JP2005072141A - Light emitting device, and light emitting element and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光装置とこれに用いる発光素子における発光波長のスペクトルおよび光出力の温度変動を抑制する技術に関する。 The present invention relates to a technology for suppressing temperature fluctuations of a light emission wavelength spectrum and light output in a light emitting device and a light emitting element used therein.
LED(light emitting diode)等の発光素子には、温度に応じて発光波長のスペクトルが変化するという特性がある。例えば、化合物半導体によるLEDでは、発光波長を決めるバンドギャップが温度依存性を有しており、高温になるとバンドギャップが小さくなり発光波長のスペクトルが長波長側にシフトする。 A light emitting element such as an LED (light emitting diode) has a characteristic that a spectrum of an emission wavelength changes according to temperature. For example, in a compound semiconductor LED, the band gap that determines the emission wavelength has temperature dependence, and the band gap becomes smaller and the spectrum of the emission wavelength shifts to the longer wavelength side at higher temperatures.
また、高温になるほど発光効率が低下するため、その光出力が低下することが知られている(例えば特許文献1参照)。 In addition, it is known that the light output decreases because the light emission efficiency decreases as the temperature increases (see, for example, Patent Document 1).
半導体のバンドギャップの温度依存性は、一般に次式で与えられる。 The temperature dependence of the band gap of a semiconductor is generally given by the following equation.
Eg(T)=Eg(T0)−α・T2/(β+T) (1)
ここで、Eg(T)は温度T[℃]のときのバンドギャップ、Eg(T0)は温度T0[℃]のときのバンドギャップ、α、βは半導体材料で定まる定数である。この数式は線形ではないが、実際の使用温度の範囲内では温度依存性は線形に近似することができる。
E g (T) = E g (T 0 ) −α · T 2 / (β + T) (1)
Here, E g (T) is a band gap at a temperature T [° C.], E g (T 0 ) is a band gap at a temperature T 0 [° C.], and α and β are constants determined by a semiconductor material. . Although this equation is not linear, the temperature dependence can be approximated linearly within the actual operating temperature range.
波長とバンドギャップの関係は次式で表される。 The relationship between wavelength and band gap is expressed by the following equation.
λ(T)=hν=1.24/Eg(T) (2)
図14は、温度変動によって変化するLEDの発光スペクトルの一例を示すグラフである。ここで用いたLEDは、GaAs基板の上にln0.5(Ga1−XAlX)0.5Pによる四元混晶(quaternary alloy crystal)を主とする多層構造をエピタキシャル(epitaxial)成長させた構造とした。このLEDは、混晶組成のXの値を変化させることで、赤色から緑色に相当するバンドギャップを実現できるものである。つまり、発光の主体であるLEDの活性層をこの四元混晶で構成することにより、赤色から緑色までの間で必要なピーク波長を持たせるようにしたものである。
FIG. 14 is a graph showing an example of an emission spectrum of an LED that changes due to temperature fluctuations. The LED used here is epitaxially grown on a GaAs substrate with a multilayer structure mainly composed of quaternary alloy crystals of ln 0.5 (Ga 1-X Al X ) 0.5 P. It was set as the structure made to do. This LED can realize a band gap corresponding to red to green by changing the value of X of the mixed crystal composition. That is, the active layer of the LED, which is the main body of light emission, is composed of this quaternary mixed crystal so as to have a necessary peak wavelength from red to green.
しかしながら、この種のLEDの場合、波長の温度による変化は約0.15nm/degである。そして、実際の動作を保証する必要のある温度範囲は−40℃≦T≦100℃程度である。このように動作保証の温度範囲が広いため、例えば図14に示す室温での黄色(λ=587nm,X=0.295)の発光スペクトル400が、高温では長波長側の発光スペクトル401にシフトしてオレンジ色に変化し、また低温では短波長側の発光スペクトル402にシフトして緑色に変化する。すなわち、LEDの使用者は所定の色を維持することを期待しているにも関らず、温度によって色が変化してしまうこととなる。
However, in the case of this type of LED, the change in wavelength with temperature is about 0.15 nm / deg. The temperature range in which actual operation needs to be guaranteed is about −40 ° C. ≦ T ≦ 100 ° C. Since the temperature range for guaranteeing operation is thus wide, for example, the
また、高温では光出力が低下して暗くなり、低温では逆に光出力が増加して明るすぎることとなる。これらの欠点は、車載用等の過酷な温度範囲で使用する場合には特に大きな問題となる。 At high temperatures, the light output decreases and becomes dark, and at low temperatures, the light output increases and becomes too bright. These drawbacks become a serious problem particularly when used in a severe temperature range such as in-vehicle use.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発光スペクトルの温度変動および光出力の温度変動を抑制し得る発光装置、発光素子を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a light-emitting device and a light-emitting element capable of suppressing temperature fluctuations of an emission spectrum and temperature fluctuations of light output.
本発明の別の目的は、上記発光素子を低コストで製造可能な製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of manufacturing the light-emitting element at a low cost.
第1の本発明に係る発光装置は、発光波長のスペクトルが温度によって変動する発光素子と、前記スペクトルの幅よりも狭い幅の窓範囲で波長成分を透過させ、その窓範囲の温度変動が前記スペクトルの温度変動よりも小さいバンドパス特性を備えたフィルタ膜とを有し、温度が変動したときに前記スペクトルのより高いレベルの部分が前記フィルタ膜の窓範囲に入るようにしたことを特徴とする。 The light emitting device according to the first aspect of the present invention transmits a wavelength component in a light emitting element whose emission wavelength spectrum varies with temperature and a window range having a width narrower than the width of the spectrum, and the temperature variation in the window range is And a filter film having a bandpass characteristic smaller than the temperature fluctuation of the spectrum, and when the temperature fluctuates, the higher level part of the spectrum falls within the window range of the filter film. To do.
本発明にあっては、温度によって発光波長のスペクトルが変動する発光素子の欠点を補うために、発光波長のスペクトルの幅よりも狭い幅の窓範囲で波長成分を透過させ、かつその窓範囲の温度変動が発光波長のスペクトルの温度変動よりも小さいバンドパス特性を備えたフィルタ膜を用い、温度が変動したときにスペクトルのより高いレベルの部分がフィルタ膜の窓範囲に入るようにしたことで、見かけ上の発光波長のスペクトルの温度変動を抑制するとともに、発光素子の光出力の温度変動を抑制するようにしている。 In the present invention, in order to compensate for the disadvantage of the light emitting element in which the spectrum of the emission wavelength varies depending on the temperature, the wavelength component is transmitted in a window range having a width narrower than the width of the spectrum of the emission wavelength, and By using a filter film with a bandpass characteristic whose temperature fluctuation is smaller than the temperature fluctuation of the emission wavelength spectrum, when the temperature fluctuates, the higher level part of the spectrum falls within the window range of the filter film. In addition, the temperature variation of the apparent emission wavelength spectrum is suppressed, and the temperature variation of the light output of the light emitting element is suppressed.
なお、ここでいうフィルタ膜には、透過させるだけではなく、透過させる波長成分を増幅できるものも含まれる。 The filter film here includes not only transmitting but also capable of amplifying transmitting wavelength components.
第2の本発明に係る発光素子は、発光波長のスペクトルが温度によって変動する活性層と、前記スペクトルの幅よりも狭い幅の窓範囲で波長成分を透過させ、その窓範囲の温度変動が前記スペクトルの温度変動よりも小さいフィルタ膜とを有し、温度が変動したときに前記スペクトルのより高いレベルの部分が前記フィルタ膜の窓範囲に入るようにしたことを特徴とする。 The light emitting device according to the second aspect of the present invention transmits the wavelength component in the active layer in which the spectrum of the emission wavelength varies with temperature and the window range having a width narrower than the width of the spectrum, and the temperature variation in the window range is A filter film smaller than the temperature fluctuation of the spectrum, and a higher level part of the spectrum falls within the window range of the filter film when the temperature fluctuates.
本発明にあっては、フィルタ膜を発光素子に設けたことで、発光素子を収容するパッケージの光出力表面にフィルタ膜を別に設ける工程を省略できるようにしている。 In the present invention, by providing the filter film on the light emitting element, the step of separately providing the filter film on the light output surface of the package housing the light emitting element can be omitted.
第3の本発明に係る発光素子の製造方法は、少なくとも1つのスペクトルピークが他のものと異なる複数の活性層と上記フィルタ膜を有する発光素子を製造するための製造方法であって、設定しようとする発光波長のスペクトルに応じた厚さにそれぞれ結晶成長させることにより前記複数の活性層を形成することを特徴とする。 A method for manufacturing a light emitting device according to a third aspect of the present invention is a manufacturing method for manufacturing a light emitting device having a plurality of active layers having at least one spectral peak different from the others and the filter film, and is set. The plurality of active layers are formed by crystal growth to a thickness corresponding to the spectrum of the emission wavelength.
本発明にあっては、設定しようとする発光波長のスペクトルに応じた厚さにそれぞれ結晶成長させることで、複数の活性層を同一の発光素子の内部に形成するようにしている。 In the present invention, a plurality of active layers are formed in the same light emitting device by growing crystals to a thickness corresponding to the spectrum of the emission wavelength to be set.
本発明の発光装置および発光素子によれば、発光素子の発光スペクトルの温度変動を抑制できるとともに光出力の温度変動を抑制することができる。これによって、発光波長で定まる色調と光出力の安定性が要求される分野で特に大きな効果を得ることができる。 According to the light emitting device and the light emitting element of the present invention, it is possible to suppress the temperature fluctuation of the emission spectrum of the light emitting element and to suppress the temperature fluctuation of the light output. As a result, a particularly great effect can be obtained in a field where the color tone determined by the emission wavelength and the stability of the light output are required.
本発明の発光素子によれば、発光素子を収容するパッケージの光出力表面にフィルタ膜を別に設ける工程を省略でき、低コストかつ簡易な製造工程で発光装置を製造することができる。 According to the light emitting device of the present invention, the step of separately providing a filter film on the light output surface of the package containing the light emitting device can be omitted, and the light emitting device can be manufactured by a low cost and simple manufacturing process.
本発明の発光素子の製造方法によれば、1つの発光素子に複数の活性層を集積化でき、低コストで発光素子を製造することができる。また、複数の発光素子をパッケージに実装する工程を簡略化でき、より低コストかつ簡易な製造工程で発光装置を製造することができる。 According to the method for manufacturing a light emitting element of the present invention, a plurality of active layers can be integrated in one light emitting element, and the light emitting element can be manufactured at low cost. In addition, the process of mounting a plurality of light emitting elements on a package can be simplified, and the light emitting device can be manufactured by a lower cost and simple manufacturing process.
[第1の実施の形態]
図1の斜視図に示すように、第1の実施の形態における発光素子1は、n型GaAs基板10の上にln0.5(Ga1−XAlX)0.5Pによる四元混晶を主とする多層構造をエピタキシャル成長させた構造を持つものを例とする。発光素子1は、一例としてLEDとする。最低限の構造として、室温で黄色発光するようにした発光素子1は、n型GaAs基板10上に、X=0.6のn型四元混晶n−ln0.5(Ga0.4Al0.6)0.5Pによるクラッド層20を成長させ、その上にX=0.295の四元混晶undoped−ln0.5(Ga0.705Al0.295)0.5Pによる活性層30を成長させ、さらにその上にX=0.6のp型四元混晶p−ln0.5(Ga0.4Al0.6)0.5Pによるクラッド層40を成長させた構成とする。
[First Embodiment]
As shown in the perspective view of FIG. 1, the
本発光素子1は、活性層30をそれよりもバンドギャップの小さいp型結晶とn型結晶で挟み込むようにした、いわゆるダブルヘテロ(double hetero)構造とする。活性層30は、より微細な構造であるMQW(multi-quantum well)構造にすること多い。
The
n型GaAs基板10の下全面にはn型電極60を形成し、クラッド層40の上にはp型電極を形成する。p型電極は、透明ではないためクラッド層40の上面を全て覆うのではなく、ワイヤ70をボンディングするためのパッド51と、パッド51を中心に対角配置された周辺部分52に限定した構成であり、p型電極が配置されていない部分を通じて活性層30からの光を取り出せるようになっている。ただし、実際の構造は、電極形成の都合や電流経路の制御、不透明なGaAs基板10に光が届かないようにDBR(distributed bragg reflector)を形成したりするが、ここでは説明を省略する。
An n-
図2の斜視図に示すように、第1の実施の形態における発光装置は、LEDによる発光素子1を実装した大型SMD(surface mount device)型のパッケージを用いた構成である。具体的には、PPA(ポリフタレートアミド)樹脂製の枠構造のパッケージ100に収容されたリードフレーム101aの上に発光素子1をn側を下にした状態で接続するとともに、発光素子1のp側のワイヤ70をリードフレーム101bに接続し、パッケージ100の枠内を透明なエポキシ樹脂102で埋め、その上層の光出力表面にフィルタ膜300を設けた構成である。パッケージ100は、フィルタ膜300を設けた光出力表面以外の側面や底面から光が漏れることがないようにするため、光を透過しないように作られる。
As shown in the perspective view of FIG. 2, the light emitting device according to the first embodiment has a configuration using a large SMD (surface mount device) type package on which the
フィルタ膜300としては、発光素子1による発光スペクトルの幅よりも狭い幅の窓範囲で波長成分を透過させ、かつその窓範囲の温度変動が発光素子1の発光スペクトルの温度変動よりも小さいバンドパス特性を備えた誘電体多層膜を用いる。このフィルタ膜300は、窓範囲の中心波長を590nmとするバンドパスフィルタとする。
The
図3のスペクトルグラフに示すように、発光素子1は、レベルがピークとなる発光波長が580nmの黄色のスペクトル402を持つ。フィルタ膜300は、発光素子1の発光スペクトルのうち黄色に対応する590nmを中心とする窓範囲501内の波長成分(同図に斜線で示す成分)だけ透過するフィルタ特性500を持つ。なお、実際のフィルタ特性は、通過帯の外側にリップルが現れることが多いが、同図のグラフでは詳細を簡略化して示してある。
As shown in the spectrum graph of FIG. 3, the light-emitting
温度が上昇すると、図4のスペクトルグラフに示すように、発光素子1の発光スペクトルは、長波長側にシフトするとともに高温で効率が落ちるため光出力自体も低下したスペクトル400となる。しかし、フィルタ膜300の窓範囲501には発光素子1の発光スペクトルのピークおよびその付近といったよりレベルの高い部分が入ってくるので、フィルタ膜300を透過した発光スペクトルとしては、発光素子1の光出力の低下を補償して、見かけ上温度変化を小さくすることができる。なお、さらに高温になると発光スペクトル400の短波長側の裾の部分が窓範囲501に入ってくるので、光出力は見かけ上も低下することとなるが、少なくとも低下の開始温度をより高くすることができる。
When the temperature rises, as shown in the spectrum graph of FIG. 4, the emission spectrum of the light-
したがって、本実施の形態によれば、発光素子1の発光スペクトルの幅よりも狭い幅の窓範囲で波長成分を透過させ、かつ、その窓範囲の温度変動が発光素子1の発光スペクトルの温度変動よりも小さいバンドパス特性を備えたフィルタ膜300を用い、温度が変動したときに発光素子1の発光スペクトルのより高いレベルの部分がフィルタ膜300の窓範囲に入るようにしたことで、見かけ上、発光素子1の発光スペクトルの温度変動を少なくし、発光素子1の光出力の温度変動を抑制することができる。
Therefore, according to the present embodiment, the wavelength component is transmitted through the window range having a width narrower than the width of the emission spectrum of the
なお、フィルタ膜300としては、窓範囲の波長成分を透過させるだけではなく、その波長を増幅できる機能を備えたものを用いるようにしてもよい。例えば、増幅特性を有する反射膜および透過膜を用い、これら反射膜と透過膜とで発光素子1の活性層30を挟み込むようにした構造などが考えられる。
As the
また、本実施の形態においては、発光素子1として特に効果が顕著であることからLEDを用いることとしたが、これに限られるものではない。例えば、LD(Laser Diode)やEL(Electro-Luminescence)、電球などを用いるようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, the LED is used because the effect is particularly remarkable as the
[第2の実施の形態]
第1の実施の形態においては、単一の発光素子を用いることとしたが、第2の実施の形態では、少なくとも1つのスペクトルピークが他のものと異なる複数の発光素子を用いることで、より柔軟かつ効果的に発光素子の発光スペクトルおよび光出力の温度変動を抑制できるようにした発光装置について説明する。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, a single light emitting element is used. However, in the second embodiment, by using a plurality of light emitting elements having at least one spectral peak different from the others, A light-emitting device capable of suppressing temperature fluctuations of the emission spectrum and light output of a light-emitting element in a flexible and effective manner will be described.
図5の斜視図に示すように、本実施の形態における発光装置は、3つの発光素子1a,1b,1cをそれぞれ個別に収容した3つのパッケージ100a,100b,100cの全ての光出力の表面を覆うように1つのフィルタ膜310を設けた構成である。各パッケージ100a〜100c、フィルタ膜310の基本的な構成は図2を用いて説明したパッケージ100、フィルタ膜300と同様である。また、各発光素子1a〜1cは、発光スペクトルが微妙に異なるものの基本的な構成は図1を用いて説明したものと同様である。
As shown in the perspective view of FIG. 5, the light emitting device according to the present embodiment covers all the light output surfaces of the three
図6のスペクトルグラフに示すように、発光素子1aの発光波長は室温でレベルがピークとなる波長(以下、適宜「ピーク波長」という)が590nmのセンタスペクトル400をもち、発光素子1bの発光波長はスペクトル400よりも長波長側にピーク波長があるスペクトル401をもち、発光素子1cの発光波長は短波長側にピーク波長があるスペクトル402をもつ。同図ではこれらの合成スペクトルを410で示す。
As shown in the spectrum graph of FIG. 6, the light emission wavelength of the light emitting element 1a has a
短波長側の発光素子1bをセンタの発光素子1aよりも高出力に設定するとともに、高波長側の発光素子1cを発光素子1aよりも低出力に設定することで、高波長側から短波長側に向かってピークが大きくなる合成スペクトル410を得る。また、各発光素子によるピーク波長の間隔についても合成スペクトルの幅が広がるように設定する。このように合成スペクトル410を形成することでスペクトルの幅が広がるので、フィルタ膜310における中心波長を590nmとする窓範囲511を広くすることができる。
By setting the
温度が上昇すると、図7のスペクトルグラフに示すように、合成スペクトル410は、長波長側にシフトするとともに、高温で効率が落ちるため光出力自体も低下する。しかし、合成スペクトル410の短波長側のピークを高く設定しているので、このピークおよびその付近といったより高いレベルの部分がフィルタ膜310の窓範囲501に入ってくることとなり、フィルタ膜310を透過した発光スペクトルとしては、発光素子1の光出力の低下を補償して、見かけ上温度変化を小さくすることができる。
When the temperature rises, as shown in the spectrum graph of FIG. 7, the
したがって、本実施の形態によれば、少なくとも1つのスペクトルピークが他と異なる複数の発光素子1a〜1cを用いることで、合成スペクトルが形成されてスペクトルの幅が広がるので、フィルタ膜310の窓範囲511を広くすることができ、発光スペクトルの温度変動をより少なくできるとともに、フィルタ膜を透過する光出力をより大きくすることができる。これによって、より広範囲な温度変動に対応でき、中間調の色合いにも細かく対応できるうえ、フィルタ膜310を持たない一般的な発光素子に匹敵する光出力を得ることができる。
Therefore, according to the present embodiment, by using a plurality of light emitting elements 1a to 1c having at least one spectrum peak different from the others, a combined spectrum is formed and the spectrum width is widened. Therefore, the window range of the
本実施の形態によれば、各発光素子1a〜1cのピーク波長の間隔や光出力の違いを調整することによって、合成スペクトルを形成する際の設計の自由度がきわめて大きくなり、発光装置の実用性を高めることができる。 According to the present embodiment, by adjusting the peak wavelength interval and the light output difference of each of the light emitting elements 1a to 1c, the degree of freedom in design when forming a composite spectrum becomes extremely large, and the light emitting device is practically used. Can increase the sex.
本実施の形態によれば、3つの発光素子1a〜1cを個別に収容した3つのパッケージ100a〜100cの全ての光出力の表面を覆うように1つのフィルタ膜310を設けたことで、複数の発光素子を用いた発光装置を実現することができる。
According to the present embodiment, by providing one
[第3の実施の形態]
第3の実施の形態では、少なくとも1つのスペクトルピークが他のものと異なる複数の発光素子を用いた発光装置を実現するための別の例について説明する。
[Third Embodiment]
In the third embodiment, another example for realizing a light-emitting device using a plurality of light-emitting elements having at least one spectral peak different from the other ones will be described.
図8の斜視図に示すように、本実施の形態における発光装置は、基本的には図2に示した発光装置を複数並べた構成である。具体的には、3つの発光素子1a,1b,1cを個別に収容した3つのパッケージ100a,100b,100cのそれぞれの光出力の表面に個別のフィルタ膜300a,300b,300cを設けた構成である。各パッケージ100a〜100c、各フィルタ膜300a〜300cの基本的な構成は図2を用いて説明したパッケージ100、フィルタ膜300と同様であり、各フィルタ膜300a〜300cは図6を用いて説明したフィルタ特性510をもつ。各発光素子1a〜1cの基本的な構成は図1を用いて説明したものと同様であり、図6を用いて説明したスペクトル400,401,402をそれぞれもつ。
As shown in the perspective view of FIG. 8, the light-emitting device in this embodiment basically has a configuration in which a plurality of light-emitting devices shown in FIG. 2 are arranged. Specifically, the
したがって、本実施の形態によれば、複数の発光素子1a〜1cを個別に収容した複数のパッケージ100a〜100cのそれぞれの光出力の表面に個別にフィルタ膜300a〜300cを設けたことで、図6を用いて説明した合成スペクトル410を得ることができ、第2の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
Therefore, according to the present embodiment, the
[第4の実施の形態]
第4の実施の形態では、少なくとも1つのスペクトルピークが他のものと異なる複数の発光素子を用いた発光装置を実現するためのさらに別の例について説明する。
[Fourth Embodiment]
In the fourth embodiment, another example for realizing a light-emitting device using a plurality of light-emitting elements having at least one spectral peak different from the other ones will be described.
本実施の形態における発光装置は、フィルタ膜をそれぞれ設けた複数の発光素子を同一のパッケージに収容した構成である。 The light-emitting device in this embodiment has a structure in which a plurality of light-emitting elements each provided with a filter film are housed in the same package.
具体的には、図9の斜視図に示すように、各発光素子11a,11b,11cは、クラッド層40の上に、フィルタ膜340を備えた構成である。フィルタ膜340としては、活性層30からの発光スペクトルの幅よりも狭い幅の窓範囲で波長成分を透過させ、その窓範囲の温度変動が活性層30からの発光スペクトルの温度変動よりも小さい誘電体多層膜を用いる。このフィルタ膜340は、中心波長を590nmとするバンドパスフィルタとして機能する。その他、図1と同一物には同一の符号を付すこととして、ここでは重複した説明は省略する。
Specifically, as shown in the perspective view of FIG. 9, each
図10の斜視図に示すように、本発光装置は、PPA樹脂製の枠構造のパッケージ110に収容されたリードフレーム101aの上に各発光素子11a〜11cをn側を下にした状態でそれぞれ接続するとももに、各発光素子11a〜11cのp側のワイヤ70をリードフレーム101bにそれぞれ接続し、この枠内を透明なエポキシ樹脂102で埋めた構成である。パッケージ110の光出力の表面にはフィルタ膜は設けられていない。
As shown in the perspective view of FIG. 10, the light emitting device has the
各発光素子11a〜11cの発光スペクトルは、図6を用いて説明したスペクトル400,401,402となるようにそれぞれ設定する。また、各発光素子11a〜11cを独立に駆動できるように、リードフレーム101a又は101bのうちの少なくとも一方を発光素子毎に分けるようにしてもよい。
The emission spectra of the respective
したがって、本実施の形態によれば、フィルタ膜340をそれぞれ設けた複数の発光素子11a〜11cを同一のパッケージ110に収容したことで、図6を用いて説明した合成スペクトル410を得ることができ、またパッケージ110の光出力表面の全面にフィルタ膜を設ける必要がないので、第2の実施の形態と同様の効果を低コストかつ簡易な製造工程で得ることができる。
Therefore, according to the present embodiment, the
また、フィルタ膜340を設けた発光素子11を第1の実施の形態のように単独でパッケージ100に収容する場合には、図2のようにパッケージ100の光出力表面の全面にフィルタ膜300を別に設ける必要がなく、第1の実施の形態と同様の効果を低コストかつ簡易な製造工程で得ることができる。
Further, when the
[第5の実施の形態]
第4の実施の形態では、単独の活性層30を備えた発光素子11にフィルタ膜340を設けることとしたが、第5の実施の形態では、少なくとも1つのスペクトルピークが他のものと異なる複数の活性層を有する発光素子について説明する。
[Fifth Embodiment]
In the fourth embodiment, the
図11の斜視図に示すように、本実施の形態における発光素子は、クラッド層20上の同一層にスペクトルピークが異なる複数の活性層31,32,33を集積化し、その上にクラッド層40を形成し、その上にフィルタ膜350を備えた構成である。
As shown in the perspective view of FIG. 11, in the light emitting device according to the present embodiment, a plurality of
各活性層31〜33については、それぞれの発光スペクトルが図6を用いて説明したスペクトル400,401,402となるように設定する。フィルタ膜350としては、各活性層31〜33からの発光スペクトルによる合成スペクトル410の幅よりも狭い幅の窓範囲511で波長成分を透過させ、その窓範囲511の温度変動が各活性層31〜33からの発光スペクトルの温度変動よりも小さい誘電体多層膜を用いる。このフィルタ膜350は、図6を用いて説明したフィルタ特性510をもち、窓範囲511の中心波長を590nmとするバンドパスフィルタとして機能する。その他、図1と同一物には同一の符号を付すこととして、ここでは重複した説明は省略する。
About each active layer 31-33, it sets so that each light emission spectrum may become spectrum 400,401,402 demonstrated using FIG. As the
本発光素子は、図2に示すようにパッケージ100に実装する。ただし、本発光素子は既にフィルタ膜350を備えているので、図2に示すようにパッケージ100の光出力の表面にフィルタ膜300を設けることは不要である。
The light emitting element is mounted on a
したがって、本実施の形態によれば、少なくとも1つのスペクトルピークが他と異なる複数の活性層31〜33を発光素子の同一層に設けるとともに、フィルタ膜350を発光素子に設けたことで、合成スペクトルを形成するに際してパッケージ100に実装する発光素子を1個で済ませることができ、またパッケージ100の光出力の表面にフィルタ膜を設けることが不要となるので、第2の実施の形態と同様の効果をより低コストかつ簡易な製造工程で得ることができる。
Therefore, according to the present embodiment, a plurality of
[第6の実施の形態]
第6の実施の形態では、少なくとも1つのスペクトルピークが他のものと異なる複数の活性層を有する発光素子を製造するための製造方法について説明する。活性層の発光スペクトルは、結晶成長の工程において成長させる多元素混晶の組成で定まるものであり、ここでは活性層の組成を変化させる方法について主に説明する。
[Sixth Embodiment]
In the sixth embodiment, a manufacturing method for manufacturing a light-emitting element having a plurality of active layers having at least one spectral peak different from the others will be described. The emission spectrum of the active layer is determined by the composition of the multi-element mixed crystal grown in the crystal growth step, and here, a method for changing the composition of the active layer will be mainly described.
活性層の発光波長のスペクトルは層の厚さで定まるので、設定しようとする発光波長のスペクトルに応じた厚さに結晶成長させることにより複数の活性層を形成する。 Since the spectrum of the emission wavelength of the active layer is determined by the thickness of the layer, a plurality of active layers are formed by crystal growth to a thickness corresponding to the spectrum of the emission wavelength to be set.
具体的には、図12の側面図に示すように、まずGaAs基板10上に、結晶成長を阻害するための二酸化シリコン(SiO2)等の酸化膜を積層する。この酸化膜をフォトリソグラフィ(Photolithography)法によりパターニングしてパターン520a,520b,520cを残す。このパターニングによって露出した部分の基板10の表面に、MQWによる活性層34,35を結晶成長させると、露出した部分の面積が狭いほど活性層が厚く成長する。活性層の厚さで発光波長のスペクトルが定まるので、パターン520a〜520cを形成するに際しては、各活性層34,35で設定しようとする発光波長のスペクトルに応じた面積の分だけ各活性層34,35に対応する部分のGaAs基板10の表面を露出させる。最後に、露出したGaAs基板10の表面に活性層34,35を結晶成長させる。
Specifically, as shown in the side view of FIG. 12, an oxide film such as silicon dioxide (SiO 2 ) for inhibiting crystal growth is first laminated on the
したがって、本実施の形態によれば、設定しようとする発光波長のスペクトルに応じた厚さに結晶成長させることにより複数の活性層を形成することで、複数の活性層を同一の発光素子に形成することができ、低コストで発光素子を製造することができる。 Therefore, according to the present embodiment, a plurality of active layers are formed in the same light emitting device by forming a plurality of active layers by growing crystals to a thickness corresponding to the spectrum of the emission wavelength to be set. The light emitting element can be manufactured at low cost.
また、本実施の形態によれば、複数の活性層を発光素子に設けることで、合成スペクトルを形成するに際して単独の発光素子を用いれば済むので、複数の発光素子をパッケージに実装する工程を簡略化でき、第2の実施の形態と同様の効果を奏する発光装置を低コストかつ簡易な製造工程で実現することができる。 In addition, according to this embodiment, by providing a plurality of active layers in a light emitting element, it is sufficient to use a single light emitting element when forming a synthetic spectrum, and thus the process of mounting a plurality of light emitting elements in a package is simplified. Thus, a light emitting device having the same effects as those of the second embodiment can be realized with a low cost and a simple manufacturing process.
別の例として、図13の斜視図に示すように、GaAs基板10上で端から端へ向けて幅が連続的に変化するようにした酸化膜のパターン530a,530bを形成することで、GaAs基板10の露出する部分の面積が連続的に変化していくようにしもよい。この場合には、結晶成長させたときの活性層36の厚さが連続的に変化していくこととなるので、1つの発光素子によってピークが連続的に変化する発光波長を出力することが可能となる。
As another example, as shown in the perspective view of FIG. 13, by forming
1,1a〜1c…発光素子
10…GaAs基板
11,11a〜11c…発光素子
20,40…クラッド層
30,31,32,33…活性層
34,35…活性層
70…ワイヤ
100,100a〜100c…パッケージ
101a,101b…リードフレーム
102…エポキシ樹脂
110…パッケージ
300,300a〜300c…フィルタ膜
310,340,350…フィルタ膜
520a〜520c…酸化膜のパターン
530a,530b…酸化膜の連続パターン
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記スペクトルの幅よりも狭い幅の窓範囲で波長成分を透過させ、その窓範囲の温度変動が前記スペクトルの温度変動よりも小さいバンドパス特性を備えたフィルタ膜とを有し、
温度が変動したときに前記スペクトルのより高いレベルの部分が前記フィルタ膜の窓範囲に入るようにしたことを特徴とする発光装置。 A light emitting element whose emission wavelength spectrum varies with temperature,
A filter film having a bandpass characteristic that transmits a wavelength component in a window range having a narrower width than the spectrum width, and in which the temperature variation in the window range is smaller than the temperature variation in the spectrum;
A light emitting device characterized in that when the temperature fluctuates, a higher level part of the spectrum falls within the window range of the filter film.
前記複数のパッケージの全ての光出力の表面を覆うように1つの前記フィルタ膜を設けたことを特徴とする請求項2記載の発光装置。 A plurality of packages for individually accommodating the plurality of light emitting elements;
3. The light emitting device according to claim 2, wherein one filter film is provided so as to cover all the light output surfaces of the plurality of packages.
前記複数のパッケージのそれぞれの光出力の表面に個別の前記フィルタ膜を設けたことを特徴とする請求項2記載の発光装置。 A plurality of packages for individually accommodating the plurality of light emitting elements;
3. The light emitting device according to claim 2, wherein the individual filter films are provided on the surface of the light output of each of the plurality of packages.
前記スペクトルの幅よりも狭い幅の窓範囲で波長成分を透過させ、その窓範囲の温度変動が前記スペクトルの温度変動よりも小さいフィルタ膜とを有し、
温度が変動したときに前記スペクトルのより高いレベルの部分が前記フィルタ膜の窓範囲に入るようにしたことを特徴とする発光素子。 An active layer whose emission wavelength spectrum varies with temperature,
A wavelength component is transmitted in a window range having a narrower width than the spectrum width, and the filter film has a temperature variation in the window range smaller than the spectrum temperature variation,
A light emitting element characterized in that a higher level portion of the spectrum falls within the window range of the filter film when the temperature fluctuates.
設定しようとする発光波長のスペクトルに応じた厚さにそれぞれ結晶成長させることにより前記複数の活性層を形成することを特徴とする発光素子の製造方法。 A manufacturing method for manufacturing the light emitting device according to claim 8,
A method of manufacturing a light emitting device, wherein the plurality of active layers are formed by crystal growth to a thickness corresponding to a spectrum of an emission wavelength to be set.
前記酸化膜をパターニングし、各活性層で設定しようとする発光波長のスペクトルに応じた面積の分だけ各活性層に対応する部分の前記基板の表面を露出させる工程と、
前記基板の表面の露出した部分に各活性層を結晶成長させる工程と、
を有することを特徴とする請求項9記載の発光素子の製造方法。
Laminating an oxide film for inhibiting crystal growth on the surface of the substrate;
Patterning the oxide film, exposing the surface of the substrate corresponding to each active layer by an area corresponding to the spectrum of the emission wavelength to be set in each active layer; and
Crystal growth of each active layer on the exposed portion of the surface of the substrate;
The method for manufacturing a light emitting device according to claim 9, comprising:
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