JP2003332620A

JP2003332620A - 発光装置、ＧａＮ系半導体発光素子、およびそれらを用いた照明装置

Info

Publication number: JP2003332620A
Application number: JP2002132991A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Tadatomo; 一行只友; Hiroaki Okagawa; 広明岡川; Takashi Tsunekawa; 高志常川
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2002-05-08
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2003-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】１つの電源によって殺菌灯、照明灯として機
能し、かつ人体への有害さが緩和された、発光素子、発
光装置、照明装置を提供すること。【解決手段】中心波長が４３０ｎｍ以下である主発光
を発するＧａＮ系半導体発光素子と、該主発光で励起さ
れ可視光を発する蛍光体とを備える発光装置であって、
前記主発光と前記可視光とが混在して当該発光装置の出
力光となるよう構成され、かつ、該出力光の全光量のう
ち、前記主発光の占める割合が５％〜９５％であるよう
に構成されていることを特徴とする、発光装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＧａＮ系半導体発
光素子に関するものであり、また、ＧａＮ系半導体発光
素子と蛍光体とを組み合わせて構成される発光装置、照
明装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、殺菌灯として水銀灯が使用さ
れている。水銀灯は、３５０ｎｍより短い波長（例え
ば、２５３．７ｎｍ等）の紫外線を発し、強い殺菌作用
を示すものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水銀灯
が発する前記短波長の紫外線は、強い殺菌作用を示す一
方で、人体、特に目にとっては極めて有害である。さら
に、殺菌灯と共に照明灯（電球、蛍光灯など）を併用し
たい場合があるが、そのような場合には、殺菌灯および
照明灯のそれぞれを駆動するための電源回路が必要であ
り、従ってコストが上昇する。

【０００４】本発明の課題は、上記問題を解決し、１つ
の電源によって殺菌灯、照明灯として機能し、かつ人体
への有害さが緩和された、発光素子、発光装置、照明装
置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を達成すべく、先ず、ＧａＮ系発光素子が出力し得る中
心波長４３０ｎｍ以下の青紫光〜紫外線が、緩やかでは
あるが微生物の繁殖を抑制する作用を有することに着目
した。さらに本発明者等は、紫外線発光素子（励起光
源）と蛍光体を組み合わせてなる公知の発光装置におい
て、その紫外線発光素子が専ら励起光源用としてのみ用
いられ、外界には紫外線（励起光）が漏洩し得ない構成
とされていることに着目し、その紫外線（励起光）を、
蛍光体からの照明用可視光と共に、積極的に外界に放出
させる構成とすることによって、殺菌機能と照明機能と
が同時に得られることを見出し、本発明を完成させた。

【０００６】即ち、本発明は次の特徴を有するものであ
る。（１）中心波長が４３０ｎｍ以下である主発光を発する
ＧａＮ系半導体発光素子と、該主発光で励起され可視光
を発する蛍光体とを備える発光装置であって、前記主発
光と前記可視光とが混在して当該発光装置の出力光とな
るよう構成され、かつ、該出力光の全光量のうち、前記
主発光の占める割合が５％〜９５％であるように構成さ
れていることを特徴とする、発光装置。

【０００７】（２）上記主発光が、中心波長３６０ｎｍ
〜４３０ｎｍの紫外線〜青紫光であって、上記可視光
が、５００ｎｍ以上の波長に発光ピークを少なくとも有
する光である、上記（１）記載の発光装置。

【０００８】（３）中心波長が４３０ｎｍ以下である主
発光を発する発光層と、該主発光で励起され可視光を発
する副発光層とを、素子構造内に備えるＧａＮ系半導体
発光素子であって、前記主発光と前記可視光とが混在し
て当該発光素子の出力光となるよう構成され、かつ、該
出力光の全光量のうち、前記主発光の占める割合が５％
〜９５％であるように構成されていることを特徴とす
る、ＧａＮ系半導体発光素子。

【０００９】（４）上記主発光が、中心波長３６０ｎｍ
〜４３０ｎｍの紫外線〜青紫光であって、上記可視光
が、５００ｎｍ以上の波長に発光ピークを少なくとも有
する光である、上記（３）記載のＧａＮ系半導体発光素
子。

【００１０】（５）上記（１）または（２）記載の発光
装置、および／または、上記（３）または（４）記載の
ＧａＮ系半導体発光素子が複数集合した構成を有する照
明装置。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明では、大きく分けて２つの
発光構造体の態様を提案している。１つは上記（１）の
とおり、ＧａＮ系半導体発光素子（以下、ＧａＮ系発光
素子）と蛍光体とを組み合わせた発光装置であり、他の
１つは上記（３）のとおり素子構造内に副発光層を有す
るＧａＮ系発光素子である。以下の説明では、先ず上記
（１）の発光装置を説明し、次いで、上記（３）のＧａ
Ｎ系発光素子を説明し、さらに、これら発光装置および
／または発光素子を集合させてなる上記（５）の照明装
置を説明する。

【００１２】先ず、上記（１）の発光装置は、図１に一
例を示すように、中心波長が４３０ｎｍ以下である主発
光Ｌ１を発するＧａＮ系発光素子１と、蛍光（可視光）
Ｌ２を発する蛍光体２とを組み合わせた構成を有してい
る。蛍光体２は、ＧａＮ系ＬＥＤ１から発せられる主発
光Ｌ１で励起され、可視光（蛍光）Ｌ２を発するよう、
材料の選択、配置位置の選択がなされている。さらに、
前記主発光Ｌ１と前記可視光Ｌ２とが混在して当該発光
装置の出力光となるよう構成され、かつ、該出力光の全
光量のうち、前記主発光Ｌ１の占める割合が５％〜９５
％であるように構成されている。

【００１３】上記のように構成することによって、１つ
の装置から、殺菌性（以下、菌類の繁殖抑制作用も含
む）を有する短波長光と、照明のための可視光とを同時
に放出させることができ、しかも、殺菌のための光は、
波長３６０ｎｍ〜４３０ｎｍ程度であるために、人体に
対する害が比較的少ない。よって、本発明の課題が好ま
しく達成されるものとなる。

【００１４】ＧａＮ系発光素子と蛍光体とを組み合わせ
た発光装置は、従来においても知られており、例えば、
ＧａＮ系材料を用いた紫外線発光素子と、３原色光（赤
色光、緑色光、青色光）を発するように混合・調整され
た蛍光体との組み合わせによって、演色性の優れた白色
光（ＲＧＢ白色光と呼ぶ）を発することが可能なＲＧＢ
白色光発光装置が実現されている。しかしながら、この
ような従来の発光装置では、紫外線反射（吸収）フィル
ターを蛍光体外表面に付与するなど、ＧａＮ系発光素子
からの紫外線を可能な限り外部に漏洩させないよう、種
々の工夫がなされている。これに対して、本発明では、
励起光源からの短波長光を積極的に外界へ放出させ、こ
れによって照明と殺菌とを同時に達成している。

【００１５】当該発光装置に用いられるＧａＮ系発光素
子の主発光の中心波長は、殺菌性を確保するために４３
０ｎｍ以下とする。また、このような短波長とすること
によって、蛍光体から３原色の光（赤色光、緑色光、青
色光）を発生させることが可能となる。３原色の光によ
って構成される白色光（以下、このような白色光をＲＧ
Ｂ白色光と呼ぶ）は、好ましい演色性を有する。該主発
光の中心波長は、３６０ｎｍ〜４３０ｎｍ（紫色〜紫
外）が好ましく、なかでも３７０ｎｍ〜４００ｎｍがよ
り好ましい。また、これらの範囲のなかでも、好ましい
中心波長として、３８０ｎｍが挙げられる。これは、該
波長３８０ｎｍの光が、一般的に蛍光体の励起効率の高
い波長であり、かつ、該波長３８０ｎｍの光を発するＩ
ｎＧａＮは発光効率の高い材料であって、これを発光層
の材料とすることによって、発光効率の高い発光素子、
発光装置が得られるからである。

【００１６】また、当該発光装置から出力される可視光
は、十分な照明効果が得られるものであれば、その波長
は特に限定されるものではない。好ましくは、該可視光
は、５００ｎｍ以上の波長に発光ピークを少なくとも有
する光であり、より好ましくは、３原色の光（赤色光、
緑色光、青色光）が混合された白色系の光である。これ
は、上記のように、良好な演色性を示し、それゆえ照明
用途として有用な白色光が、３原色の光によって構成さ
れるからである。

【００１７】当該発光装置を構成するために用いられる
ＧａＮ系発光素子は、ＬＥＤ、半導体レーザ（ＬＤ）な
どであってよいが、照明装置としての用途を鑑みると、
ＬＥＤが好ましい態様である。以下に、ＧａＮ系ＬＥＤ
と蛍光体とを組み合わせた発光装置を例として、本発明
を説明するが、ＬＥＤをＬＤに置き換えてもよい。

【００１８】当該発光装置を構成するために用いられる
ＧａＮ系ＬＥＤの素子構造は、従来公知の素子構造を参
照してよく、特に限定はされない。図２（ａ）の例で
は、サファイア基板１０上に、ＧａＮ系低温成長バッフ
ァ層１０ｂを介して、順に、ｎ型コンタクト層１１、発
光部１３（ｎ型クラッド層１２／ＭＱＷ／ｐ型クラッド
層１４）、ｐ型コンタクト層１５が気相成長によって積
層され、各コンタクト層に、ｎ−電極Ｐ１、ｐ−電極Ｐ
２が設けられている。また、図２（ｂ）では、さらに、
サファイア基板１０の上面に、後述の転位密度低減のた
めの手法を実施するための凹凸Ｓが加えられている。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。「上
面」や「下側」など、上下方向を示す語句は、各層の位
置関係などを明確に指し示して説明するためであって、
素子構造の絶対的な上下方向を限定するものではなく、
また素子の実装方向（実装時の姿勢）を限定するもので
もない。

【００１９】発光に係る構造は、図２のような量子井戸
構造（単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）構造、ＳＱＷ構造が積層されたものなど）、ＤＨ
構造が挙げられ、なかでもＭＱＷ構造が、高出力、高効
率の点で特に好ましい。

【００２０】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。

【００２１】発光層の材料としてＩｎＧａＮを用いる場
合、該ＩｎＧａＮの組成は、上記中心波長が得られるよ
うに決定すればよく、Ｉｎ_AＧａ_1-AＮ（０．００５≦Ａ
≦０．２２、このとき発光波長は３６０ｎｍ〜４３０ｎ
ｍ）は、出力が大きく好ましい材料である。ＩｎＧａＮ
には、Ａｌ組成が適宜加えられてもよい。

【００２２】ＧａＮ系発光素子の素子構造のべースとし
て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、４
Ｈ、３Ｃ）、ＧａＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ、スピネル、Ｚｎ
Ｏ、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。

【００２３】結晶基板上にＧａＮ系結晶層からなる素子
構造を成長させるに際しては、必要に応じてバッファ層
を介在させてよい。好ましいバッファ層としては、Ｇａ
Ｎ系低温成長バッファ層が挙げられる。バッファ層の材
料、形成方法、形成条件は、公知技術を参照すればよ
い。

【００２４】ＧａＮ系発光素子のさらなる高出力化・高
効率化のために、結晶基板上に成長するＧａＮ系結晶層
の転位密度を低減させる構造を適宜導入してよい。転位
密度低減のための構造としては、例えば次のものが挙げ
られる。（い）従来公知の選択成長法（ＥＬＯ法）を実施し得る
ように、結晶基板上にマスク層（ＳｉＯ₂などが用いら
れる）をストライプパターンなどとして形成した構造。（ろ）ＧａＮ系結晶がラテラル成長やファセット成長を
し得るように、結晶基板上に、ドット状、ストライプ状
の凹凸加工を施した構造。これらの構造とバッファ層と
は、適宜組み合わせてよい。

【００２５】上記転位密度低減のための構造のなかで
も、上記（ろ）は、マスク層を用いない好ましい構造で
あって、ＧａＮ系ＬＥＤのさらなる高出力化・高効率化
に寄与し、より好ましい発光装置を得ることができる。

【００２６】ＧａＮ発光素子を形成するためのＧａＮ系
結晶層の成長方法としては、ＨＶＰＥ法、ＭＯＶＰＥ
法、ＭＢＥ法などが挙げられる。厚膜を作製する場合は
ＨＶＰＥ法が好ましいが、薄膜を形成する場合はＭＯＶ
ＰＥ法やＭＢＥ法が好ましい。

【００２７】上記のような転位密度低減化の構造に加え
て、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。

【００２８】蛍光体は、ＧａＮ系発光素子からの主発光
によって励起され可視光を発するものであればよい。例
えば、３原色光を発生し得る各蛍光体としては、次のも
のが例示される。赤色蛍光体としては、〔Ｌｎ₂Ｏ₂Ｓ：
Ｅｕ（Ｌｎ＝Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕ，Ｓｃ）〕、〔（Ｚ
ｎ_a，Ｃｄ_1-a）Ｓ：Ａｇ，Ｃｌ、（0.5＞a＞0.2）〕か
ら選ばれる１種類以上のもの。緑色蛍光体としては、
〔（Ｚｎ_a，Ｃｄ_1-a）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、（１≧a＞0.
６）〕、〔（Ｚｎ_a，Ｃｄ_1-a）Ｓ：Ａｕ，Ａｌ、（１≧
a＞0.６）〕、〔（Ｚｎ_a，Ｃｄ_1-a）Ｓ：Ａｇ，Ｃｌ、
（１≧a＞0.６）〕、及び〔（Ｂａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ ₁₀
Ｏ₁₇：Ｅｕ，Ｍｎ〕から選ばれる１種類以上のもの。青
色蛍光体としては、〔（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）
₁₀（ＰＯ₄）₆Ｃｌ₂：Ｅｕ〕、及び〔（Ｂａ，Ｓｒ）Ｍ
ｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇:Ｅｕ，Ｍｎ〕から選ばれる１種類以上の
もの。

【００２９】また、照明用途として白色光は有用であ
り、上記したように３原色光からなる白色光は良好な演
色性を示す。

【００３０】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。

【００３１】蛍光体を塗布するには、バインダーに蛍光
体を分散させペースト状にしたものを所定の部位に一定
量吐出する方法、刷毛等で塗布する単純な方法や、表示
装置や蛍光ランプを製造するための公知の蛍光体塗布技
術、モールド技術が利用できる。例えば、塗布方法とし
ては、印刷法、沈降塗布法、ダスティング法、フォトタ
ッキング法等が挙げられる。

【００３２】本発明の発光装置は、例えば、上記のＹＡ
Ｇ：Ｃｅあるいは光の三原色を発するように調整された
ＲＧＢ蛍光体をシリコン樹脂などと混合し、該シリコン
樹脂を、ＧａＮ系紫外線発光素子の上部および側壁部を
覆うようにコーティングし、さらにエポキシ樹脂で砲弾
型のランプに成形することにより、作製してもよい。

【００３３】前記主発光と前記可視光とを出力光中に混
在させ、かつ、出力光の全光量のうち主発光の占める割
合が５％〜９５％であるようにするための態様に限定は
ないが、例えば、蛍光体を塗布する場合のバインダー中
の蛍光体の含有密度を適宜調節する態様、蛍光体層の厚
みを適宜調節する態様、フィルターの透過性を調節する
態様、発光素子の特定の部分にのみ蛍光体層を形成する
態様（例えば、発光素子の上面の一部に蛍光体を塗布
し、それ以外の部分からは主発光が直接外界に出力され
る）などが挙げられる。

【００３４】次に、上記（３）のＧａＮ系発光素子を説
明する。該ＧａＮ系発光素子は、図３に一例を示すよう
に、中心波長が４３０ｎｍ以下である主発光Ｌ１を発す
る発光層（図ではＭＱＷの井戸層）と、可視光Ｌ３を発
する副発光層Ｆとを素子構造内に備える構成を有してい
る。副発光層Ｆは、発光層から発せられる主発光Ｌ１で
励起され、可視光（蛍光）Ｌ３を発するよう、材料の選
択、配置位置の選択がなされている。さらに、前記主発
光Ｌ１と前記可視光Ｌ３とが混在して当該発光素子の出
力光となるよう構成され、かつ、該出力光の全光量のう
ち、前記主発光Ｌ１の占める割合が５％〜９５％である
ように構成されている。この構成によって、上記発光装
置と同様の作用効果が得られる。

【００３５】当該発光素子は、ＬＥＤ、ＬＤなどであっ
てよい。また、素子構造にも限定は無く、例えば、副発
光層を素子構造内に備えること以外は、上記（１）の態
様で例示した素子構造を有していてもよい。

【００３６】副発光層は、主発光Ｌ１を受けて可視光Ｌ
３を発するように組成を決定されたＧａＮ系材料からな
る層であり、当該発光素子の出力光の全光量のうち、前
記主発光Ｌ１の占める割合が５％〜９５％であるように
調節されていればよい。

【００３７】副発光層の配置位置は限定されないが、大
きくは次の２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、または
結晶基板自体。発光層よりも上方。

【００３８】上記の態様は、図３に示すように、副発
光層がｎ型側の結晶層として配置される態様である。副
発光層は、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。

【００３９】また、上記の態様において、結晶基板自
体を副発光層として兼用する場合には、例えば、黄色の
蛍光を発するＧａＮ基板を使用することができる。この
ような「黄色の蛍光を発するＧａＮ基板」の具体例とし
ては、例えば、Ｓｉを１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上含有し、か
つ３０μｍ以上の厚さを有するＧａＮ基板が挙げられ
る。

【００４０】上記の態様は、副発光層が、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。上記の場合と同様、副発光層は、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。

【００４１】当該発光素子の出力光の全光量のうち、上
記主発光の占める割合が５％〜９５％であるようにする
方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、
ｐ型側の結晶層中にＩｎＧａＮ系の多重量子井戸構造
（ＭＱＷ）の副発光層が形成されている場合、井戸層の
厚み、層数を選択することで主発光の占める割合を調整
するなどの方法が挙げられる。

【００４２】本発明では、上記（１）の発光装置、およ
び／または、上記（３）のＧａＮ系発光素子を多数集合
させ、上記（５）の照明装置を構成する。これによっ
て、単一の電源で殺菌灯、照明灯として機能し、かつ人
体への有害さが緩和された照明装置を提供することがで
きる。上記（１）の発光装置、上記（３）のＧａＮ系発
光素子は、どちらか一方だけを用いても、両方を混在さ
せてもよい。

【００４３】当該照明装置を構成する際の発光装置およ
び／または発光素子の配置パターンや配置数は、特に限
定されるものではなく、公知の照明装置を参照してもよ
い。例えば、配置パターンは、正方行列状の配置パター
ンや、正三角形の頂点に配置する最密状の配置パターン
などが挙げられる。また、配置数は、照明装置の規模に
よって大きく異なるが、単位平方ｃｍ当たり１個〜１０
個程度が挙げられる。

【００４４】

【実施例】実施例１本実施例では、ＩｎＧａＮ紫外ＬＥＤ、ＲＧＢ白色蛍光
体を用いて、上記（１）の発光装置を実際に製作し、そ
の照明効果と殺菌作用を調べた。ＩｎＧａＮ紫外ＬＥＤ
の主な仕様は次のとおりである。主発光の中心波長：３８０ｎｍ。発光部の構造：Ｉｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎ井戸層／ＧａＮ障壁
層を６ペア積層したＭＱＷ構造。転位密度低減化の手法：基板上への凹凸形成によるファ
セット成長法。ベアチップの外形：３５０μｍ×３５０
μｍ方形。実装方式：セラミックパッケージにフリップチップ型に
表面実装。ベアチップ状態での発光出力：通電電流２０ｍＡにおい
て６ｍＷ（樹脂モールドして１２．５ｍＷ）。

【００４５】（ＩｎＧａＮ紫外ＬＥＤの製作）Ｃ面サフ
ァイア基板上にフォトレジストによるストライプ状のパ
ターニングを行い、ＲＩＥ装置で１．５μｍの深さまで
断面方形となるようエッチングし、表面がストライプ状
パターンの凹凸となった基板を得た。該パターンの仕様
は、凸部幅３μｍ、周期６μｍ、ストライプの長手方向
は、基板上に成長するＧａＮ系結晶にとって〈１１−２
０〉方向とした。

【００４６】フォトレジストを除去後、通常の横型常圧
の有機金属気相成長装置（ＭＯＶＰＥ）に基板を装着
し、窒素ガス主成分雰囲気下で１１００℃まで昇温し、
サーマルクリーニングを行った。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ＴＭ
Ｇ）を、Ｎ原料としてアンモニアを流し、厚さ３０ｎｍ
のＧａＮ低温成長バッファ層を成長させた。

【００４７】続いて温度を１０００℃に昇温し、原料
（ＴＭＧ、アンモニア）、ドーパント（シラン）を流
し、ｎ型ＧａＮ層（コンタクト層）を成長させた。この
ときのＧａＮ層の成長は、Tadatomoらによって開示され
た文献Jpn. J. Appl. Phys. 40・〔2001〕・L583. に示
すように、凸部の上面、凹部の底面から、断面山形でフ
ァセット面を含む尾根状の結晶として発生した後、凹部
内に空洞を形成することなく、全体を埋め込む成長であ
った。

【００４８】ファセット構造を経由して平坦なＧａＮ埋
め込み層を成長し、続いて、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド
層、ＩｎＧａＮ発光層（ＭＱＷ構造）、ｐ型ＡｌＧａＮ
クラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層を順に形成し、発
光波長３８０ｎｍの紫外ＬＥＤ用エピ基板とし、さら
に、ｎ型コンタクト層を表出させるためのエッチング加
工、電極形成、３５０μｍ×３５０μｍのチップへと素
子分離を行い、ベアチップ状態のＩｎＧａＮ紫外ＬＥＤ
を得た。

【００４９】上記ベアチップ状態のＩｎＧａＮ紫外ＬＥ
Ｄの出力は、市販されている積分球型測定装置に該Ｉｎ
ＧａＮ紫外ＬＥＤを挿入し、中心波長に感度補正して測
定した結果、２０ｍＡにおいて６ｍＷであった。

【００５０】（蛍光体の調製）青色蛍光体として、Ｂａ
ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ，Ｍｎを主成分とする蛍光体を用
い、緑〜黄色光を出力する蛍光体として、Ｙ₂ＳｉＯ₅：
Ｃｅと、Ｔｂ(Ｙ、Ｇｄ)Ａｌ₅Ｏ₁₂：（Ｃｅ、Ｔｂ）と
を主成分とする蛍光体を用い、赤色光を出力する蛍光体
として、Ｌｎ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ（Ｌｎ＝Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌ
ｕ、Ｓｃ）を主成分とする蛍光体を用いた。これら各色
の蛍光体を配合して白色蛍光体を調製し、得られた白色
蛍光体を熱硬化型シリコン系樹脂に分散させてペースト
を得た。

【００５１】ここで、当該発光装置の出力光の全光量の
うち主発光（紫外光）の占める割合が、１％（比較例
用）、５％、１０％、２０％、５０％、８０％、９５
％、１００％（比較例用）となるように、それぞれサン
プル１〜８を作成した。上記サンプルのうち、サンプル
１、８は、当該発光装置の性能を確認するための比較用
サンプルである。

【００５２】（発光装置の組立て）実装した紫外ＬＥＤ
を覆うように、白色蛍光体ペーストを塗布し（該蛍光体
ペーストの塗布厚さは約１００μｍ）、シリコン樹脂が
十分固化してから、エポキシ樹脂を使って砲弾型のモー
ルドを行い、各発光装置（白色ＬＥＤランプ）に仕上げ
た。

【００５３】（殺菌能力の評価）上記で得られた各サン
プルの発光装置を、それぞれのサンプル毎に用意した試
験用の食パン（５ｃｍ×５ｃｍ）の上方１０ｃｍの位置
に１つずつ設置し、２０ｍＡ通電して食パンに光を照射
した状態にて恒温恒湿槽内に放置し、食パンへのカビの
発生状況を目視で観察した。実験を通じて、温度は２８
℃〜３０℃の範囲で変化し、相対湿度は、７５％ＲＨ〜
８５％ＲＨの範囲で変化した。各サンプル毎のカビが発
生するまでに要した日数は表１に示すとおりである。

【００５４】

【表１】

【００５５】表１から、サンプル２〜７の照明装置は、
照明装置として利用し得る可視光を発しながらも、良好
な殺菌作用を発揮した。一方、サンプル１は、照明装置
としては利用し得るが、主発光（紫外光）の占める割合
が低すぎて、実使用可能な殺菌作用が得られなかった。

【００５６】実施例２本実施例では、主発光（波長３８２ｎｍの紫外線）を発
する発光層と、該主発光で励起され可視光（波長６５０
ｎｍ）を発する副発光層とを素子構造内に備える上記
（３）のＧａＮ系ＬＥＤを実際に製作し、その照明効果
と殺菌作用を調べた。

【００５７】素子構造は、図３に示すように、副発光層
を結晶基板と発光層との間に位置させる態様とした。

【００５８】（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。

【００５９】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。

【００６０】（副発光層）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成長させ副発光層とした。

【００６１】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。

【００６２】（発光層）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。

【００６３】温度を１０００℃に昇温後、厚さ３０ｎｍ
のｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、厚さ５０ｎｍのｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層を順に形成し、発光層と副発光層とを備
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。

【００６４】上記ベアチップ状態のＩｎＧａＮ紫外ＬＥ
Ｄの出力は、市販されている積分球型測定装置に該Ｉｎ
ＧａＮ紫外ＬＥＤを挿入し、主発光の中心波長に感度補
正して測定した結果、２０ｍＡにおいて５．５ｍＷ、樹
脂モールドして１２ｍＷであった。当該紫外ＬＥＤの発
光スペクトルは、主発光のピークが３８２ｎｍにあり、
可視光のピークが６５０ｎｍにあるものであった。ま
た、当該紫外ＬＥＤの出力光の全光量のうち主発光（紫
外光）の占める割合は８０％であった。

【００６５】上記紫外ＬＥＤをリードフレームに実装
し、実施例１と同様にエポキシ樹脂を使って砲弾型のモ
ールドを行い、発光装置（赤色ＬＥＤランプ）に仕上
げ、サンプル９とした。

【００６６】（殺菌能力の評価）上記サンプル９の発光
装置について、実施例１と同様の殺菌能力の評価を行っ
た。即ち、用意した試験用の食パン（５ｃｍ×５ｃｍ）
の上方１０ｃｍの位置に１個のサンプル９の発光装置を
設置し、２０ｍＡ通電して食パンに光を照射した状態に
て恒温恒湿槽内に放置し、食パンへのカビの発生状況を
目視で観察した。温度、相対湿度は実施例１と同じにし
た。該サンプル９のカビが発生するまでに要した日数は
表２に示すとおりである。

【００６７】

【表２】

【００６８】

【発明の効果】本発明による発光装置およびＧａＮ系半
導体発光素子は、主発光と可視光とが混在して当該発光
装置または発光素子の出力光となるよう構成され、か
つ、該出力光の全光量のうち、前記主発光の占める割合
が５％〜９５％であるように構成されている。これによ
って、殺菌作用と照明作用とを同時に得ることができ
る。従って、１つの電源によって殺菌灯、照明灯として
機能し、かつ人体への有害さが緩和された、発光素子、
発光装置、照明装置を提供することができるようになっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発光装置の一実施態様の構成を示す模
式図である。ハッチングは、領域を区別する目的で施し
ている。他の図も同様である。

【図２】本発明の発光装置の構成に用いられるＧａＮ系
ＬＥＤの素子構造の一例を示す図である。

【図３】本発明のＧａＮ系半導体発光素子の一実施態様
の構成を示す模式図である。

【図４】ＧａＮ系ＬＥＤを構成するＧａＮ系結晶層の転
位密度を低減させるために、結晶基板に設けられる凹凸
構造、およびＧａＮ系結晶の成長の様子を示す模式図で
ある。同図の例では、凹凸は、紙面に垂直に延びる凹溝
・凸稜によるストライプ状のパターンであって、該紙面
に垂直な方向が、成長するＧａＮ系結晶の〈１−１０
０〉方向である。

【図５】図４と同様に、ＧａＮ系ＬＥＤを構成するＧａ
Ｎ系結晶層の転位密度を低減させるために、結晶基板に
設けられる凹凸構造、およびＧａＮ系結晶の成長の様子
を示す模式図である。同図の例では、凹溝・凸稜の長手
方向（紙面に垂直な方向）が、成長するＧａＮ系結晶の
〈１１−２０〉方向である。

【図６】結晶基板上面に設けられる凹凸の寸法を示すた
めの図である。

【符号の説明】

１ＧａＮ系発光素子２蛍光体Ｌ１発光素子からの光Ｌ２蛍光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者常川高志兵庫県伊丹市池尻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） 4H001 CA01 CA04 CA05 XA07 XA31 XA49 5F041 AA11 CA04 CA05 CA40 CA46 CA65 CB36 DA43 FF11 FF16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心波長が４３０ｎｍ以下である主発光
を発するＧａＮ系半導体発光素子と、該主発光で励起さ
れ可視光を発する蛍光体とを備える発光装置であって、前記主発光と前記可視光とが混在して当該発光装置の出
力光となるよう構成され、かつ、該出力光の全光量のう
ち、前記主発光の占める割合が５％〜９５％であるよう
に構成されていることを特徴とする、発光装置。
【請求項２】上記主発光が、中心波長３６０ｎｍ〜４
３０ｎｍの紫外線〜青紫光であって、上記可視光が、５
００ｎｍ以上の波長に発光ピークを少なくとも有する光
である、請求項１記載の発光装置。
【請求項３】中心波長が４３０ｎｍ以下である主発光
を発する発光層と、該主発光で励起され可視光を発する
副発光層とを、素子構造内に備えるＧａＮ系半導体発光
素子であって、前記主発光と前記可視光とが混在して当該発光素子の出
力光となるよう構成され、かつ、該出力光の全光量のう
ち、前記主発光の占める割合が５％〜９５％であるよう
に構成されていることを特徴とする、ＧａＮ系半導体発
光素子。
【請求項４】上記主発光が、中心波長３６０ｎｍ〜４
３０ｎｍの紫外線〜青紫光であって、上記可視光が、５
００ｎｍ以上の波長に発光ピークを少なくとも有する光
である、請求項３記載のＧａＮ系半導体発光素子。
【請求項５】請求項１または２記載の発光装置、およ
び／または、請求項３または４記載のＧａＮ系半導体発
光素子が複数集合した構成を有する照明装置。