦ｘ≦１、０≦
ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）などの半導体、
窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、及び
窒化タンタル等の金属窒化物、Ａｌ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｇ
Ｉ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｉ等
の金属の単体又はこれらの中から任意に選択される２種
以上の金属からなる合金を材料として形成することがで
きる。また本実施例では反射層として屈折率の異なる２
種類の層を積層させているが、屈折率が大きく反射率の
大きな１種類の層のみ、あるいは屈折率の異なる３種類
以上の層を積層させた構造としても良い。

【００３４】この発明は、上記発明の実施の形態の説明
に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載
を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変
形態様もこの発明に含まれる。

【００３５】以下、次の事項を開示する。 （１０） 前記発光素子の光放出方向が前記蛍光体を分
散した光透過性材料により被覆されている、ことを特徴
とする請求項１ないし６のいずれかに記載の発光装置。 （１１） 前記発光素子はリードフレームのカップ部に
マウントされ、該カップ部には前記蛍光体を分散した前
記光透過性材料が充填されている、ことを特徴とする
（１０）に記載の発光装置。 （２０） III族窒化物系化合物半導体からなり、発光
ピーク波長が３６０ｎｍ以下の紫外領域の光及び可視領
域の光を発光する発光層、を備える発光素子。 （２１） 前記可視領域の光の発光ピーク波長は４３０
ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲にある、ことを特徴とする（２
０）に記載の発光素子。 （２２） 前記可視領域の光の発光ピーク波長は４５０
ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲にある、ことを特徴とする（２
１）に記載の発光素子。 （２３） 前記発光層は、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{１−ｘ１−ｘ２}
Ｉｎ_ｘ２Ｎ（０＜ｘ１＜１、０＜ｘ２＜１、ｘ１＞ｘ
２）からなる領域と、Ａｌ_ｙ１Ｇａ_{１−ｙ１−ｙ２}Ｉｎ
_ｙ２Ｎ（０＜ｙ１＜１、０＜ｙ２＜１、ｙ１＜ｙ２）か
らなる領域とを有する、ことを特徴とする（２０）ない
し（２２）のいずれかに記載の発光素子。 （２４） 前記Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{１−ｘ１−ｘ２}Ｉｎ_ｘ２Ｎ
（０＜ｘ１＜１、０＜ｘ２＜１、ｘ１＞ｘ２）からなる
領域と、前記Ａｌ_ｙ１Ｇａ_{１−ｙ１−ｙ２}Ｉｎ_{ｙ ２}Ｎ
（０＜ｙ１＜１、０＜ｙ２＜１、ｙ１＜ｙ２）からなる
領域は単一の層内に形成されている、ことを特徴とする
（２３）に記載の発光素子。 （２５） 前記発光層は、前記紫外領域の光を発光する
Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる領域と、前
記可視領域の光を発光するＩｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ
≦１）からなる領域とを有する、ことを特徴とする（２
０）ないし（２２）のいずれかに記載の発光素子。 （２６） 前記Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）から
なる領域と、前記Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）か
らなる領域は単一の層内に形成されている、ことを特徴
とする（２５）に記載の発光素子。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である白色系ＬＥＤ１の構成
を示す図である。

【図２】ＬＥＤ１に用いられる発光素子１０の構成を示
す図である。

【図３】発光素子１０の発光スペクトルを示すグラフで
ある。

【図４】本発明の他の実施例の発光装置に使用される発
光素子６０の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ ＬＥＤ、１０ ６０ 発光素子、１１ 基板、１２
バッファ層、１３ ｎコンタクト層、１４ ｎクラッ
ド層、１５ 発光層、１６ ｐクラッド層、１７ｐコン
タクト層、３５ 蛍光体樹脂、３６ 蛍光体、５０ 封
止レジン、７０反射層、７１ 第１反射層、７２ 第２
反射層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 直樹 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA12 CA34 CA40 CA65 CA66 CB15 DA18 DA41 EE25

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 III族窒化物系化合物半導体からなり、
   発光ピーク波長が３６０ｎｍ以下の紫外領域の光及び可
   視領域の光を発光する発光層、を備える発光素子と、 前記紫外領域の光により励起されて励起光と異なる波長
   の光を発光する蛍光体と、を備えてなる発光装置。
2. 【請求項２】 前記可視領域の光の発光ピーク波長は４
   ３０ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲にある、ことを特徴とする
   請求項１に記載の発光装置。
3. 【請求項３】 前記可視領域の光の発光ピーク波長は４
   ５０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲にある、ことを特徴とする
   請求項２に記載の発光装置。
4. 【請求項４】 前記発光層は、前記紫外領域の光を発光
   するＡｌ_ｘ１Ｇａ_{１ −ｘ１−ｘ２}Ｉｎ_ｘ２Ｎ（０＜ｘ１
   ＜１、０＜ｘ２＜１、ｘ１＞ｘ２）からなる領域と、前
   記可視領域の光を発光するＡｌ_ｙ１Ｇａ_{１−ｙ１−ｙ２}
   Ｉｎ_ｙ２Ｎ（０＜ｙ１＜１、０＜ｙ２＜１、ｙ１＜ｙ
   ２）からなる領域とを有する、ことを特徴とする請求項
   １〜３のいずれかに記載の発光装置。
5. 【請求項５】 前記Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{１−ｘ１−ｘ２}Ｉｎ
   _ｘ２Ｎ（０＜ｘ１＜１、０＜ｘ２＜１、ｘ１＞ｘ２）か
   らなる領域と、前記Ａｌ_ｙ１Ｇａ_{１−ｙ１−ｙ ２}Ｉｎ
   _ｙ２Ｎ（０＜ｙ１＜１、０＜ｙ２＜１、ｙ１＜ｙ２）か
   らなる領域は単一の層内に形成されている、ことを特徴
   とする請求項４に記載の発光装置。
6. 【請求項６】 前記発光層は、前記紫外領域の光を発光
   するＡｌ_ｘＧａ_{１− ｘ}Ｎ（０≦ｘ≦１）からなる領域
   と、前記可視領域の光を発光するＩｎ_ｙＧａ_{１ −ｙ}Ｎ
   （０≦ｙ≦１）からなる領域とを有する、ことを特徴と
   する請求項１〜３のいずれかに記載の発光装置。
7. 【請求項７】 前記Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）
   からなる領域と、前記Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ≦
   １）からなる領域は単一の層内に形成されている、こと
   を特徴とする請求項６に記載の発光装置。
8. 【請求項８】 前記発光素子からの光と前記蛍光体から
   の光とが混合されて発光する、ことを特徴とする請求項
   １〜７のいずれかに記載の発光装置。