JP2003197969A

JP2003197969A - ＧａＮ系半導体発光素子およびそれを用いた発光装置

Info

Publication number: JP2003197969A
Application number: JP2001390817A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Okagawa; 広明岡川; Kazuyuki Tadatomo; 一行只友; Yoichiro Ouchi; 洋一郎大内
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2003-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】白色光のみならず任意の有色光を発する発光
装置の構成に有用なＧａＮ系発光素子を提供し、かつ、
該ＧａＮ系発光素子と蛍光体とを組み合わせた発光装置
を提供することにある。【解決手段】ＧａＮ系結晶層からなる積層構造Ｓを有
し、該積層構造Ｓに発光部Ｅが含まれた素子構造を有す
るＧａＮ系発光素子に、副発光部Ｆを付与する。該副発
光部Ｆは、発光部Ｅから発せられた主発光Ｌ１で励起さ
れてフォトルミネッセンス光Ｌ２を発する層である。こ
の発光素子と蛍光体とを組み合わせて、発光装置を構成
し、フォトルミネッセンス光Ｌ２を出力光に含める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２以上の波長光を
発することが可能なＧａＮ系半導体発光素子（以下、Ｇ
ａＮ系発光素子ともいう）、およびこれに蛍光体を組み
合わせた発光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＧａＮ系半導体は、青色発光可能なバン
ドギャップの大きな材料として注目され、例えば、Ｉｎ
ＧａＮを発光層材料とした青色発光ダイオード（青色Ｌ
ＥＤ）や青色半導体レーザ（青色ＬＤ）が実用化された
後、近年では、紫外ＬＥＤなども商品化されている。

【０００３】上記のように、青色〜紫外のＧａＮ系ＬＥ
Ｄが実用化されたことから、これに蛍光体を組み合わ
せ、白色発光可能なＬＥＤ（白色ＬＥＤ）が検討されて
いる。その１つの例として、青色ＬＥＤと黄色蛍光体と
を組み合わせた白色ＬＥＤが挙げられる。この白色ＬＥ
Ｄの構成は、図４（ａ）に模式的に示すように、青色Ｌ
ＥＤチップを覆う樹脂モールド中に、黄色蛍光体（青色
光で励起され黄色光を発する蛍光体）を分散させたもの
である。このような構成によって、蛍光体に吸収されず
樹脂モールドを通過する青色光と、蛍光体からの黄色光
とが混ざり合い、白色光が出力されているように見え
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、青色光と黄色
光とを組み合わせた白色光は、色純度が悪く（即ち、３
原色の光を完全には含んでおらず）、照明として用いる
には好ましくない。一方、図４（ｂ）に模式的に示すよ
うに、紫外ＬＥＤと、ＲＧＢ白色蛍光体とを組み合わ
せ、色純度の良好な白色光を発生させる試みもなされて
いる。ＲＧＢ白色蛍光体は、ＬＥＤからの主発光に励起
されて３原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ、３波長）の蛍光を発する蛍
光体成分を含むものである。３原色の混色による色純度
の良好な白色光は、演色性が高く、好ましい照明用光源
となり得る。

【０００５】しかし、このようなＲＧＢ白色蛍光体を用
いたものは、特定色の蛍光についての変換効率、特に赤
色についての変換効率が悪いために、該赤色蛍光体の含
有量を増加して補正する必要がある。よって、そのため
に白色光の出力が弱くなるという問題がある。

【０００６】本発明の課題は、上記問題を解決し、白色
光のみならず任意の有色光を発する発光装置の構成に有
用なＧａＮ系発光素子を提供し、かつ、該ＧａＮ系発光
素子と蛍光体とを組み合わせた発光装置を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記問題
点を解決すべく研究を行った結果、ＧａＮ系半導体材料
が、組成によっては赤色光を発することも可能であるこ
とに着目し、そのような組成のＧａＮ系結晶を素子に付
与することによって、好ましいＧａＮ系発光素子、発光
装置を構成し得ることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、次の特徴を有するものである。

【０００８】（１）ＧａＮ系結晶層からなる積層構造を
有し、該積層構造に、ｐ型層とｎ型層とを有して構成さ
れる発光部が含まれた素子構造を有するＧａＮ系半導体
発光素子であって、発光部から発せられた主発光で励起
されてフォトルミネッセンス光を発するＧａＮ系結晶か
らなる副発光部を、該積層構造内の結晶層としてまたは
該積層構造外に付帯する部分として備えていることを特
徴とする、ＧａＮ系半導体発光素子。

【０００９】（２）当該ＧａＮ系半導体発光素子の素子
構造が、結晶基板とその上に成長した上記積層構造とを
有するものであって、副発光部が、発光部内の発光に係
る層と結晶基板との間に位置している、上記（１）記載
のＧａＮ系半導体発光素子。

【００１０】（３）当該ＧａＮ系半導体発光素子の素子
構造が、結晶基板と、その上にｎ型層から先に成長した
上記積層構造とを有するものであって、該積層構造は、
上層側にｐ型電極を形成するためのｐ型コンタクト層を
有し、該ｐ型コンタクト層が副発光部を兼ねている、上
記（１）記載のＧａＮ系半導体発光素子。

【００１１】（４）副発光部がＩｎＧａＮ層を有する、
上記（１）〜（３）のいずれかに記載のＧａＮ系半導体
発光素子。

【００１２】（５）副発光部が、互いに異なる組成比の
ＩｎＧａＮ層を有する、上記（１）〜（３）のいずれか
に記載のＧａＮ系半導体発光素子。

【００１３】（６）副発光部が積層構造であって、該積
層構造には、互いに異なる組成比のＩｎＧａＮ層および
／または互いに同じ組成比のＩｎＧａＮ層が含まれてい
る、上記（１）〜（３）のいずれかに記載のＧａＮ系半
導体発光素子。

【００１４】（７）フォトルミネッセンス光が赤色光を
含んでいる、上記（１）記載のＧａＮ系半導体発光素
子。

【００１５】（８）主発光が紫外線である、上記（１）
記載のＧａＮ系半導体発光素子。

【００１６】（９）上記請求項（１）〜（８）のいずれ
かに記載のＧａＮ系半導体発光素子と、該発光素子の主
発光によって蛍光を発する蛍光体とが組み合わせられた
構成を有し、該発光素子が発する主発光、フォトルミネ
ッセンス光、および蛍光体が発する蛍光の中から選ばれ
る２以上の光を出力光として発することを特徴とする、
発光装置。

【００１７】（１０）出力光が白色光となるように、上
記ＧａＮ系半導体発光素子と蛍光体との組み合わせが選
択されている、上記（９）記載の発光装置。

【００１８】

【発明の実施の形態】先ず、本発明によるＧａＮ系発光
素子（当該発光素子）を説明する。図１に素子構造の一
例を示すように、当該発光素子は、ＧａＮ系結晶層１〜
６からなる積層構造Ｓを有し、該積層構造Ｓには、ｎ型
層２、発光層３、ｐ型層４を有して構成される発光部Ｅ
が含まれている。当該発光素子の重要な特徴は、副発光
部Ｆを備えている点であって、該副発光部Ｆは、発光部
Ｅから発せられた主発光Ｌ１によって励起され、フォト
ルミネッセンス光（以下、ＰＬ光ともいう）Ｌ２を発す
るＧａＮ系結晶からなる部分である。同図の例では、該
副発光部Ｆは、該積層構造内の結晶層となっているが、
後述のように該積層構造外に付帯する層や部分であって
もよい。

【００１９】上記構成とすることによって、当該発光素
子から発せられる光には、主発光Ｌ１と、任意の波長の
ＰＬ光Ｌ２とを含めることができる。これによって、例
えば、当該発光素子と蛍光体とを組み合わせて１つの発
光装置を構成する場合には、該ＰＬ光を新たな波長成分
として出力光に追加することもでき、また、蛍光体から
発せられる特定の波長光を該ＰＬ光によって補強するこ
とも可能になる。よって、過度な蛍光体の使用を解消す
ることも可能になる。

【００２０】当該発光素子は、ＬＥＤ、ＬＤなどであっ
てよいが、以下に、ＬＥＤを例として挙げて本発明の説
明を行う。また、素子構造にも限定は無いが、図１に例
示するように、結晶基板Ｂ上に積層構造Ｓを気相成長さ
せたものを例として説明する。該積層構造Ｓ中のｐ型、
ｎ型の層は、どちらが下側（結晶基板側）であってもよ
いが、高品質な結晶を得やすいことなどの製造上の理由
から、ｎ型の層を下側とする態様が好ましい。以下、ｎ
型の層を下側として素子構造を説明するがこれに限定さ
れるものではない。

【００２１】発光部は、電流注入によって光を発生し得
るようにｎ型層とｐ型層とを有して構成され、発光に係
る層（発光層）を持つ。ｐｎ接合（２層）構造の発光層
は空乏層である。好ましい発光部の構造としては、量子
井戸構造（単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、多重量子井戸
（ＭＱＷ）構造、ＳＱＷ構造が積層されたものなど）、
ＤＨ構造が挙げられる。図１、２では、発光層を符号３
で示しているが、ｎ型クラッド層／量子井戸構造／ｐ型
クラッド層の構成による発光部の構造では、厳密には発
光層はその中の井戸層である。

【００２２】副発光部はＧａＮ系材料からなり、〔主発
光波長≦ＰＬ光波長〕、特に〔主発光波長＜ＰＬ光波
長〕となるように、ＧａＮ系材料の組成比を決定すれば
よい。

【００２３】主発光は、青色光などであってもよいが、
従来の技術の説明でも述べたように、紫外ＬＥＤとＲＧ
Ｂ白色蛍光体との組み合わせは色純度が好ましいので、
主発光を紫外線とする態様が好ましい。

【００２４】主発光とＰＬ光との波長の組み合わせは限
定されないが、例えば、従来の技術で述べたように、紫
外ＬＥＤとＲＧＢ白色蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥ
Ｄとする構成では、蛍光体の変換効率に起因して赤色成
分の光が欠乏するという問題がある。従って、ＰＬ光を
問題の赤色光の補強用に用いることは好ましい態様であ
る。

【００２５】ＧａＮ系結晶によって得られる紫外線の波
長は３００ｎｍ〜４３０ｎｍである。紫外線発光可能な
ＧａＮ系結晶のなかでも、Ｉｎ_XＧａ_1-XＮ（０．０２≦
Ｘ≦０．１２、このときの発光波長３７５ｎｍ〜４３０
ｎｍ）は、出力が大きく好ましい材料である。該Ｉｎ_X
Ｇａ_1-XＮには、必要に応じてＡｌ組成を加えてもよ
い。

【００２６】ＲＧＢ白色蛍光体で問題とする赤色光と
は、波長５９０ｎｍ〜７２０ｎｍ程度の光である。副発
光部からこのような赤色光を発生させる場合には、該赤
色光がＰＬ光として発生するように、副発光部に用いら
れるＧａＮ系材料の組成比を適宜決定すればよい。

【００２７】前記の赤色光をより具体的に例示すると、
ＲＧＢ白色蛍光体に含まれる赤色蛍光体（例えばＥｒド
ープＹ₂Ｏ₂Ｓ）から発せられる赤色蛍光は、波長５９０
ｎｍ〜６３０ｎｍに数本の半値幅の狭いピークを有し、
７２０ｎｍ付近にピークを有する。ＩｎＧａＮのＩｎ組
成を５０％程度とすると、中心波長６５０ｎｍのブロー
ドな発光が得られ、蛍光体と同等の赤色光を発し得る。

【００２８】副発光部の配置位置は限定されないが、大
きくは次の３種類に分けることができる。これらの態様
は併設してもよい。発光層と結晶基板との間。発光層よりも上方。ＧａＮ系積層構造外の任意の位置。

【００２９】上記の態様は、図１に示すように、副発
光部がｎ型側の結晶層として配置される態様である。副
発光部は、それ自体だけのために独立した層でもよい
が、ｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層などとの兼用層
でもよく、これらの層を多層構造としてその中に含めて
もよい。また、結晶基板がＧａＮ系結晶である場合に
は、該結晶基板と副発光部とを兼用し、上記の態様に
含めてもよい。

【００３０】上記の態様は、副発光部が、ｐ型側の結
晶層（クラッド層をも含む）として配置される態様であ
る（図２（ａ））。上記の場合と同様、副発光部は、
独立した層として設けてもよいが、ｐ型コンタクト層、
ｐ型クラッド層などと兼用してもよく、また、これらの
層を多層構造としてその中に含めてもよい。

【００３１】上記の態様において、ｐ型コンタクト層
をＩｎＧａＮからなる副発光部で兼用することは、好ま
しい態様の１つである。即ち、ｐ型ＧａＮコンタクト層
を用いた従来のＧａＮ系発光素子では、ｐ型コンタクト
抵抗が、１×１０^-3Ωｃｍ²程度と高く、良いものでも
１×１０^-4Ωｃｍ²程度である。これに対して、ＩｎＧ
ａＮをｐ型コンタクト層の材料として用いることが報告
されている。これによると、アクセプタ準位が浅くな
り、Ｈａｌｌ濃度が増加するという利点や、コンタクト
抵抗が１×１０^-6Ωｃｍ²程度にまで下がるという利点
が得られるとされている。

【００３２】しかしながら、上記のような報告は、あく
までコンタクト層だけの改善に着目したものであって、
発光層の材料よりもバンドギャップの小さいＩｎＧａＮ
をｐ型コンタクト層に用いた場合、通常の実装方向で
は、ｐ型コンタクト層が主発光取り出し側の最上層とし
て位置するため、この層での吸収により主発光の出力が
低下するという問題がある。これに対して、本発明で
は、単にＩｎＧａＮをｐ型コンタクト層に用いるだけで
なく、該ＩｎＧａＮの組成を必要なＰＬ光（赤色光な
ど）を発する組成へと限定する。これによって、ｐ型Ｉ
ｎＧａＮコンタクト層の上記利点を得ながらも、同時
に、ＰＬ光によって、目的の波長光の追加や補強が可能
となる。

【００３３】上記の態様では、例えば、結晶基板の裏
面など、ＧａＮ系積層構造以外の任意の位置であってよ
い。上記、の態様、特にでは、副発光部の結晶品
質が発光層の結晶品質（ひいては発光効率）に大きく影
響するので重要であるのに対して、このの態様にで
は、上記、の態様に求めるほど高品質な結晶でなく
ともよい。

【００３４】副発光部は、単一の層とするだけでなく、
必要な波長光の分だけ、異なる組成比のＧａＮ系結晶層
を有するものであってもよい。また、副発光部のＧａＮ
系結晶の組成を１種類だけとする場合であっても、強い
ＰＬ光を発生させるには、厚い層が必要である。しか
し、副発光部にＩｎＧａＮを用いる場合、ＩｎＧａＮの
膜厚を厚くすると結晶品質が低下し、ＰＬ光が弱くなる
為、厚膜にする事は好ましくない。この問題は、複数種
のＩｎＧａＮ層を厚く積層する場合も同様である。そこ
で、副発光部の構造を、ＩｎＧａＮ／Ｇａｎ／ＩｎＧａ
Ｎ／ＧａＮ／ＩｎＧａＮのように、高品質成長可能なＧ
ａＮ系結晶層を介して多層に分散させることによって、
結晶の品質を低下させることなく、しかも、トータルと
して必要なＩｎＧａＮ層の厚さが得られる。

【００３５】本発明でいうＧａＮ系半導体とは、Ｉｎ_X
Ｇａ_YＡｌ_ZＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１、
Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）で示される化合物半導体であって、例
えば、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなどが
重要な化合物として挙げられる。

【００３６】素子構造の形成に用いられる結晶基板は、
ＧａＮ系結晶が成長可能なものであればよい。好ましい
結晶基板としては、例えば、サファイア（Ｃ面、Ａ面、
Ｒ面）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、ＧａＮ、Ａｌ
Ｎ、Ｓｉ、スピネル、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＮＧＯなどが
挙げられる。また、これらの結晶を表層として有する基
材であってもよい。なお、基板の面方位は特に限定され
なく、更にジャスト基板でも良いしオフ角を付与した基
板であっても良い。

【００３７】ＧａＮ系発光素子の基本的な素子構造に加
えて、ＧａＮ系結晶の転位などの結晶欠陥密度を低下さ
せるための種々の構造・手法（低温成長バッファ層、選
択成長可能な構造）や、発光層で発生した光をより多く
外部に取り出すための種々の構造（電極構造、反射層構
造、上下を逆に実装し得るフリップチップ構造など）な
どを適宜設けることが好ましい。

【００３８】ＧａＮ系結晶層の成長方法としては、ＨＶ
ＰＥ法、ＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法などが挙げられる。厚
膜を作製する場合はＨＶＰＥ法が好ましく、薄膜を形成
する場合はＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法が好ましい。

【００３９】次に、本発明による当該発光素子と、蛍光
体とを組み合わせた発光装置について説明する。当該発
光装置は、図３に示すように、当該発光素子１０と、該
発光素子の主発光Ｌ１によって蛍光Ｌ３を発する蛍光体
２０とを組み合わせた構成を有する。よって、当該発光
装置の出力光は、図３に示すように、（発光素子の主発
光Ｌ１、ＰＬ光Ｌ２、蛍光体が発する蛍光Ｌ３）の中か
ら選ばれる２以上の光を含むものとなる。

【００４０】主発光Ｌ１を特定の有色光とし、ＰＬ光Ｌ
２、蛍光Ｌ３と共に３者を全て出力してもよいが、主発
光Ｌ１を紫外線とし、蛍光体にＲＧＢ白色蛍光体を用い
て、ＲＧＢ白色光の蛍光Ｌ３を出力させ、かつＰＬ光Ｌ
２を色度の補正用として用いる態様が好ましい。これに
よって、発光素子１０の温度上昇等に伴う出力光の色度
の変化が抑制され、また、当該発光素子から意図的に放
出させているＰＬ光の有用性が顕著となる。図３の例で
は、主発光（紫外線）Ｌ１は紫外線反射膜によって出力
させず、ＰＬ光（赤色光）Ｌ２と、蛍光（ＲＧＢ白色
光）Ｌ３だけを出力光としており、蛍光Ｌ３の赤色光欠
乏をＰＬ光Ｌ２で補強し、３原色光のバランスの取れた
演色性良好な白色光としている。

【００４１】蛍光体は、公知の材料を用いてもよい。代
表的な３原色のものを挙げると、赤色蛍光体材料として
Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ（「：Ｅｕ」は、Ｅｕの添加を表す。以
下同様）、緑色蛍光体材料としてＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：
（Ｅｕ、Ｍｎ）、青色蛍光体材料としてＢａＭｇＡｌ₁₀
Ｏ₁₇：Ｅｕなどが挙げられる。ＲＧＢ白色蛍光体は、こ
れらを組み合わせればよい。

【００４２】上記した蛍光体の材料は、蛍光を発する物
質そのものであって、実際に蛍光体として当該発光素子
と組み合わせて発光装置を構成する場合には、塗布可能
な蛍光塗料や、組立て可能な蛍光体部品などとするのが
好ましい態様である。そのために、該蛍光体の材料に対
して、種々の基材との混ぜ合わせ、化合、基板への担
持、固化など、種々の加工を施してもよい。発光素子と
蛍光体とを組み合わせて１つの発光装置とするための結
合方法、結合構造自体は、公知技術を参照してもよい。

【００４３】

【実施例】実施例１本実施例では、当該発光素子として、主発光（波長３８
２ｎｍの紫外線）と、赤色のＰＬ光（波長６５０ｎｍ）
を発するＧａＮ系ＬＥＤを製作し、これにＲＧＢ白色蛍
光体を組み合わせて、白色発光可能な発光装置（白色Ｌ
ＥＤ）を形成した。

【００４４】素子構造は、図１に示すように、副発光部
を結晶基板と発光部との間に位置させる態様とした。ま
た、発光装置の構造は、発光素子全体にＲＧＢ白色蛍光
体材料を塗布し、発光素子をＲＧＢ白色蛍光体材料で覆
う態様とした。

【００４５】（発光素子の製作）ＭＯＶＰＥ装置にＣ面
サファイア基板を装着し、水素雰囲気下で１１００℃ま
で昇温し、サーマルエッチングを行った。温度を５００
℃まで下げ、III 族原料としてトリメチルガリウム（以
下ＴＭＧ）を、Ｎ原料としてアンモニアを流し、厚さ３
０ｎｍのＧａＮ低温バッファ層を成長させた。

【００４６】続いて温度を１０００℃に昇温し、原料と
してＴＭＧ、アンモニア、ＳｉＨ₄を流し、Ｓｉドープ
のｎ型ＧａＮ結晶層（コンタクト層）を３μｍ成長させ
た。

【００４７】（副発光部）さらに、温度を７００℃と
し、原料としてトリメチルインジウム（以下ＴＭＩ）、
ＴＭＧ、アンモニアを流し、ｎ型Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｎ結晶
層を７ｎｍ成長させ副発光部とした。

【００４８】温度を１０００℃に上げＳｉドープのｎ型
ＧａＮ結晶層（クラッド層）を１μｍ成長させた。

【００４９】（発光部）さらに、温度を７４０℃とした
後、ＧａＮ障壁層（Ｓｉを５×１０¹⁷ｃｍ^-3添加、厚さ
１０ｎｍ）と、ＩｎＧａＮ井戸層（主発光波長３８２ｎ
ｍ、Ｉｎ組成３％、厚さ３ｎｍ）とのペアを、４ペア形
成し、ｐ層に接する最後のＧａＮ障壁層（Ｓｉを５×１
０¹⁷ｃｍ^-3添加、厚さ２０ｎｍ）を形成し、ＭＱＷ構造
とした。

【００５０】温度を１０００℃に昇温後、厚さ３０ｎｍ
のｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４、厚さ５０ｎｍのｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層を順に形成し、主発光部と副発光部と
を備えた紫外ＬＥＤウエハとし、さらに、電極形成、素
子分離を行い、本発明によるＩｎＧａＮ紫外ＬＥＤ（ベ
アチップ状態）とした。

【００５１】この紫外ＬＥＤの出力を、ベアチップ状
態、２０ｍＡ通電にて測定したところ、５．５ｍＷであ
った。発光スペクトルは主発光のピークが３８２ｎｍに
あり、ＰＬ光のピークが６５０ｎｍである物が得られ
た。主発光とＰＬ光のピーク強度の比は１０：１であっ
た。

【００５２】（発光装置の組み立て）Ｒ・Ｇ・Ｂ蛍光体
をＳｉ樹脂の中に分散させた物を用意し、上記紫外ＬＥ
Ｄを覆う様に塗布し、更にその周りをポリカーボネート
樹脂で覆い、本発明による発光装置を得た。

【００５３】得られた発光装置から出力として発せられ
た白色光は、１５〔ルーメン／Ｗ〕であって、Ｒ・Ｇ・
Ｂ蛍光体の蛍光バランスに起因する赤色光の不足がＰＬ
光で補正され、好ましい演色性を示す白色光となってい
ることがわかった。

【００５４】実施例２本実施例では、上記実施例１における副発光部の位置を
移動し、ｐ型コンタクト層が副発光部を兼用する構成と
したこと以外は、上記実施例１と同様に、発光素子、発
光装置を構成した。ｐ型コンタクト層は、Ｉｎ_0.5Ｇａ
_0.5Ｎ（厚さ５ｎｍ、ＰＬ光波長６５０ｎｍ）である。

【００５５】先ず、発光素子（ＩｎＧａＮ紫外ＬＥＤ）
段階での評価として、この素子の出力を、ベアチップ状
態、２０ｍＡ通電にて測定したところ、実施例１と同じ
出力５．５ｍＷが得られた。また、実施例１の素子と比
べて、２０ｍＡ動作時の電圧が０．１Ｖ低下していた。
これは、ＩｎＧａＮコンタクト層の導入によって、ｐ型
電極との接触抵抗が低下した為と考えられる。発光スペ
クトルは、実施例１と同様、主発光のピークが３８２ｎ
ｍにあり、ＰＬ光のピークが６５０ｎｍにあり、主発光
とＰＬ光のピーク強度の比は１０：１であった。発光装
置（白色ＬＥＤ）としての評価では、出力として発せら
れた白色光は、１５〔ルーメン／Ｗ〕であって、実施例
１と同様、赤色光の不足が補正された好ましい演色性を
示す白色光となっていることがわかった。

【００５６】比較例１上記実施例１において副発光部を設けなかったこと以外
は、上記実施例１と同様に、発光素子（従来の紫外ＬＥ
Ｄ）、発光装置（従来の白色ＬＥＤ）を製作した。発光
素子段階での評価として、この紫外ＬＥＤの主発光ピー
ク３８２ｎｍについての出力を、ベアチップ状態、２０
ｍＡ通電にて測定したところ、５ｍＷであった。発光装
置としての評価では、出力として発せられた白色光は、
１２〔ルーメン／Ｗ〕であったが、Ｒ・Ｇ・Ｂ蛍光体の
蛍光バランスに起因する赤色光の不足によって、青みが
かった白色光であった。

【００５７】比較例２本比較例では、比較例１における白色光の赤色光不足
を、赤色蛍光体の増量によって補う実験を行った。Ｒ・
Ｇ・Ｂ蛍光体に含まれる赤色蛍光体の量を、種々の値に
増加したこと以外は、比較例１と同様にして発光装置を
複数製作した。発光装置の出力として発せられた白色光
を評価した結果、実施例１と同様の色味を得る為には、
赤色蛍光体の量を比較例１の３倍にする必要があった。
また、そのときの白色光は５〔ルーメン／Ｗ〕であり、
赤色蛍光体の増量の影響を受けて暗くなることがわかっ
た。

【００５８】

【発明の効果】本発明によるＧａＮ系発光素子は、主発
光と共に有用なＰＬ光を発することができ、該ＰＬ光の
作用によって、３原色光の各出力バランスのとれた白色
光や、その他、任意に補正された有色光を発する発光装
置を提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＧａＮ系発光素子の素子構造例を
示す模式図である。ハッチングは、領域を区別し、特定
部分を強調するためだけに施している。

【図２】本発明によるＧａＮ系発光素子の他の素子構造
例を示す模式図である。

【図３】本発明による発光装置の構成例を模式的に示す
断面図である。

【図４】従来の白色ＬＥＤの構成例を示す図である。

【符号の説明】

ＳＧａＮ系結晶層からなる積層構造Ｅ発光部Ｆ副発光部Ｌ１主発光Ｌ２ＰＬ光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大内洋一郎兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地三菱電線工業株式会社伊丹製作所内Ｆターム(参考） 5F041 AA11 AA12 CA04 CA05 CA12 CA34 CA40 CA65 CA66 CA67 DA12 DA46 EE25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＧａＮ系結晶層からなる積層構造を有
し、該積層構造に、ｐ型層とｎ型層とを有して構成され
る発光部が含まれた素子構造を有するＧａＮ系半導体発
光素子であって、発光部から発せられた主発光で励起されてフォトルミネ
ッセンス光を発するＧａＮ系結晶からなる副発光部を、
該積層構造内の結晶層としてまたは該積層構造外に付帯
する部分として備えていることを特徴とする、ＧａＮ系
半導体発光素子。
【請求項２】当該ＧａＮ系半導体発光素子の素子構造
が、結晶基板とその上に成長した上記積層構造とを有す
るものであって、副発光部が、発光部内の発光に係る層
と結晶基板との間に位置している、請求項１記載のＧａ
Ｎ系半導体発光素子。
【請求項３】当該ＧａＮ系半導体発光素子の素子構造
が、結晶基板と、その上にｎ型層から先に成長した上記
積層構造とを有するものであって、該積層構造は、上層
側にｐ型電極を形成するためのｐ型コンタクト層を有
し、該ｐ型コンタクト層が副発光部を兼ねている、請求
項１記載のＧａＮ系半導体発光素子。
【請求項４】副発光部がＩｎＧａＮ層を有する、請求
項１〜３のいずれかに記載のＧａＮ系半導体発光素子。
【請求項５】副発光部が、互いに異なる組成比のＩｎ
ＧａＮ層を有する、請求項１〜３のいずれかに記載のＧ
ａＮ系半導体発光素子。
【請求項６】副発光部が積層構造であって、該積層構
造には、互いに異なる組成比のＩｎＧａＮ層および／ま
たは互いに同じ組成比のＩｎＧａＮ層が含まれている、
請求項１〜３のいずれかに記載のＧａＮ系半導体発光素
子。
【請求項７】フォトルミネッセンス光が赤色光を含ん
でいる、請求項１記載のＧａＮ系半導体発光素子。
【請求項８】主発光が紫外線である、請求項１記載の
ＧａＮ系半導体発光素子。
【請求項９】上記請求項１〜８のいずれかに記載のＧ
ａＮ系半導体発光素子と、該発光素子の主発光によって
蛍光を発する蛍光体とが組み合わせられた構成を有し、該発光素子が発する主発光、フォトルミネッセンス光、
および蛍光体が発する蛍光の中から選ばれる２以上の光
を出力光として発することを特徴とする、発光装置。
【請求項１０】出力光が白色光となるように、上記Ｇ
ａＮ系半導体発光素子と蛍光体との組み合わせが選択さ
れている、請求項９記載の発光装置。