JP2003332622A - 発光ダイオードおよびその製造方法 - Google Patents
発光ダイオードおよびその製造方法Info
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- JP2003332622A JP2003332622A JP2002137307A JP2002137307A JP2003332622A JP 2003332622 A JP2003332622 A JP 2003332622A JP 2002137307 A JP2002137307 A JP 2002137307A JP 2002137307 A JP2002137307 A JP 2002137307A JP 2003332622 A JP2003332622 A JP 2003332622A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）
を合成することにより演色性の高い白色光を発光可能な
発光ダイオード及び該白色発光タ゛イオート゛を比較的容易に製
造する方法を提供する。 【解決手段】 電流バイアスにより第１波長の光（青色
光）を発光する第１の化合物半導体層（ＺｎＳｅ系青色
ＬＥＤまたはＧａＮ系青色ＬＥＤ）と、赤色発光中心を
生じさせる不純物を添加されたＺｎＴｅ系化合物半導体
層からなる第２の化合物半導体層と、を備えた発光タ゛イオー
ト゛により、前記第２の化合物半導体層は、前記第１の化
合物半導体層から出射された第１波長帯の光の一部を光
エネルギーとして吸収することにより、前記第１波長帯
よりも長い第２波長の光（緑色光）および第３波長の光
（赤色光）を発光するようにした。また、前記第１の化
合物半導体層と前記第２の化合物半導体層（ＺｎＴｅ
層）とを熱圧着により貼り合わせる方法や、第１の化合
物半導体層上に第２の化合物半導体層をエヒ゜タキシャル成長さ
せる方法により、製造工程を大幅に増やすことなく比較
的容易に白色発光タ゛イオート゛を製造できるようにした。
を合成することにより演色性の高い白色光を発光可能な
発光ダイオード及び該白色発光タ゛イオート゛を比較的容易に製
造する方法を提供する。 【解決手段】 電流バイアスにより第１波長の光（青色
光）を発光する第１の化合物半導体層（ＺｎＳｅ系青色
ＬＥＤまたはＧａＮ系青色ＬＥＤ）と、赤色発光中心を
生じさせる不純物を添加されたＺｎＴｅ系化合物半導体
層からなる第２の化合物半導体層と、を備えた発光タ゛イオー
ト゛により、前記第２の化合物半導体層は、前記第１の化
合物半導体層から出射された第１波長帯の光の一部を光
エネルギーとして吸収することにより、前記第１波長帯
よりも長い第２波長の光（緑色光）および第３波長の光
（赤色光）を発光するようにした。また、前記第１の化
合物半導体層と前記第２の化合物半導体層（ＺｎＴｅ
層）とを熱圧着により貼り合わせる方法や、第１の化合
物半導体層上に第２の化合物半導体層をエヒ゜タキシャル成長さ
せる方法により、製造工程を大幅に増やすことなく比較
的容易に白色発光タ゛イオート゛を製造できるようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードお
よびその製造方法に関し、特に、単一装置で演色性の高
い白色光を発光できる発光ダイオードおよびその製造方
法に関する。
よびその製造方法に関し、特に、単一装置で演色性の高
い白色光を発光できる発光ダイオードおよびその製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在では、赤色、緑色、青色の発光ダイ
オード（ＬＥＤ）が、開発され商品化されている。そし
て最近は、家庭用照明光として液晶表示装置（ＬＣＤ）
のバックライトなど、照明分野に広く市場性のある白色
ＬＥＤに関心が集まっている。この白色ＬＥＤとして
は、ＧａＮ系青色ＬＥＤとＹＡＧ系蛍光体を組み合わせ
たＹＡＧ−ＧａＮ白色ＬＥＤや、ＺｎＳｅのホモエピタ
キシー（homoepitaxy ）を基本とするＺｎＳｅ系白色Ｌ
ＥＤ、などが提案されている。
オード（ＬＥＤ）が、開発され商品化されている。そし
て最近は、家庭用照明光として液晶表示装置（ＬＣＤ）
のバックライトなど、照明分野に広く市場性のある白色
ＬＥＤに関心が集まっている。この白色ＬＥＤとして
は、ＧａＮ系青色ＬＥＤとＹＡＧ系蛍光体を組み合わせ
たＹＡＧ−ＧａＮ白色ＬＥＤや、ＺｎＳｅのホモエピタ
キシー（homoepitaxy ）を基本とするＺｎＳｅ系白色Ｌ
ＥＤ、などが提案されている。
【０００３】図３は、ＹＡＧ−ＧａＮ白色ＬＥＤの断面
構造を示す説明図である。このＹＡＧ−ＧａＮ白色ＬＥ
Ｄは、ＧａＮ系青色ＬＥＤ３０１と、ＹＡＧ（Yittrium
Aluminum Garnet ）蛍光体３０３を分散させたＹＡＧ
層３０２とで構成される。ＹＡＧ−ＧａＮ白色ＬＥＤに
電流を流すと、ＧａＮ系青色ＬＥＤ３０１は青色光Ｂを
発光し、その一部はそのままＹＡＧ層３０２を透過して
外部に出射される。一方、ＹＡＧ蛍光体３０３は青色光
Ｂの一部を光エネルギーとして吸収することにより内部
の電子を基底バンドから上のバンドへ励起され、その電
子が発光中心と呼ばれる準位を介して基底バンドに落ち
るときに青色光Ｂより波長の長い黄色の蛍光Ｙを発光す
る。そして、これらの青色光Ｂと黄色光Ｙが互いに合成
され、白色光となる。
構造を示す説明図である。このＹＡＧ−ＧａＮ白色ＬＥ
Ｄは、ＧａＮ系青色ＬＥＤ３０１と、ＹＡＧ（Yittrium
Aluminum Garnet ）蛍光体３０３を分散させたＹＡＧ
層３０２とで構成される。ＹＡＧ−ＧａＮ白色ＬＥＤに
電流を流すと、ＧａＮ系青色ＬＥＤ３０１は青色光Ｂを
発光し、その一部はそのままＹＡＧ層３０２を透過して
外部に出射される。一方、ＹＡＧ蛍光体３０３は青色光
Ｂの一部を光エネルギーとして吸収することにより内部
の電子を基底バンドから上のバンドへ励起され、その電
子が発光中心と呼ばれる準位を介して基底バンドに落ち
るときに青色光Ｂより波長の長い黄色の蛍光Ｙを発光す
る。そして、これらの青色光Ｂと黄色光Ｙが互いに合成
され、白色光となる。
【０００４】一方、図４は、ＺｎＳｅホモエピタキシー
を基本とするＺｎＳｅ系白色ＬＥＤの断面構造を示す説
明図である。このＺｎＳｅ系白色ＬＥＤは、ＺｎＳｅ系
青色ＬＥＤ４０１と、例えばヨウ素（Ｉ）を添加した単
結晶ｎ型のＺｎＳｅ基板４０２と、で構成される。Ｚｎ
Ｓｅ系白色ＬＥＤに電流を流すと、ＺｎＳｅ系青色ＬＥ
Ｄ層４０１は青色光Ｂを発光し、その一部はそのままＺ
ｎＳｅ基板４０２を透過して外部に出射される。一方、
ＺｎＳｅ基板４０２は、青色光Ｂの一部を光エネルギー
として吸収することにより添加されたＩが発光中心とな
り、黄色の自己励起（ＳＡ：self-absorption ）光Ｙを
発光する。そして、これらの青色光Ｂと黄色光Ｙが互い
に合成され、白色光となる。
を基本とするＺｎＳｅ系白色ＬＥＤの断面構造を示す説
明図である。このＺｎＳｅ系白色ＬＥＤは、ＺｎＳｅ系
青色ＬＥＤ４０１と、例えばヨウ素（Ｉ）を添加した単
結晶ｎ型のＺｎＳｅ基板４０２と、で構成される。Ｚｎ
Ｓｅ系白色ＬＥＤに電流を流すと、ＺｎＳｅ系青色ＬＥ
Ｄ層４０１は青色光Ｂを発光し、その一部はそのままＺ
ｎＳｅ基板４０２を透過して外部に出射される。一方、
ＺｎＳｅ基板４０２は、青色光Ｂの一部を光エネルギー
として吸収することにより添加されたＩが発光中心とな
り、黄色の自己励起（ＳＡ：self-absorption ）光Ｙを
発光する。そして、これらの青色光Ｂと黄色光Ｙが互い
に合成され、白色光となる。
【０００５】上述したとおり、２つの白色ＬＥＤはとも
に青色光と黄色光という、いわゆる補色関係にある色光
を合成して白色光を生成するものである。
に青色光と黄色光という、いわゆる補色関係にある色光
を合成して白色光を生成するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たＧａＮ系白色ＬＥＤやＺｎＳｅ系白色ＬＥＤは、補色
関係にある色光を利用して白色光を生成するため、演色
性が低くなるという不具合があった。ここで、演色性と
は、対象物の色の見え方に及ぼす光源の性質のことであ
り、一般的には、「演色性」のよいランプは色の再現性
がよく、「演色性」の劣るランプは色の再現性が悪いと
いえる。また、各種光源の色に関する性質は、その光源
の中に青紫から赤までの光のエネルギーがどれだけ含ま
れているかという分光分布によって決まる。つまり、分
光分布に各波長の光が一様に含まれれば、色の見え方が
自然光に近いもの、すなわち演色性の高い白色光とな
る。
たＧａＮ系白色ＬＥＤやＺｎＳｅ系白色ＬＥＤは、補色
関係にある色光を利用して白色光を生成するため、演色
性が低くなるという不具合があった。ここで、演色性と
は、対象物の色の見え方に及ぼす光源の性質のことであ
り、一般的には、「演色性」のよいランプは色の再現性
がよく、「演色性」の劣るランプは色の再現性が悪いと
いえる。また、各種光源の色に関する性質は、その光源
の中に青紫から赤までの光のエネルギーがどれだけ含ま
れているかという分光分布によって決まる。つまり、分
光分布に各波長の光が一様に含まれれば、色の見え方が
自然光に近いもの、すなわち演色性の高い白色光とな
る。
【０００７】そこで、演色性の高い白色ＬＥＤを得る場
合は、補色関係の色光を合成するよりも、赤色（Ｒ）、
緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に対応する波長の光を合成して
生成することが望ましい。その方法として、例えば、紫
外発光ダイオードとＲＧＢ蛍光剤を用いる方法が提案さ
れているが、効率の良い紫外発光ダイオードは報告され
ておらず、実用化には至っていない。また、赤色、緑
色、青色の３つのＬＥＤを組み合わせた白色ＬＥＤも考
えられるが、３つのＬＥＤを用いるために製造費用が嵩
んだり、照明や背景光などに適した白色を作るために各
チップに複雑な電力供給及び複雑な駆動回路が必要とな
るので実用化は困難であった。また、組立完了した製品
の大きさが大きくなるという不具合もあった。
合は、補色関係の色光を合成するよりも、赤色（Ｒ）、
緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に対応する波長の光を合成して
生成することが望ましい。その方法として、例えば、紫
外発光ダイオードとＲＧＢ蛍光剤を用いる方法が提案さ
れているが、効率の良い紫外発光ダイオードは報告され
ておらず、実用化には至っていない。また、赤色、緑
色、青色の３つのＬＥＤを組み合わせた白色ＬＥＤも考
えられるが、３つのＬＥＤを用いるために製造費用が嵩
んだり、照明や背景光などに適した白色を作るために各
チップに複雑な電力供給及び複雑な駆動回路が必要とな
るので実用化は困難であった。また、組立完了した製品
の大きさが大きくなるという不具合もあった。
【０００８】本発明は、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、
青色光（Ｂ）を合成することにより演色性の高い白色光
を発光可能な発光ダイオード及び該白色発光ダイオード
を比較的容易に製造する方法を提供することを目的とす
る。
青色光（Ｂ）を合成することにより演色性の高い白色光
を発光可能な発光ダイオード及び該白色発光ダイオード
を比較的容易に製造する方法を提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、電流バイアスにより第１波長帯の光を発
光する第１の化合物半導体層と、赤色発光中心を生じさ
せる不純物を添加されたＺｎＴｅ系化合物半導体層から
なる第２の化合物半導体層とからなり、前記第２の化合
物半導体層は、前記第１の化合物半導体層から出射され
た第１波長帯の光の一部を光エネルギーとして吸収する
ことにより、前記第１波長帯よりも長い第２波長帯およ
び第３波長帯の光を発光するようにした発光ダイオード
である。ここで、第１波長の光は中心波長が４３５．８
ｎｍの青色光であり、第２波長の光は中心波長５４６．
１ｎｍの緑色光であり、第３波長の光は中心波長が７０
０ｎｍの赤色光である。
成するために、電流バイアスにより第１波長帯の光を発
光する第１の化合物半導体層と、赤色発光中心を生じさ
せる不純物を添加されたＺｎＴｅ系化合物半導体層から
なる第２の化合物半導体層とからなり、前記第２の化合
物半導体層は、前記第１の化合物半導体層から出射され
た第１波長帯の光の一部を光エネルギーとして吸収する
ことにより、前記第１波長帯よりも長い第２波長帯およ
び第３波長帯の光を発光するようにした発光ダイオード
である。ここで、第１波長の光は中心波長が４３５．８
ｎｍの青色光であり、第２波長の光は中心波長５４６．
１ｎｍの緑色光であり、第３波長の光は中心波長が７０
０ｎｍの赤色光である。
【００１０】本発明の発光ダイオードからは、赤色
（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に対応する波長の光が
発光されるので、合成された白色光には各波長の光が一
様に含まれる。したがって、演色性の高い白色光を発光
することができる。
（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に対応する波長の光が
発光されるので、合成された白色光には各波長の光が一
様に含まれる。したがって、演色性の高い白色光を発光
することができる。
【００１１】一般に、ＺｎＴｅ系化合物半導体は、直接
遷移型半導体で室温でのバンドギャップが２．２６ｅＶ
（波長にして約５５０ｎｍ）であることから、もともと
青色光を吸収してキャリアが励起されることにより、青
色光より波長の長い緑色光を発光する特性を有すること
が知られている。そこで、赤色発光中心を生じさせる不
純物を添加することにより、容易に緑色光と赤色光を発
光させることができる。また、ＺｎＴｅ化合物半導体の
場合は、例えば、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウ
ム）またはＯ（酸素）の何れかを不純物として添加する
ことにより赤色発光中心とすることができる。
遷移型半導体で室温でのバンドギャップが２．２６ｅＶ
（波長にして約５５０ｎｍ）であることから、もともと
青色光を吸収してキャリアが励起されることにより、青
色光より波長の長い緑色光を発光する特性を有すること
が知られている。そこで、赤色発光中心を生じさせる不
純物を添加することにより、容易に緑色光と赤色光を発
光させることができる。また、ＺｎＴｅ化合物半導体の
場合は、例えば、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウ
ム）またはＯ（酸素）の何れかを不純物として添加する
ことにより赤色発光中心とすることができる。
【００１２】また、前記第１の化合物半導体層は、ｐｎ
接合を有するＧａＮ系化合物半導体層、または、ｐｎ接
合を有するＺｎＳｅ系化合物半導体層とすることができ
る。すなわち、青色を発光する第１の化合物半導体層と
して、従来開発されているＧａＮ系ＬＥＤまたはＺｎＳ
ｅ系ＬＥＤの構造を利用することができる。なお、Ｇａ
Ｎ系ＬＥＤまたはＺｎＳｅ系ＬＥＤの構造とは、クラッ
ド層と活性層（発光層）とからなる単純構造だけでな
く、光ガイド層やバッファ層等を含んだ多重積層構造も
含まれる。
接合を有するＧａＮ系化合物半導体層、または、ｐｎ接
合を有するＺｎＳｅ系化合物半導体層とすることができ
る。すなわち、青色を発光する第１の化合物半導体層と
して、従来開発されているＧａＮ系ＬＥＤまたはＺｎＳ
ｅ系ＬＥＤの構造を利用することができる。なお、Ｇａ
Ｎ系ＬＥＤまたはＺｎＳｅ系ＬＥＤの構造とは、クラッ
ド層と活性層（発光層）とからなる単純構造だけでな
く、光ガイド層やバッファ層等を含んだ多重積層構造も
含まれる。
【００１３】また、本発明の白色発光ダイオードは、基
板上に、青色光を発光する青色発光層をエピタキシャル
成長により形成する工程と、前記青色発光層上に、赤色
発光中心を生じさせる不純物を添加しながらＺｎＴｅ層
をエピタキシャル成長により形成する工程と、を有する
発光ダイオードの製造方法により製造することができ
る。または、基板上に、青色光を発光する青色発光層を
エピタキシャル成長により形成する工程と、前記青色発
光層上に、赤色発光中心を生じさせる不純物を添加され
たＺｎＴｅ結晶を熱圧着する工程と、を有する発光ダイ
オードの製造方法により製造することができる。
板上に、青色光を発光する青色発光層をエピタキシャル
成長により形成する工程と、前記青色発光層上に、赤色
発光中心を生じさせる不純物を添加しながらＺｎＴｅ層
をエピタキシャル成長により形成する工程と、を有する
発光ダイオードの製造方法により製造することができ
る。または、基板上に、青色光を発光する青色発光層を
エピタキシャル成長により形成する工程と、前記青色発
光層上に、赤色発光中心を生じさせる不純物を添加され
たＺｎＴｅ結晶を熱圧着する工程と、を有する発光ダイ
オードの製造方法により製造することができる。
【００１４】なお、前記エピタキシャル成長には、分子
線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法や有機金属気相成長
（ＭＯＣＶＤ）法を利用することができる。また、前記
不純物は、Ｉｎ、ＧａまたはＯの何れか一つとする。さ
らに、前記青色発光層は、ｐｎ接合を有するＧａＮ系化
合物半導体層、または、ｐｎ接合を有するＺｎＳｅ系化
合物半導体層とすることができる。
線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法や有機金属気相成長
（ＭＯＣＶＤ）法を利用することができる。また、前記
不純物は、Ｉｎ、ＧａまたはＯの何れか一つとする。さ
らに、前記青色発光層は、ｐｎ接合を有するＧａＮ系化
合物半導体層、または、ｐｎ接合を有するＺｎＳｅ系化
合物半導体層とすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本
発明に係る白色発光ダイオードの断面構造を示す説明図
である。本実施形態の発光ダイオードは、従来の青色Ｌ
ＥＤの構造を利用した青色ＬＥＤ層１０２と、Ｉｎ等の
不純物を添加され赤色発光中心を有するｐ型ＺｎＴｅ層
１０３と、ｎ側のＩｎ電極１０１と、ｐ側のＡｕ電極１
０４と、で構成される。
について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本
発明に係る白色発光ダイオードの断面構造を示す説明図
である。本実施形態の発光ダイオードは、従来の青色Ｌ
ＥＤの構造を利用した青色ＬＥＤ層１０２と、Ｉｎ等の
不純物を添加され赤色発光中心を有するｐ型ＺｎＴｅ層
１０３と、ｎ側のＩｎ電極１０１と、ｐ側のＡｕ電極１
０４と、で構成される。
【００１６】青色ＬＥＤ層１０２は、従来のＺｎＳｅ系
青色ＬＥＤやＧａＮ系青色ＬＥＤの構造を利用できる。
一例として、青色ＬＥＤ層１０２として利用できるＺｎ
Ｓｅ系青色ＬＥＤ構造を図２に示す。図２のＺｎＴｅ系
青色ＬＥＤ構造は、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に、０．
２５μｍ厚さのｎ型ＧａＡｓバッファ層２０２，３０ｎ
ｍ厚さのＺｎＳｅ層２０３，１４０ｎｍ厚さのＺｎＳＳ
ｅ層２０４，１．０μｍ厚さのＺｎＭｇＳＳｅクラッド
層２０５，０．５μｍ厚さのＺｎＳＳｅ光ガイド層２０
６，１０ｎｍ厚さのＺｎＣｄＳｅ活性層（発光層）２０
７，０．５μｍ厚さのＺｎＳＳｅ光ガイド層２０８，
０．７μｍ厚さのＺｎＭｇＳＳｅクラッド層２０９，Ｚ
ｎＳＳｅ層２１０，０．１μｍ厚さのＺｎＳｅ層２１
１，ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層２１２，ＺｎＴｅコン
タクト層２１３が順次エピタキシャル成長により形成さ
れてなる。なお、ｎ型ドーパントとしてはＣｌ（塩素）
を用い、ｐ型ドーパントとしてはＮ（窒素）を用いた。
青色ＬＥＤやＧａＮ系青色ＬＥＤの構造を利用できる。
一例として、青色ＬＥＤ層１０２として利用できるＺｎ
Ｓｅ系青色ＬＥＤ構造を図２に示す。図２のＺｎＴｅ系
青色ＬＥＤ構造は、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に、０．
２５μｍ厚さのｎ型ＧａＡｓバッファ層２０２，３０ｎ
ｍ厚さのＺｎＳｅ層２０３，１４０ｎｍ厚さのＺｎＳＳ
ｅ層２０４，１．０μｍ厚さのＺｎＭｇＳＳｅクラッド
層２０５，０．５μｍ厚さのＺｎＳＳｅ光ガイド層２０
６，１０ｎｍ厚さのＺｎＣｄＳｅ活性層（発光層）２０
７，０．５μｍ厚さのＺｎＳＳｅ光ガイド層２０８，
０．７μｍ厚さのＺｎＭｇＳＳｅクラッド層２０９，Ｚ
ｎＳＳｅ層２１０，０．１μｍ厚さのＺｎＳｅ層２１
１，ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層２１２，ＺｎＴｅコン
タクト層２１３が順次エピタキシャル成長により形成さ
れてなる。なお、ｎ型ドーパントとしてはＣｌ（塩素）
を用い、ｐ型ドーパントとしてはＮ（窒素）を用いた。
【００１７】この発光ダイオードのＩｎ電極１０１とＡ
ｕ電極１０４間に電流を流すと、青色ＬＥＤ層１０２は
電流によってキャリアが注入され、キャリアのバンド間
遷移によって、バンドギャップエネルギーに対応した青
色光を発光する。一方、ｐ型ＺｎＴｅ層１０３は、青色
ＬＥＤ層１０２からの青色光を吸収して、吸収した青色
光によりキャリアが励起されて緑色光を発光するととも
に、赤色発光中心から赤色光が発光される。すなわち、
本実施形態の白色ＬＥＤからは赤色光、緑色光、青色光
が発光され、これらの色光が合成されて白色光を生成す
るので、演色性の高い白色光となる。
ｕ電極１０４間に電流を流すと、青色ＬＥＤ層１０２は
電流によってキャリアが注入され、キャリアのバンド間
遷移によって、バンドギャップエネルギーに対応した青
色光を発光する。一方、ｐ型ＺｎＴｅ層１０３は、青色
ＬＥＤ層１０２からの青色光を吸収して、吸収した青色
光によりキャリアが励起されて緑色光を発光するととも
に、赤色発光中心から赤色光が発光される。すなわち、
本実施形態の白色ＬＥＤからは赤色光、緑色光、青色光
が発光され、これらの色光が合成されて白色光を生成す
るので、演色性の高い白色光となる。
【００１８】次に、本実施形態の発光ダイオードの製造
方法について説明する。まず、分子線エピタキシャル成
長法（ＭＢＥ）または有機金属化学気相成長法（ＭＯＣ
ＶＤ）により、図２のＺｎＳｅ系化合物半導体の積層構
造を形成した。なお、各層の成長温度や層厚等の成長条
件は、従来のＺｎＳｅ系青色ＬＥＤの製造方法を適用し
た。
方法について説明する。まず、分子線エピタキシャル成
長法（ＭＢＥ）または有機金属化学気相成長法（ＭＯＣ
ＶＤ）により、図２のＺｎＳｅ系化合物半導体の積層構
造を形成した。なお、各層の成長温度や層厚等の成長条
件は、従来のＺｎＳｅ系青色ＬＥＤの製造方法を適用し
た。
【００１９】次に、青色ＬＥＤ層１０２（図２ではＺｎ
Ｔｅコンタクト層２１３）上に、０．３ｍｍのＺｎＴｅ
結晶を熱圧着法により貼り合わせて接合してｐ型ＺｎＴ
ｅ層１０３を形成した。具体的には、青色ＬＥＤ１０２
とＺｎＴｅ結晶１０３を貼り合わせ、これをグラファイ
ト部品で挟持して固定し、さらに、これらを一体成型さ
れた石英容器内に配置した。このとき、青色ＬＥＤ１０
２とＺｎＴｅ結晶１０３には５００ｇｆ/ｃｍ２〜２０
００gｆ/ｃｍ２の圧力がかかるようにした。そして、前
記石英容器を高温炉内に配置し、不活性ガス雰囲気中
で、３５０℃，２時間の熱処理を行った。なお、前記Ｚ
ｎＴｅ結晶１０３は、ＶＧＦ法により予め赤色発光中心
を生じさせる不純物としてＩｎを１０１７ｃｍ−３添加
して作製しておいた。
Ｔｅコンタクト層２１３）上に、０．３ｍｍのＺｎＴｅ
結晶を熱圧着法により貼り合わせて接合してｐ型ＺｎＴ
ｅ層１０３を形成した。具体的には、青色ＬＥＤ１０２
とＺｎＴｅ結晶１０３を貼り合わせ、これをグラファイ
ト部品で挟持して固定し、さらに、これらを一体成型さ
れた石英容器内に配置した。このとき、青色ＬＥＤ１０
２とＺｎＴｅ結晶１０３には５００ｇｆ/ｃｍ２〜２０
００gｆ/ｃｍ２の圧力がかかるようにした。そして、前
記石英容器を高温炉内に配置し、不活性ガス雰囲気中
で、３５０℃，２時間の熱処理を行った。なお、前記Ｚ
ｎＴｅ結晶１０３は、ＶＧＦ法により予め赤色発光中心
を生じさせる不純物としてＩｎを１０１７ｃｍ−３添加
して作製しておいた。
【００２０】その後、１〜１０℃／分の降温速度で冷却
し、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１を除去し光が取り出せる構
造とした。表面に現れたｎ型ＺｎＳｅにＩｎ電極１０１
を、ｐ型ＺｎＴｅ層１０３表面にＡｕ電極１０４を蒸着
により形成して、本実施形態の白色ＬＥＤを作製した。
なお、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１を除去してからＩｎ電極
を形成するようにしてもよい。また、ｐ側電極には、Ａ
ｕの他にＰｄ（パラジウム）やＰｔ（白金）を利用する
こともできる。
し、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１を除去し光が取り出せる構
造とした。表面に現れたｎ型ＺｎＳｅにＩｎ電極１０１
を、ｐ型ＺｎＴｅ層１０３表面にＡｕ電極１０４を蒸着
により形成して、本実施形態の白色ＬＥＤを作製した。
なお、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１を除去してからＩｎ電極
を形成するようにしてもよい。また、ｐ側電極には、Ａ
ｕの他にＰｄ（パラジウム）やＰｔ（白金）を利用する
こともできる。
【００２１】ｐ型ＺｎＴｅ層１０３は、直接遷移型半導
体で室温でのバンドギャップが２．２６ｅＶ（波長にし
て約５５０ｎｍ）であることから、もともと青色光を吸
収してキャリアが励起されることにより、青色光より波
長の長い緑色光を発光する特性を有する。そこに、本実
施形態のようにＩｎ（または、ＧａやＯ）を不純物とし
て添加することにより赤色発光中心を生じさせることが
できる。したがって、ｐ型ＺｎＴｅ層１０３は、青色Ｌ
ＥＤ１０２から出射された青色光を吸収して緑色光と赤
色光を発光するので、これらの色光と青色光が合成され
て演色性の高い白色光が発光可能となる。
体で室温でのバンドギャップが２．２６ｅＶ（波長にし
て約５５０ｎｍ）であることから、もともと青色光を吸
収してキャリアが励起されることにより、青色光より波
長の長い緑色光を発光する特性を有する。そこに、本実
施形態のようにＩｎ（または、ＧａやＯ）を不純物とし
て添加することにより赤色発光中心を生じさせることが
できる。したがって、ｐ型ＺｎＴｅ層１０３は、青色Ｌ
ＥＤ１０２から出射された青色光を吸収して緑色光と赤
色光を発光するので、これらの色光と青色光が合成され
て演色性の高い白色光が発光可能となる。
【００２２】本実施形態の発光ダイオードの発光特性を
測定したところ、２０ｍＡ通電状態で１０ｃｄの発光強
度を得ることができた。また、得られた白色光の発光ス
ペクトルからは、約７００ｎｍ（赤色光）と、約５４
６．１ｎｍ（緑色光）と、約４３５．８ｎｍ（青色光）
の位置にピークが観察されたことから、各波長の光が一
様に合成されており演色性が高いことが確認できた。
測定したところ、２０ｍＡ通電状態で１０ｃｄの発光強
度を得ることができた。また、得られた白色光の発光ス
ペクトルからは、約７００ｎｍ（赤色光）と、約５４
６．１ｎｍ（緑色光）と、約４３５．８ｎｍ（青色光）
の位置にピークが観察されたことから、各波長の光が一
様に合成されており演色性が高いことが確認できた。
【００２３】本実施形態の発光ダイオードでは、添加す
るＩｎ濃度を１０１７ｃｍ−３としたので上記結果が得
られたが、ｐ型ＺｎＴｅ層１０３に添加する不純物濃度
によって赤色発光中心の濃度は調整可能であり、したが
って、白色光の色合いも調整可能となる。
るＩｎ濃度を１０１７ｃｍ−３としたので上記結果が得
られたが、ｐ型ＺｎＴｅ層１０３に添加する不純物濃度
によって赤色発光中心の濃度は調整可能であり、したが
って、白色光の色合いも調整可能となる。
【００２４】以上、本発明者等によってなされた発明を
実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実
施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施
形態では、青色ＬＥＤ層１０２としてＺｎＳｅ系化合物
半導体の多重構造を例に示したが、ｐｎ接合を含む構造
であればこれに限定されない。すなわち、図２におい
て、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１に、ｎ側ＺｎＭｇＳＳｅク
ラッド層２０５、ＺｎＣｄＳｅ活性層２０７、ｐ側Ｚｎ
ＭｇＳＳｅクラッド層２０９のみを形成した単純構造と
することもできる。
実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実
施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施
形態では、青色ＬＥＤ層１０２としてＺｎＳｅ系化合物
半導体の多重構造を例に示したが、ｐｎ接合を含む構造
であればこれに限定されない。すなわち、図２におい
て、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１に、ｎ側ＺｎＭｇＳＳｅク
ラッド層２０５、ＺｎＣｄＳｅ活性層２０７、ｐ側Ｚｎ
ＭｇＳＳｅクラッド層２０９のみを形成した単純構造と
することもできる。
【００２５】また、上記実施形態では熱圧着により青色
ＬＥＤ層１０２とｐ型ＺｎＴｅ結晶１０３を貼り合わせ
て白色ＬＥＤを作製したが、不純物（例えばＩｎ）を添
加しながらエピタキシャル成長法により青色ＬＥＤ層１
０２上にｐ型ＺｎＴｅ層１０３を形成するようにしても
よい。また、青色ＬＥＤ層１０２としては、ＺｎＳｅ系
ＬＥＤの他に、ＧａＮ系ＬＥＤを利用することもでき
る。
ＬＥＤ層１０２とｐ型ＺｎＴｅ結晶１０３を貼り合わせ
て白色ＬＥＤを作製したが、不純物（例えばＩｎ）を添
加しながらエピタキシャル成長法により青色ＬＥＤ層１
０２上にｐ型ＺｎＴｅ層１０３を形成するようにしても
よい。また、青色ＬＥＤ層１０２としては、ＺｎＳｅ系
ＬＥＤの他に、ＧａＮ系ＬＥＤを利用することもでき
る。
【００２６】また、本発明は、緑色発光可能なＺｎＴｅ
層に赤色発光中心を持たせるようにしたものであるが、
緑色光を発光するＺｎＴｅ層と赤色光を発光するＺｎＴ
ｅ層を別々に形成することもできる。この場合、青色Ｌ
ＥＤ層１０２内に一方の（赤色光または緑色光を発光す
る）ＺｎＴｅ層を形成することも可能である。例えば、
ｎ側ＺｎＭｇＳＳｅ層２０５に挟持される構造で一方の
ＺｎＴｅ層を形成することができる。なお、この場合
は、エピタキシャル成長法により前記ＺｎＴｅ層は形成
される。
層に赤色発光中心を持たせるようにしたものであるが、
緑色光を発光するＺｎＴｅ層と赤色光を発光するＺｎＴ
ｅ層を別々に形成することもできる。この場合、青色Ｌ
ＥＤ層１０２内に一方の（赤色光または緑色光を発光す
る）ＺｎＴｅ層を形成することも可能である。例えば、
ｎ側ＺｎＭｇＳＳｅ層２０５に挟持される構造で一方の
ＺｎＴｅ層を形成することができる。なお、この場合
は、エピタキシャル成長法により前記ＺｎＴｅ層は形成
される。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、電流バイアスにより第
１波長の光（青色光）を発光する第１の化合物半導体層
（ＺｎＳｅ系青色ＬＥＤまたはＧａＮ系青色ＬＥＤ）
と、赤色発光中心を生じさせる不純物を添加されたＺｎ
Ｔｅ系化合物半導体層からなる第２の化合物半導体層
と、を備えた発光ダイオードとしたので、前記第２の化
合物半導体層は、前記第１の化合物半導体層から出射さ
れた第１波長帯の光の一部を光エネルギーとして吸収す
ることにより、前記第１波長帯よりも長い第２波長の光
（緑色光）および第３波長の光（赤色光）を発光でき
る。したがって、本発明の発光ダイオードは、赤色
（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に対応する波長の光が
一様に含まれた演色性の高い白色光を発光可能となる。
１波長の光（青色光）を発光する第１の化合物半導体層
（ＺｎＳｅ系青色ＬＥＤまたはＧａＮ系青色ＬＥＤ）
と、赤色発光中心を生じさせる不純物を添加されたＺｎ
Ｔｅ系化合物半導体層からなる第２の化合物半導体層
と、を備えた発光ダイオードとしたので、前記第２の化
合物半導体層は、前記第１の化合物半導体層から出射さ
れた第１波長帯の光の一部を光エネルギーとして吸収す
ることにより、前記第１波長帯よりも長い第２波長の光
（緑色光）および第３波長の光（赤色光）を発光でき
る。したがって、本発明の発光ダイオードは、赤色
（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に対応する波長の光が
一様に含まれた演色性の高い白色光を発光可能となる。
【００２８】また、前記第１の化合物半導体層と前記第
２の化合物半導体層とを熱圧着により貼り合わせる方法
や、第１の化合物半導体層上に第２の化合物半導体層を
エピタキシャル成長させる方法により製造できるので、
製造工程を大幅に増やすことなく比較的容易に白色発光
ダイオードを製造することができる。
２の化合物半導体層とを熱圧着により貼り合わせる方法
や、第１の化合物半導体層上に第２の化合物半導体層を
エピタキシャル成長させる方法により製造できるので、
製造工程を大幅に増やすことなく比較的容易に白色発光
ダイオードを製造することができる。
【図１】本発明に係る白色発光ダイオードの断面構造を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図２】図１の青色ＬＥＤ層１０２の一例であるＺｎＳ
ｅ系青色ＬＥＤの断面構造を示す説明図である。
ｅ系青色ＬＥＤの断面構造を示す説明図である。
【図３】ＹＡＧ−ＧａＮ白色ＬＥＤの断面構造を示す説
明図である。
明図である。
【図４】ＺｎＳｅホモエピタキシーを基本とするＺｎＳ
ｅ系白色ＬＥＤの断面構造を示す説明図である。
ｅ系白色ＬＥＤの断面構造を示す説明図である。
１０１ Ｉｎ電極
１０２ 青色ＬＥＤ層
１０３ ｐ型ＺｎＴｅ層
１０４ Ａｕ電極
２０１ ｎ型ＧａＡｓ基板
２０２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層
２０３ ＺｎＳｅ層
２０４ ＺｎＳＳｅ層
２０５ ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
２０６ ＺｎＳＳｅ光ガイド層
２０７ ＺｎＣｄＳｅ活性層（発光層）
２０８ ＺｎＳＳｅ光ガイド層
２０９ ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
２１０ ＺｎＳＳｅ層
２１１ ＺｎＳｅ層
２１２ ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層
２１３ ＺｎＴｅコンタクト層
Claims (9)
- 【請求項１】 電流バイアスにより第１波長の光を発光
する第１の化合物半導体層と、赤色発光中心を生じさせ
る不純物を添加されたＺｎＴｅ系化合物半導体層からな
る第２の化合物半導体層とからなり、 前記第２の化合物半導体層は、前記第１の化合物半導体
層から出射された第１波長の光の一部を光エネルギーと
して吸収することにより、前記第１波長よりも波長の長
い第２波長の光および第３波長の光を発光することを特
徴とする発光ダイオード。 - 【請求項２】 前記赤色発光中心を生じさせる不純物
は、Ｉｎ、ＧａまたはＯの何れか一つであることを特徴
とする請求項１に記載の発光ダイオード。 - 【請求項３】 前記第１の化合物半導体層は、ｐｎ接合
を有するＧａＮ系化合物半導体層であることを特徴とす
る請求項１または請求項２の何れかに記載の発光ダイオ
ード。 - 【請求項４】 前記第１の化合物半導体層は、ｐｎ接合
を有するＺｎＳｅ系化合物半導体層であることを特徴と
する請求項１または請求項２の何れかに記載の発光ダイ
オード。 - 【請求項５】 基板上に、青色光を発光する青色発光層
をエピタキシャル成長により形成する工程と、 前記青色発光層上に、赤色発光中心を生じさせる不純物
を添加しながらＺｎＴｅ層をエピタキシャル成長により
形成する工程と、を有することを特徴とする発光ダイオ
ードの製造方法。 - 【請求項６】 基板上に、青色光を発光する青色発光層
をエピタキシャル成長により形成する工程と、 前記青色発光層上に、赤色発光中心を生じさせる不純物
を添加されたＺｎＴｅ結晶を熱圧着する工程と、を有す
ることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。 - 【請求項７】 前記不純物は、Ｉｎ、ＧａまたはＯの何
れか一つであることを特徴とする請求項５または請求項
６に記載の発光ダイオードの製造方法。 - 【請求項８】 前記青色発光層は、ｐｎ接合を有するＧ
ａＮ系化合物半導体層であることを特徴とする請求項５
から請求項７の何れかに記載の発光ダイオードの製造方
法。 - 【請求項９】 前記青色発光層は、ｐｎ接合を有するＺ
ｎＳｅ系化合物半導体層であることを特徴とする請求項
５から請求項７の何れかに記載の発光ダイオードの製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002137307A JP2003332622A (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | 発光ダイオードおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002137307A JP2003332622A (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | 発光ダイオードおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003332622A true JP2003332622A (ja) | 2003-11-21 |
Family
ID=29699105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002137307A Pending JP2003332622A (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | 発光ダイオードおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003332622A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006196889A (ja) * | 2005-01-14 | 2006-07-27 | Au Optronics Corp | 白色発光素子及びその製造方法 |
| CN1306628C (zh) * | 2004-01-30 | 2007-03-21 | 天津中环三津有限公司 | 采用发蓝光或紫光的二极管晶片制备发白光二极管的方法 |
| JP2012074739A (ja) * | 2004-06-09 | 2012-04-12 | Philips Lumileds Lightng Co Llc | 作成済み波長変換素子を有する半導体発光装置 |
-
2002
- 2002-05-13 JP JP2002137307A patent/JP2003332622A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1306628C (zh) * | 2004-01-30 | 2007-03-21 | 天津中环三津有限公司 | 采用发蓝光或紫光的二极管晶片制备发白光二极管的方法 |
| JP2012074739A (ja) * | 2004-06-09 | 2012-04-12 | Philips Lumileds Lightng Co Llc | 作成済み波長変換素子を有する半導体発光装置 |
| US8748921B2 (en) | 2004-06-09 | 2014-06-10 | Philips Lumileds Lighting Company Llc | Semiconductor light emitting device with pre-fabricated wavelength converting element |
| JP2006196889A (ja) * | 2005-01-14 | 2006-07-27 | Au Optronics Corp | 白色発光素子及びその製造方法 |
| JP2011040794A (ja) * | 2005-01-14 | 2011-02-24 | Au Optronics Corp | 白色発光素子及びその製造方法 |
| JP4663513B2 (ja) * | 2005-01-14 | 2011-04-06 | 友達光電股▲ふん▼有限公司 | 白色発光素子及びその製造方法 |
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