JP2005259864A - Method for emitting multicolored light - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light emitting method for emitting a multicolored light at an excellent light emitting efficiency. <P>SOLUTION: When an LED element 20 emits a blue light, a part of the energy is absorbed by a phosphor 10 to excite a rare-earth or transition metal element added to a green fluorescent layer 13G and a red fluorescent layer 13R, respectively. At the same time, the rare-earth or transition metal element is excited by energy generated by recoupling carriers confined in each fluorescent layer by the energy also. Thus, a green light and a red light are emitted at a high efficiency from the green fluorescent layer 13G and the red fluorescent layer 13R. As the composition of the fluorescent layer has no electric restraints, more rare-earth or transition metal elements can be added than in the case where an electric field is afforded. This point can contribute to enhancements in the light emitting efficiency. By mixing a blue light emitted from the LED element 20 with a green light and a red light emitted from the phosphore 10, the light emission of a white light by three-color mixture which is more excellent in color development properties than two-color mixture is materialized at a low cost. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、所望の波長範囲の多色光を発光する方法に関する。 The present invention relates to a method for emitting polychromatic light of a desired wavelength range.

近年、白熱灯や蛍光灯よりも消費電力が少なく、かつ長寿命であるなどの理由で、照明光源や表示装置などに、いわゆるLED(発光ダイオード)からなる発光素子を用いた多色発光あるいは白色発光を利用するための研究、開発が盛んになされている(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)。 Recently, consumes less power than incandescent lamps and fluorescent lamps, and for reasons such as a long life, multicolor light emission or white in lighting light source or display device, using a light-emitting element comprising a so-called LED (light emitting diode) research for utilizing light emission, development has been made actively (for example, see Patent documents 1 and 2.).

一方、III族窒化物であるInN、GaN、AlNはそれぞれ1.9、3.4、6.2eV(結晶構造は全て六方晶)の直接遷移型のバンドギャップを持つことから、その混晶Al X In Y Ga 1-XY N(0≦X≦1、0≦Y≦1)は、可視光から紫外線領域に渡る幅広い波長の発光材料として有望視され、同領域における発光素子にこれを用いるための研究、開発もなされている(例えば、特許文献3および特許文献4参照。)。 On the other hand, InN is III-nitride, GaN, since each AlN is 1.9,3.4,6.2EV (crystal structure of all hexagonal) having a band gap of direct transition type, the mixed crystal Al X in Y Ga 1-XY N (0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1) is promising as a luminescent material for a wide range of wavelengths ranging from the visible light in the ultraviolet region, because the use of this light-emitting element in the region studies have been made development (for example, see Patent documents 3 and 4.).

特開平10−107325号公報 JP 10-107325 discloses 特開平9−167861号公報 JP-9-167861 discloses 特開2002−261324号公報 JP 2002-261324 JP 特開2002−368267号公報 JP 2002-368267 JP

特許文献1には、青色系発光をするLEDチップに、該LEDチップからの発光によって励起され黄色系発光をする蛍光物質をコーティングした発光装置が開示されている。 Patent Document 1, the LED chip to a blue emitting light-emitting device is disclosed coated with fluorescent substance for the excited yellow light emitting by the light emission from the LED chips. 係る発光装置は、LEDチップからの青色系発光と、蛍光物質からの黄色系発光との混色によって白色系発光を得ることを目的とするものである。 According emitting device includes a blue light emitting from the LED chips, it is an object to obtain a white light by mixture of the yellow light emitting from the fluorescent substance. しかしながら、係る2色混合によって得られる白色光のもとでは、直接に赤色を発光しないことから赤色の発色が悪く、フルカラーを十分に認識することができないという問題や、蛍光灯に比して十分な輝度が得られていないという問題がある。 However, the white light original obtained by the two-color mixing, directly to the poor red coloration because it does not emit red, and a problem that can not be fully aware of full color, as compared with the fluorescent lamp enough according there is a problem that such brightness is not obtained.

特許文献2には、共通基板上に発光波長が異なる緑色、赤色、青色のLEDチップを配置した多色発光素子が開示されている。 Patent Document 2, green light emission wavelengths are different on a common substrate, red, multicolor light-emitting element is arranged blue LED chips is disclosed. 係る多色発光素子においては、各色のLEDチップを全て点灯させることで、白色光が得られる。 In multicolor light emitting device according, each color of the LED chip by turning on all white light is obtained. 係る態様においては、各色の発光に適した(発光効率のよい)LEDチップを用いることで、輝度や混色性は高まるが、3色のLEDチップをそれぞれ別個に作製するためにコストが高く、また実装が複雑になってしまうという問題がある。 In an aspect associated, by using each color (good luminous efficiency) LED chips suitable for light emission of, but is enhanced luminance and color mixing properties, high cost three color LED chips for each separately prepared, also implementation there is a problem that becomes complicated.

特許文献3および特許文献4にはいずれも、InN、GaN、AlNの混晶である窒化物に、希土類あるいは遷移金属元素あるいは遷移金属元素を添加してなる発光層を備える半導体発光素子が開示されている。 Both in Patent Documents 3 and 4, InN, GaN, the nitride is a mixed crystal of AlN, the semiconductor light emitting device is disclosed comprising a light-emitting layer made by adding rare earth or transition metal element or a transition metal element ing. これらの半導体発光素子はいずれも、発光層を、いわゆるダブルへテロ型構造の活性層として構成してなるものである。 All of these semiconductor light emitting element, a light-emitting layer is made to constitute an active layer of the hetero type structure to a so-called double. そして、その両側にpn双方のクラッド層を介して設けた電極間に電圧を印加することによって活性層に添加された希土類あるいは遷移金属元素等を励起し、光が得られるようになっている。 Then, it excites the rare earth or transition metal elements or the like which is added to the active layer by applying a voltage between electrodes provided through the clad layer of the pn both on both sides, so that the light can be obtained. 特に特許文献4に開示された半導体発光素子おいては、窒化物によるキャリアの閉じこめ効果をより向上させる発光層の構造を実現することで、発光効率の向上を実現させている。 Especially keep semiconductor light-emitting device disclosed in Patent Document 4, by realizing the structure of the light-emitting layer to improve the effect confinement of carriers by nitride, thereby realizing improvement in luminous efficiency. ただし、いずれの半導体発光素子の場合も、添加元素の添加量を増やすことによっても発光効率は向上するが、希土類あるいは遷移金属元素等の添加量が多くなると、添加元素の存在によって活性層たる発光層に生じる電界が弱くなり、結果として発光効率が劣化することから、添加量には係る観点からの制約がある。 However, in either case of the semiconductor device, the device also emission efficiency is improved by increasing the addition amount of the additive element, so the more the addition amount of such a rare earth or transition metal element, serving as the active layer by the presence of the additive element emitting field is weakened resulting in the layer, since the light emission efficiency deteriorates as a result, there is a restriction in terms of the amount added.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、より優れた発光効率にて任意の波長範囲の光を発光可能とし、複数波長の光を混合した所望の光を発光する発光方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, provides a light-emitting method which emits a desired light light of an arbitrary wavelength range and can emit light, mixed light of a plurality of wavelengths at greater luminous efficiency an object of the present invention is to.

請求項1に記載の発明は、Al、In、Ga、Bのうち、少なくとも1種の元素を含む窒化物に希土類希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加領域をそれぞれに含む複数の蛍光領域を備え、前記添加領域に添加されている前記希土類希土類あるいは遷移金属元素の種類がそれぞれの蛍光領域ごとに異なる蛍光体に、所定の光源から発光された第1の光を照射する照射工程と、前記第1の光と励起された前記窒化物からの励起光とによって前記希土類希土類あるいは遷移金属を励起して、前記複数の蛍光領域のそれぞれから光を発光させることにより、第2の波長範囲を有する第2の光を成分として有する光を発光する発光工程と、を備えることを特徴とする。 Invention according to claim 1, Al, In, Ga, among B, and a plurality of fluorescent regions including at least one nitride containing the element to the rare earth earth or added transition metal element was added regions, each provided, the phosphor can vary based on each of the fluorescent area of ​​the rare earth rare earth or transition metal element is added to the addition region, an irradiation step of irradiating the first light emitted from a predetermined light source, the to excite the rare-earth rare earth or transition metal by the excitation light from the nitride excited with the first light, by emitting light from each of the plurality of fluorescent regions, having a second wavelength range a light emitting step of emitting light having a second optical as components, characterized in that it comprises a.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発光方法であって、前記蛍光体が、前記希土類希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第1の希土類希土類あるいは遷移金属元素が添加された第1の蛍光領域と、前記希土類希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第2の希土類希土類あるいは遷移金属元素が添加された第2の蛍光領域と、の2つの蛍光領域を備えており、前記照射工程が、青色光を発光する工程であり、前記発光工程が、前記第1および第2の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光とを前記第2の光として発光することにより、前記青色光と前記第2の光とを成分として有する光を発光する工程である、ことを特徴とする。 Invention of claim 2, a light-emitting method according to claim 1, wherein the phosphor, as the rare earth rare earth or transition metal element, the first rare earth or transition metal that emits red light by the excitation a first fluorescent region element is added, as the rare earth rare earth or transition metal element, a second fluorescent region where the second rare earth or transition metal element that emits green light has been added by the excitation, the 2 One of which comprises a fluorescent region, the irradiation step is a step of emitting blue light, the light-emitting step, the first and second, respectively from the fluorescent area red light, green light, and the second light emits light by a step of emitting light having a said blue light and the second light as a component, it is characterized as.

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発光方法であって、前記蛍光体が、前記希土類希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第1の希土類希土類あるいは遷移金属元素が添加された第1の蛍光領域と、前記希土類希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第2の希土類希土類あるいは遷移金属元素が添加された第2の蛍光領域と、前記希土類希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって青色光を発光する第3の希土類希土類あるいは遷移金属元素が添加された第3の蛍光領域と、の3つの蛍光領域を備えており、前記照射工程が、紫外光を発光する工程であり、前記発光工程が、前記第1、第2および第3の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光と青色光とを前記第2の光 The invention according to claim 3, a light-emitting method according to claim 1, wherein the phosphor, as the rare earth rare earth or transition metal element, the first rare earth or transition metal that emits red light by the excitation a first fluorescent region element is added, and the rare earth rare earth or transition metal element, a second fluorescent region where the second rare earth or transition metal element that emits green light by excitation is added, the rare earth as the rare earth or transition metal element, the excitation comprises a third fluorescent region third rare earth or transition metal element that emits blue light has been added, the three fluorescent regions of the said irradiation step, ultraviolet a step of emitting light, the light-emitting step, the first, the respective red light green light and the blue light from the second and third fluorescent region second light して発光する工程である、ことを特徴とする。 A step of to emission, characterized in that.

請求項1ないし請求項3の発明によれば、窒化物の組成および希土類あるいは遷移金属元素の組成を適宜に定めることにより、任意の色の発光を、高い発光効率にて実現することができる。 According to the invention of claims 1 to 3, by determining the composition and the composition of the rare earth or transition metal element nitrides appropriately, the light emission of any color can be achieved with high luminous efficiency. 光励起により発光させるので、蛍光体の組成が電気的に制約されることがないことから、電圧を印加することで発光させる発光素子に比して高い固溶度で希土類あるいは遷移金属元素を固溶させることで高発光効率を実現できる。 Because light is emitted by photoexcitation, since never composition of the phosphor is electrically constraints, a rare earth or transition metal elements with a high solid solubility than the light-emitting element to emit light by applying a voltage solute high luminous efficiency can be realized by. それぞれに異なる色を発光する各蛍光領域からの光を重畳した光を発光するので、複数色の発光による混色を実現できる。 Since emits light by superimposing the light from the fluorescent region to emit a different color for each can be realized color mixing by light emission of a plurality of colors. 各蛍光領域を、各色の発光に最適な構造や組成に構成することができるので、発光効率の向上がより図れる。 Each fluorescent region, it is possible to configure the optimal structure and composition to the light emission of each color, improvement in luminous efficiency can be achieved more.

特に、請求項2の発明によれば、青色光を励起光源に用い、緑色光と赤色光とを励起により発生させることで、紫外光を励起光源とする場合よりも単純な構成で3色混合の発光装置を実現することができる。 In particular, according to the second aspect of the present invention, using the blue light as an excitation light source, by generating the exciting green light and red light, three-color mixed with a simple structure than when the ultraviolet light and the excitation light source it is possible to realize a light emitting device.

特に、請求項3の発明によれば、紫外光を励起光源に用い、青色光と緑色光と赤色光とを励起により発生させることで、3色を等価に発生させて白色光を得ることができるので、偏りがより少ない白色を発光させることができる。 In particular, according to the invention of claim 3, using ultraviolet light as an excitation light source, by generating the exciting blue light and green light and red light, that the three colors equivalently generate obtain white light because it can emit light bias less white.

<第1の実施の形態> <First Embodiment>
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る発光装置1を模式的に示す図である。 Figure 1 is a diagram schematically showing the light emitting device 1 according to a first embodiment of the present invention. 図1に示す発光装置1は、蛍光体10と、LED素子20とを備える。 The light emitting device 1 shown in FIG. 1 includes a phosphor 10, an LED element 20.

蛍光体10は、Al、In、Ga、Bのうち、少なくとも1種の元素を含む窒化物に少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属が添加された添加領域を含めばよく、各種形成方法を用いることができる。 Phosphor 10 is, Al, an In, Ga, among B, may be included doped region at least one rare earth or transition metal is added in the nitride containing at least one element, the use of various forming methods can. たとえば、各構成元素を含む原料を焼結したり、上記領域粉末を樹脂に分散させたりして形成することができる。 For example, by sintering a material containing the constituent elements, the region powder may be formed or dispersed in a resin. また、CVD(chemical vapor deposition)、スパッタ、MBE(molecular beam epitaxy)などの各種薄膜形成方法により基板上に形成することも可能である。 Further, CVD (chemical vapor deposition), can be formed on the substrate by various thin film forming methods such as sputtering, MBE (molecular beam epitaxy). 例えばサファイア単結晶からなる基板11上に、下地層12と、蛍光層13とがこの順に形成されてなる。 For example, on a substrate 11 made of sapphire single crystal, a base layer 12, and the fluorescent layer 13 are formed in this order. 基板11は、サファイア単結晶のほか、ZnO単結晶、LiAlO 2単結晶、LiGaO 2単結晶、MgAl 24単結晶、MgO単結晶などの酸化物単結晶、Si単結晶、SiC単結晶などのIV族あるいはIV−IV族単結晶、GaAs単結晶、AlN単結晶、GaN単結晶、およびAlGaN単結晶などのIII−V族単結晶、ZrB 2などのホウ化物単結晶、アルミナ、AlNなどの焼結体基板、ガラス基板などの、公知の基板材料によって構成することができる。 Substrate 11, in addition to a sapphire single crystal, ZnO single crystal, LiAlO 2 single crystal, LiGaO 2 single crystal, MgAl 2 O 4 single crystal, oxide single crystals such as MgO single crystal, Si single crystal, such as SiC single crystal group IV or group IV-IV monocrystalline, GaAs single crystal, AlN single crystal, GaN single crystal, and AlGaN III-V group single crystal such as a single crystal, boride single crystal such as ZrB 2, alumina, baked, such as AlN sintered body substrate, such as a glass substrate, can be constituted by a known substrate materials. また、下地層12や蛍光層13は、所定の組成のIII族窒化物、あるいはこれに所定の添加元素を添加して形成されるが、各層の具体的な組成は、その目的や作用によって、適宜に設定される。 The base layer 12 and the fluorescent layer 13, III-nitride having a predetermined composition, or this is formed by adding a predetermined additional element, the specific composition of each layer, depending on the purpose and action, It is appropriately set in. また、蛍光体10は、下地層12をMOCVD(metal-organic chemical vaor deposition:有機金属化学気相成長)法により形成し、蛍光層13を、MBE(molecular beam epitaxy:分子線エピタキシー)法によって形成するのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、全ての層をMOCVD法で形成してもよいし、全ての層をMBE法によって形成してもよい。 The phosphor 10, the underlayer 12 MOCVD: formed by (metal-organic chemical vaor deposition metalorganic chemical vapor deposition) method, a fluorescent layer 13, MBE: formed by (molecular beam Epitaxy molecular beam epitaxy) method to the is higher although from the viewpoint of realization of the crystal quality is preferred, may be formed all of the layers by MOCVD, all layers may be formed by MBE method. また、遷移金属、希土類の添加については、必ずしも、母相である窒化物膜の形成と同時に行う必要はなく、イオン注入法等を用いて別途添加することもできる。 Also, transition metals, the addition of rare earth need not necessarily be performed simultaneously with the formation of the nitride film is a parent phase, it may be separately added by an ion implantation method or the like.

下地層12は、例えばGaNで形成される。 Underlayer 12 is formed of, for example, GaN. ただし、下地層12にGaNを用いる場合は、基板11上にひとまず500℃程度の低温でAlNあるいはGaNの低温バッファ層14を形成したうえで、1000℃以上の温度でさらにGaNの層を形成することで、上記の結晶品質をみたす下地層12を形成する。 However, when using the GaN on the underlying layer 12, after forming a low temperature buffer layer 14 of AlN or GaN at a low temperature of about the time being 500 ° C. on the substrate 11, further forming a layer of GaN at 1000 ° C. or higher temperature it is, a base layer 12 satisfying the crystal quality of the. これにより、下地層12の上に形成する蛍光層13が、良好な結晶品質を有するようになる。 Thus, the fluorescent layer 13 formed on the base layer 12, will have a good crystal quality. 下地層12の厚みは、クラックの発生や用途などを考慮して適宜選択される。 The thickness of the undercoat layer 12 is appropriately selected in consideration of the generation of cracks and applications. 例えば数μm程度である。 For example, on the order of several μm.

蛍光層13は、図1において拡大して図示するように、2種類の層によって構成されてなる。 Phosphor layer 13, as shown in an enlarged in FIG. 1, is constituted by two layers comprising. 1つは、所定のエネルギーを吸収することにより、緑色(G)の蛍光を発する緑色蛍光層13Gであり、もう1つは、所定のエネルギーを吸収することにより、赤色(R)の蛍光を発する赤色蛍光層13Rである。 One is by absorbing the predetermined energy, green is a green phosphor layer 13G that emits fluorescence (G), the other one, by absorbing the predetermined energy, fluoresces in the red (R) it is a red fluorescent layer 13R.

緑色蛍光層13Gは、III族窒化物に、励起されることによって緑色を発光する希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層131と、係る添加のなされない非添加層132とが、数nmずつ交互に、多数(好ましくは数十層ずつ)積層されてなる層である。 Green fluorescent layer 13G is a III-nitride, an additive layer 131 with a rare earth or transition metal element emits green by being excited is added, not made of the addition of the non-added layer 132, by several nm alternatively, a number (preferably by several tens of layers) is a layer formed by laminating.

赤色蛍光層13Rは、III族窒化物に、励起されることによって赤色を発光する希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層133と、係る添加のなされない非添加層134とが、数nmずつ交互に、多数(好ましくは数十層から数百層ずつ)積層されてなる層である。 Red fluorescent layer 13R is, in III-nitride, an additive layer 133 with a rare earth or transition metal element is added emits red by being excited, not made of the addition of the non-added layer 134, by several nm alternatively, a number (preferably by several hundred layers of several tens of layers) is a layer formed by laminating.

添加層131および133はそれぞれ、非添加層132および134とは異なる組成の窒化物により形成される。 Each added layers 131 and 133, the non-added layer 132 and 134 are formed of a nitride of different compositions. すなわち、緑色蛍光層13Gと赤色蛍光層13Rとにおいては、窒化物の組成を交互に変えることにより、井戸層と、よりバンドが広い障壁層とが交互に堆積した、MQW(Multi Quantum Well:多重量子井戸)構造が実現されてなる。 That is, in the green phosphor layer 13G and the red fluorescent layer 13R is, by changing the composition of the nitride alternately, and the well layer, and the more the band is wide barrier layers deposited alternately, MQW (Multi Quantum Well: Multiple quantum well) structure is realized.

ここで、希土類あるいは遷移金属元素は、発光効率を高めつつ所望の波長の光を得るために添加されるものである。 Here, rare-earth or transition metal element is intended to be added in order to obtain light of a desired wavelength while increasing the luminous efficiency. 希土類あるいは遷移金属元素は、光あるいは電子線等の外部励起に対してその固有の発光波長をもつ。 Rare earth or transition metal element has its own emission wavelength with respect to light or external excitation of electron beam. 複数の希土類あるいは遷移金属元素を適量添加することにより、任意の色合いをもつ光、例えば白色光を発光することが可能である。 By adding an appropriate amount of a plurality of rare earth or transition metal element, it is possible to emit light, for example white light having an arbitrary color tone. また、希土類あるいは遷移金属元素はその発光機構に不具合を与えることなく、窒化物中に固溶することができる。 Further, the rare earth or transition metal element without giving inconvenience to the emission mechanism, it is possible to solid solution in the nitride.

下地層12がGaNによって形成される場合の例でいえば、緑色蛍光層13Gにおいて添加層131は、例えば、Ga x In y N(x+y=1,x≧0、y≧0)にTbあるいはHoを添加して形成され、非添加層132は、GaNにて形成される。 In the example of the case where the underlayer 12 is formed by GaN, adding layer 131 in the green phosphor layer 13G, for example, Ga x In y N (x + y = 1, x ≧ 0, y ≧ 0) to Tb or Ho It is formed by adding the non-additive layer 132 is formed by GaN. 赤色蛍光層13Rにおいて添加層133はGa x In y N(x+y=1,x≧0、y≧0)にEuを添加して形成され、非添加層134は、GaNにて形成される。 Added layer 133 in the red phosphor layer 13R is formed by adding Ga x In y N (x + y = 1, x ≧ 0, y ≧ 0) to Eu, non-added layer 134 is formed by GaN. すなわち、本実施の形態においては、緑色蛍光層13Gおよび赤色蛍光層13RともにGaNあるいはGa x In y Nをベースに形成される。 That is, in this embodiment, the green phosphor layer 13G and the red phosphor layer 13R together is formed based on GaN or Ga x In y N. なお、各色の蛍光層を全く異なる種類の元素からなる物質によって形成することも可能であるが、本実施の形態のように、ベースとなる物質を共通にして層形成する方が、コスト面からも作製時間の点からも効率的であることはいうまでもない。 Although it is also possible to form the material comprising the color completely different kinds of elements fluorescent layer, as in the present embodiment, it is a layer formed by a material as a base in common, the cost it is needless to say that efficient in terms of also manufacturing time.

なお、発光効率の向上という観点からは、緑色蛍光層13Gの添加層131、および、赤色蛍光層13Rの添加層133のいずれにおいても、結晶性を劣化させない範囲でできるだけ多くの希土類あるいは遷移金属元素を添加することが好ましい。 From the viewpoint of improving the luminous efficiency, the addition layer 131 of the green fluorescent layer 13G, and, in any of the added layer 133 of the red phosphor layer 13R, as many of the rare earth or transition metal element within a range that does not degrade the crystalline it is preferable to add. 本実施の形態においては、電気的な制約がないことから、特許文献3および特許文献4に開示されているような、活性層に電圧を印加して発光させる発光素子に比して、組成についての自由度が高いといえる。 In the present embodiment, since there is no electrical constraints, as disclosed in Patent Documents 3 and 4, as compared with the light emitting element emits light by applying a voltage to the active layer, the composition it can be said with a high degree of freedom. すなわち、電圧印加による発光素子よりも多くの希土類あるいは遷移金属元素を添加することができ、より高い発行効率を得ることができる。 That is, it is possible to be able to add more of the rare earth or transition metal element than the light emitting element by the voltage applied to obtain a higher luminous efficiency.

LED素子20は、青色発光するPN型の半導体発光素子、いわゆる青色発光ダイオードである。 LED element 20, PN-type semiconductor light-emitting element emitting blue light, a so-called blue LED. LED素子20は、例えばサファイアからなる基板27上に、n型導電層21と、発光層22と、クラッド層23と、p型導電層24とが順に形成されてなる。 LED element 20, on the substrate 27 for example made of sapphire, the n-type conductive layer 21, a light emitting layer 22, a cladding layer 23, a p-type conductive layer 24 is formed in this order. なお、n型導電層21と発光層22との間にはクラッド層はなくてもよいが、設けられる態様であってもよい。 Between the n-type conductive layer 21 and the light-emitting layer 22 may be omitted cladding layer may be a mode that is provided. p型導電層24上には、例えばAl/Niからなるp型電極25が形成されている。 On the p-type conductive layer 24, for example, p-type electrode 25 made of Al / Ni is formed. また、n型導電層21の一部は露出しており、この露出した部分には、例えばAu/Tiからなるn型電極26が形成されている。 A part of the n-type conductive layer 21 is exposed, this exposed portion, for example, n-type electrode 26 made of Au / Ti is formed. なお、基板27としては、蛍光体13に用いることができるものと同様の基板材料を用いることができる。 As the substrate 27, it is possible to use the same substrate material as that can be used in the phosphor 13. また、n型導電層21、発光層22、クラッド層23、およびp型導電層24は、所定の組成のIII族窒化物、あるいはこれに所定の添加元素を添加して形成されるが、各層の具体的な組成は、その目的や作用によって、適宜に設定される。 Further, n-type conductive layer 21, the light emitting layer 22, the cladding layer 23 and p-type conductive layer 24, is, III-nitride having a predetermined composition, or this is formed by adding a predetermined additional element, each layer specific composition of the by its purpose and effect, are set appropriately. また、各層はいずれもMOCVD法によって形成されるのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、MBE法を一部又は全部の層の形成に用いる態様であってもよい。 Further, the Each layer is formed by MOCVD method, high but from the viewpoint of realization of the crystal quality is suitable, it may be a mode of using the formation of some or all of the layers of the MBE method.

本実施の形態においては、図示しない所定の電源によってp型電極25とn型電極26との間に所定の電圧が印加されることによって、発光層22から所定の波長の青色光が発光する。 In the present embodiment, by a predetermined voltage between the p-type electrode 25 and the n-type electrode 26 is applied by a predetermined power source (not shown), the blue light of a predetermined wavelength from the light emitting layer 22 emits light. 本実施の形態において、LED素子20は、発光光源あるいは後述するように、励起光源として作用する。 In this embodiment, LED element 20, the light emitting source or as described below, acts as an excitation light source. ただし、励起光源は、蛍光体10を励起できるものであれば他のものであってもよい。 However, the excitation light source may be others as long as it can excite the phosphor 10. 例えば、励起光源を電子線銃あるいは電子放出体として、電子により蛍光層13の希土類あるいは遷移金属元素を励起することも可能である。 For example, an excitation light source as the electron beam gun or the electron emitting member, it is also possible to excite the rare earth or transition metal element of the phosphor layer 13 by an electron.

n型導電層21は、III族窒化物に所定のn型のドーパントが添加されてなる。 n-type conductive layer 21, a predetermined n-type dopant in the group III nitride is added. III族窒化物としては、例えば、全III族元素に対するGaの含有量が50at%以上、好ましくは70原子%以上の窒化物、さらに好ましくはGaNが用いられる。 The III-nitride, for example, the content of Ga to all group III elements is 50at% or more, preferably 70 atomic% or more of a nitride, and more preferably GaN, is used. Ga以外のIII族元素として、Al及びInなどを含んでもよい。 As a group III element other than Ga, it may contain such Al and In. ドーパントとしては、例えばSiが用いられる。 As the dopant, for example, Si is used. 他にも、B、Geなどを用いることができる。 Additional, it is possible to use B, Ge and the like. n型導電層21は、数μm程度の厚みに形成される。 n-type conductive layer 21 is formed on several μm thickness of approximately. n型導電層21は、転位密度が1×10 9 /cm 2以下、(002)面におけるX線ロッキングカーブにおける半値幅が300秒以下という高い結晶品質を有するように構成される。 n-type conductive layer 21, the dislocation density of 1 × 10 9 / cm 2 or less, configured to have a high crystal quality of the half-value width of 300 seconds or less in X-ray rocking curve (002) plane.

発光層22に用いるIII族窒化物の組成は、発光させる光の波長に応じて定められる。 The composition of the III nitride used for the light-emitting layer 22 is determined according to the wavelength of light to emit light. 該組成に応じて発光層22のバンドギャップが変化するからである。 This is because the band gap of the light-emitting layer 22 is changed according to the composition. 例えばGa x In y N(x+y=1,x≧0、y≧0)にて発光層22を形成する場合、Inの比率によってバンドギャップ、つまりは発光波長が、青色光を発光する範囲で調整可能とされる。 For example, when forming the light-emitting layer 22 at Ga x In y N (x + y = 1, x ≧ 0, y ≧ 0), the band gap by the ratio of In, that is, emission wavelength, adjusted to the extent that emits blue light It is possible.

p型導電層24は、III族窒化物に所定のp型のドーパントが添加されてなる。 p-type conductive layer 24 a predetermined p-type dopant in the group III nitride is added. III族窒化物としては、例えば、全III族元素に対するGaの含有量が50at%以上、好ましくは70原子%以上の窒化物、さらに好ましくはGaNが用いられる。 The III-nitride, for example, the content of Ga to all group III elements is 50at% or more, preferably 70 atomic% or more of a nitride, and more preferably GaN, is used. Ga以外のIII族元素として、Al及びInなどを含んでもよい。 As a group III element other than Ga, it may contain such Al and In. ドーパントとしては、例えばMgが用いられる。 As the dopant, such as Mg is used. 他にも、Zn、Beなどを用いることができる。 Additional, it is possible to use Zn, Be and the like. p型導電層24は、数百nm程度の厚みに形成される。 p-type conductive layer 24 is formed to a thickness of several hundred nm. p型導電層24は、転位密度が1×10 9 /cm 2以下、(002)面におけるX線ロッキングカーブにおける半値幅が300秒以下という高い結晶品質を有するように構成される。 p-type conductive layer 24, the dislocation density of 1 × 10 9 / cm 2 or less, configured to have a high crystal quality of the half-value width of 300 seconds or less in X-ray rocking curve (002) plane. また、キャリア密度が1×10 16 /cm 3以上であることが必要であり、さらには1×10 17 /cm 3以上であることが好ましい。 Further, it is necessary carrier density of 1 × 10 16 / cm 3 or more, more preferably at 1 × 10 17 / cm 3 or more. これにより、p型導電層24内での電圧降下を抑制できるとともに、発光層22に効率的に電圧を加え、発光効率の向上を図ることができる。 Thus, it is possible to suppress the voltage drop in the p-type conductive layer 24, effectively a voltage to the light emitting layer 22, it is possible to improve the luminous efficiency.

クラッド層23は、注入される電子の閉じこめ効果を高めるべく設けられる。 Cladding layer 23 is provided to enhance the confinement effect of the injected electrons. 例えば、p型導電層24のGaの一部をAlにて置換した組成のIII族窒化物において形成される。 For example, it is formed in the III-nitride having a composition a part has been replaced by Al and Ga for p-type conductive layer 24.

本実施の形態に係る発光装置1においては、所定の電圧が印加されることによってLED素子20が青色光(B)を発光すると、その一部が蛍光体10に吸収され、そのエネルギーが励起エネルギーとなって、添加層131および133に添加された希土類あるいは遷移金属元素をそれぞれ励起し、それぞれに固有の波長の発光が生じる。 In the light emitting device 1 according to this embodiment, the LED element 20 emits blue light (B) by a predetermined voltage is applied, a part is absorbed by the phosphor 10, the energy excitation energy becomes, is added to the added layers 131 and 133 rare earth or a transition metal element to excite respectively, in each emission of specific wavelengths occurs. これに加え、上述したMQW構造の井戸層である添加層131および133に閉じこめられていた電子あるいはホールといったキャリアが、青色光(B)によるエネルギーを得ることで再結合して発するエネルギーも、希土類あるいは遷移金属元素を励起するので、係るプロセスによっても同様に発光が生じる。 Additionally, the carrier such as electrons or holes confined in addition layer 131 and 133 is a well layer of the above-mentioned MQW structure, also the energy emitted by recombination by obtaining energy by the blue light (B), rare earth or so excites the transition metal element, likewise light emission occurs by relating process. その結果として、緑色蛍光層13Gおよび赤色蛍光層13Rからそれぞれ、緑色光(G)と赤色光(R)との蛍光が、高い発光効率で発せられることになる。 As a result, each of the green phosphor layer 13G and the red fluorescent layer 13R, the fluorescent green light (G) and red light (R) and is thus emitted with high luminous efficiency. そして、LED素子20から発光された青色光と、蛍光体10から発光された緑色光と赤色光とが混合することによって、白色光の発光が実現される。 Then, the blue light emitted from the LED element 20, by mixing the light emitting green light and red light from the phosphor 10, emission of white light can be realized.

これにより、2色混合よりも発色性に優れた3色混合による白色光の発光を、3色のLEDチップを用いるよりも安価な、1つのLEDチップと1つの蛍光体との組合せによって実現することができ、かつ高い輝度の白色光を得ることができる。 Thus, the emission of white light with three colors mixed with excellent coloring property than two colors mixing, rather than using three-color LED chips inexpensive, realized by a single LED chip and one of a combination of a phosphor can it be, and obtain a white light with high luminance.

なお、蛍光層に添加する元素として他の希土類あるいは遷移金属元素を用いることにより、あるいは、異なる色を発光するLED素子20を用いることにより、色の組合せを異なるものとすることによって、白色光のみならず、任意の色の発光を実現することも可能である。 Note that by using the other rare earth or transition metal element as an element to be added to the fluorescent layer, or by using the LED element 20 which emits a different color, by a color combination of different white light only Narazu, it is possible to realize light emission of any color. また、蛍光層13が3種類以上の色を発光する層によって形成される態様であってもよい。 Further, it may be a mode that is formed by a layer phosphor layer 13 to emit three or more colors.

また、蛍光体10に直接に電圧を印加する発光素子と異なり、希土類あるいは遷移金属元素の添加量に電気的な制約がなく、また転位の存在による悪影響も小さいことから、結晶品質の許容範囲が広くなる。 Unlike the light-emitting element for applying a direct voltage to the phosphor 10, no electrical constraints to addition of the rare earth or transition metal element, and because adverse also small due to the presence of dislocations, the tolerance of the crystal quality It becomes wider. よって、1つの素子の大型化も容易である。 Therefore, increase in size of the single elements is easy.

<第2の実施の形態> <Second Embodiment>
第1の実施の形態においては、青色光を発光する発光光源と、緑色光と赤色光との蛍光を発光する蛍光層とが別体のものとなっていたが、青色光を励起光源として、緑色光と赤色光とを発光させて白色光を得る上で、両者が別体であることは必須の要件ではない。 In the first embodiment, a light emitting source that emits blue light, but the fluorescent layer that emits fluorescence of green light and red light has become that of another body, as an excitation light source of blue light, a green light and red light is emitted in obtaining the white light, is not an essential requirement that both are separate. 本実施の形態においては、両者が一体となった態様について説明する。 In the present embodiment, both described aspects together.

図2は、第2の実施の形態に係る発光装置101を模式的に示す図である。 Figure 2 is a view showing a light emitting device 101 according to the second embodiment schematically. 本実施の形態に係る発光装置101は、第1の実施の形態に係る蛍光体10に相当する蛍光体構造110上に、第1の実施の形態に係るLED素子20の基板より上の層に相当するダイオード構造120が形成されてなるものといえる。 The light emitting device 101 according to this embodiment, on the phosphor structure 110 corresponding to the phosphor 10 of the first embodiment, the layer above the substrate of the LED device 20 according to the first embodiment it can be said that the corresponding diode structure 120 is formed. 換言すれば、発光装置101は、蛍光体構造110を基板として、その上に、ダイオード構造120が形成されてなる発光素子として作用するものである。 In other words, the light emitting device 101, the phosphor structure 110 as a substrate, on which is intended to act as a light-emitting element diode structure 120 is formed.

より具体的には、発光装置101は、例えばサファイア単結晶からなる基板111上に、低温バッファ層114と、下地層112と、蛍光層113と、n型導電層121と、発光層122と、クラッド層123と、p型導電層124とが順に形成されてなる。 More specifically, the light emitting device 101 on the substrate 111 made of, for example, a sapphire single crystal, a low-temperature buffer layer 114, an underlayer 112, a fluorescent layer 113, the n-type conductive layer 121, a light emitting layer 122, a cladding layer 123, a p-type conductive layer 124 is formed in this order. これらは、それぞれ、第1の実施の形態に係る基板11、低温バッファ層14、下地層12、蛍光層13、n型導電層21、発光層22、クラッド層123、p型導電層24と同様の組成や構造を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。 These are respectively similar to the first substrate 11 according to the embodiment, the low temperature buffer layer 14, the underlying layer 12, a fluorescent layer 13, n-type conductive layer 21, the light emitting layer 22, the cladding layer 123, p-type conductive layer 24 since those having a composition and structure, a detailed description thereof will be omitted. なお、低温バッファ層114は、下地層112の結晶性を確保するうえで必要な場合に設けられる。 Incidentally, the low-temperature buffer layer 114 is provided if necessary for ensuring the crystallinity of the underlying layer 112. また、p型導電層124上には、p型電極125が形成され、n型導電層121の一部は露出しており、この露出した部分にn型電極126が形成されている点も同様である。 Further, on the p-type conductive layer 124, p-type electrode 125 is formed, part of the n-type conductive layer 121 is exposed, even that n-type electrode 126 is formed on the exposed portion similarly it is.

発光装置101は、下地層112をMOCVD法により形成し、他の層を、MBE法によって形成するのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、全ての層をMOCVD法で形成してもよいし、全ての層をMBE法によって形成してもよい。 The light emitting device 101, an underlying layer 112 was formed by the MOCVD method, the other layers, that is formed by MBE method, it is preferable from the viewpoint of realization of high crystal quality, forming all layers by MOCVD it may be, all of the layers may be formed by MBE method.

本実施の形態においても、ダイオード構造120のp型電極125とn型電極126との間に電圧が印加されることによって発光層122から青色光が発光されると、その一部が蛍光体構造110に吸収され、そのエネルギーが励起エネルギーとなって、第1の実施の形態の蛍光層13と同様にMQW構造を有する緑色蛍光層113Gおよび赤色蛍光層113Rに添加された希土類あるいは遷移金属元素をそれぞれ直接に、あるいは井戸層に存在するキャリアの再結合により生じるエネルギーによって励起する。 Also in this embodiment, when the blue light from the light-emitting layer 122 by applying a voltage between the p-type electrode 125 and the n-type electrode 126 of the diode structure 120 is emitted, the phosphor structure part is absorbed in 110, the energy becomes the excitation energy, the added rare earth or transition metal element to green fluorescent layer 113G and the red phosphor layer 113R likewise have MQW structure as the fluorescent layer 13 in the first embodiment directly to the respective, or excited by energy generated by recombination of carriers present in the well layer. これにより、緑色蛍光層113Gおよび赤色蛍光層113Rからそれぞれ、緑色光(G)と赤色光(R)との蛍光が発せられる。 Thus, each green phosphor layers 113G and the red phosphor layer 113R, green fluorescence light (G) and red light (R) and is emitted. そして、ダイオード構造120から発光された青色光と、蛍光体構造110から発光された緑色光と赤色光とが混合することによって、白色光の発光が実現される。 Then, the blue light emitted from the diode structure 120, by mixing the light emitting green light and red light from the phosphor structure 110, emission of white light can be realized.

なお、ダイオード構造120の部分には電圧が印加されるが、その下の発光体構造110の部分には電圧は印加されないので、その組成に電気的な制約がない点は、第1の実施の形態と同様である。 Note that the portion of the diode structure 120 but the voltage is applied, so that no voltage is applied to the portion of the light emitting structure 110 below, is that there is no electrical constraints on their composition, the first embodiment is the same as the form.

よって、本実施の形態に係る発光装置おいても、第1の実施の形態と同様に、高輝度の白色光を安価に得ることができる。 Therefore, even keep the light-emitting device according to this embodiment, as in the first embodiment, can be obtained at low cost white light with high luminance. また、ダイオード構造120を蛍光体110上に直接形成していることから、第1の実施の形態より小型で、発光効率がよい発光装置を得ることができる。 Moreover, the diode structure 120 because it is formed directly on the phosphor 110, compact than the first embodiment, it is possible to obtain the luminous efficient light-emitting device.

また、本実施の形態においては、青色の発光効率がよいIII族窒化物をダイオード構造120の発光層122として用いるとともに、該III族窒化物と同種の元素からなる物質を、蛍光層113の添加層に用いることで高い閉じ込め効果を得ることができる。 Further, in the present embodiment, with use of the blue light-emitting efficient III-nitride light-emitting layer 122 of the diode structure 120, a material consisting of elements of the III-nitride and the like, the addition of the fluorescent layer 113 it is possible to obtain a high confinement effect by using the layer. よって、例えば、MOCVD装置のみで、あるいはMBE装置のみで発光装置を形成する場合に、同種の窒化物を用いて蛍光体構造110とダイオード構造120とを連続して形成することができる。 Thus, for example, MOCVD device only, or in the case of forming a light-emitting device only by MBE apparatus, it is possible to a phosphor structure 110 and the diode structure 120 is formed continuously with a nitride of the same type. これは、作製プロセスの単純化やコストの抑制の面で好適な態様である。 This is a preferred embodiment in terms of simplification and cost suppression of the manufacturing process.

<第3の実施の形態> <Third embodiment>
第1および第2の実施の形態は、いずれも、青色光を励起光源として、緑色光と赤色光の蛍光を得ることで白色光を実現する態様であったが、蛍光を利用して白色光を得る態様は、これらに限定されない。 The first and second embodiments are both as an excitation light source of blue light, was the manner of realizing white light by obtaining fluorescence of the green light and red light, white light using a fluorescent manner to obtain is not limited thereto. 本実施の形態においては、異なる構成にて白色光を得る態様について説明する。 In this embodiment, a description will be given of a manner to obtain white light by different configurations.

図3は、第3の実施の形態に係る発光装置201を模式的に示す図である。 Figure 3 is a view showing a light emitting device 201 according to the third embodiment schematically. 図3に示す発光装置201は、蛍光体210と、LED素子220とを備える。 The light emitting device 201 shown in FIG. 3 includes a phosphor 210, a LED element 220.

蛍光体210は、例えばサファイア単結晶からなる基板211上に、下地層212と、蛍光層213とがこの順に形成されてなる。 Phosphor 210 on the substrate 211 made of, for example, a sapphire single crystal, a base layer 212, and the fluorescent layer 213 are formed in this order. 基板211は、サファイア単結晶のほか、ZnO単結晶、LiAlO 2単結晶、LiGaO 2単結晶、MgAl 24単結晶、MgO単結晶などの酸化物単結晶、Si単結晶、SiC単結晶などのIV族あるいはIV−IV族単結晶、GaAs単結晶、AlN単結晶、GaN単結晶、およびAlGaN単結晶などのIII−V族単結晶、ZrB 2などのホウ化物単結晶などの、公知の基板材料によって構成することができる。 Substrate 211, in addition to a sapphire single crystal, ZnO single crystal, LiAlO 2 single crystal, LiGaO 2 single crystal, MgAl 2 O 4 single crystal, oxide single crystals such as MgO single crystal, Si single crystal, such as SiC single crystal group IV or group IV-IV monocrystalline, GaAs single crystal, AlN single crystal, GaN single crystal, and group III-V single crystals, such as AlGaN single crystal, such as boride single crystal such as ZrB 2, known substrate materials it can be configured by. また、下地層212や蛍光層213は、所定の組成のIII族窒化物、あるいはこれに所定の添加元素を添加して形成されるが、各層の具体的な組成は、その目的や作用によって、適宜に設定される。 The base layer 212 and the fluorescent layer 213, III-nitride having a predetermined composition, or this is formed by adding a predetermined additional element, the specific composition of each layer, depending on the purpose and action, It is appropriately set in. また、蛍光体210は、下地層212をMOCVD法により形成し、蛍光層213を、MBE法によって形成するのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、全ての層をMOCVD法で形成してもよいし、全ての層をMBE法によって形成してもよい。 The phosphor 210, the underlying layer 212 was formed by the MOCVD method, the fluorescent layer 213, that was formed by MBE, it is suitable from the viewpoint of realization of high crystal quality, MOCVD method all layers in may be formed, all of the layers may be formed by MBE method.

下地層212は、例えばAlGaNなどのIII族窒化物である。 Base layer 212 is, for example, AlGaN is III-nitride, such as. 特に、下地層212は、転位密度が1×10 11 /cm 2以下、(002)面におけるX線ロッキングカーブにおける半値幅が200秒以下という高い結晶品質を有するように構成されることが望ましい。 In particular, the base layer 212, the dislocation density of 1 × 10 11 / cm 2 or less, (002) half width is desirably to be configured to have a high crystal quality as 200 seconds or less in X-ray rocking curve surface. 下地層212の厚みは、クラックの発生や用途などを考慮して適宜選択される。 The thickness of the base layer 212 is appropriately selected in consideration of the generation of cracks and applications. 例えば数μm程度である。 For example, on the order of several μm. なお、Alを含むIII族窒化物材料を用いることにより、下地層212のバンドギャップを大きくすることができるため、LED素子220から発光される紫外光を透過させることができる。 Incidentally, by using the Group III nitride material containing Al, it is possible to increase the band gap of the base layer 212 can transmit the ultraviolet light emitted from the LED element 220. 従って、特に紫外光を励起光として使用する場合には、下地層は紫外光の波長に対応するバンドギャップ以上になるようにAlを含むことが望ましく、特にAlNが望ましい。 Therefore, particularly when using ultraviolet light as excitation light, the underlying layer is desirably contains Al to be equal to or greater than the band gap corresponding to a wavelength of ultraviolet light, in particular AlN is desirable.

蛍光層213は、図3において拡大して図示するように、3種類の層によって構成されてなる。 Fluorescent layer 213, as shown in an enlarged in FIG. 3, is constituted by three layers. 1つは、所定のエネルギーを吸収することにより、青色(B)の蛍光を発する青色蛍光層213Bであり、もう1つは、所定のエネルギーを吸収することにより、緑色(G)の蛍光を発する緑色蛍光層213Gであり、さらにもう1つは、所定のエネルギーを吸収することにより、赤色(R)の蛍光を発する赤色蛍光層213Rである。 One is by absorbing the predetermined energy, a blue phosphor layer 213B that emits blue fluorescence (B), the other one, by absorbing the predetermined energy, fluoresces green (G) green fluorescent layer was 213G, one still further by absorbing a predetermined energy, a red fluorescent layer 213R that emits fluorescence of red color (R).

青色蛍光層213Bは、希土類あるいは遷移金属III族窒化物からなる微細な島状結晶I1が離散的に形成され、該島状結晶I1を覆うように、厚みが数nm程度の、III族窒化物によるキャップ層C1が形成されてなる、という構造が、多数回(好ましくは数十回)繰り返されてなる。 Blue fluorescent layer 213B is a rare earth or transition metal Group III fine island crystals I1 made of a nitride are discretely formed, to cover the island-like crystals I1, thickness of about several nm, III-nitride capping layer C1 is formed by, that the structure is many times (preferably several tens of times) repeated composed. なお、島状結晶I1は、量子効果が出現するような程度の、微細な大きさに形成される。 Incidentally, the island-like crystals I1 is the extent that the quantum effects appear, are formed to a fine size. すなわち、青色蛍光層213Bは、島状結晶I1が量子ドットとして作用する量子ドット構造が多層積層されてなる構造を有してなる。 That is, the blue phosphor layer 213B are, island crystals I1 becomes a structure in which quantum dot structure which acts as a quantum dot is formed by a multilayer laminated. 島状結晶I1とキャップ層C1とは、相異なる組成の窒化物により形成される。 The island crystals I1 and the cap layer C1, is formed by a nitride of different compositions. 具体的には、キャップ層C1の中に、よりバンドギャップが小さい島状結晶を形成してなる。 Specifically, in the cap layer C1, by forming a more small band gap island crystals. 係る構造によって島状結晶I1の中にキャリアが効果的に閉じこめられる。 Carrier in the island crystals I1 by this structure is effectively confined. 島状結晶I1は、例えば、GaN、InN、あるいはGaInNからなり、キャップ層C1はAlNにより形成される。 Island crystals I1 is, for example, GaN, InN or a GaInN,, cap layer C1 is formed by AlN. 係る島状結晶I1は、下地層212またはキャップ層C1を構成するAlNの格子定数よりも、島状結晶I1を構成するIII族窒化物の格子定数の方が大きく、両者の間の界面エネルギーが大きいことを利用して形成されるものである。 Island crystals I1 according, rather than the lattice constant of AlN constituting the base layer 212 or a cap layer C1, larger in lattice constant of the group III nitride constituting the island-like crystals I1, the interfacial energy between the two it is those formed by utilizing the greater. さらに、島状結晶I1には、励起されることによって青色を発光する希土類あるいは遷移金属元素が添加されてなる。 Furthermore, the island crystals I1, rare earth or transition metal element emits blue by being excited is added. 例えば、Tmが添加されてなる。 For example, Tm is added. なお、この青色蛍光層213Bの構造は、別の見方をすれば、希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層2131と、添加されていない非添加層2132とが多層積層されている構造であると捉えることもできる。 The structure of the blue phosphor layer 213B is another point of view, a structure in which the added layer 2131 with a rare earth or transition metal element is added, and the non-added layer 2132 which is not added is multilayered It can also be regarded as.

緑色蛍光層213Gおよび赤色蛍光層213Rについては、それぞれに、添加されている希土類あるいは遷移金属元素が、励起されることによって緑色を発光する希土類あるいは遷移金属元素や励起されることによって赤色を発光する希土類あるいは遷移金属元素であることの相違はあるものの、それぞれ、青色蛍光層213Bと同様の量子ドット構造を有してなる。 The green fluorescent layer 213G and the red phosphor layer 213R, respectively, the rare earth or transition metal element is added, emitting red by being a rare earth or transition metal element and excited to emit green by being excited although there are differences in that a rare earth or transition metal elements, respectively, comprising a similar quantum dot structure and the blue phosphor layer 213B. すなわち、緑色蛍光層213Gは、島状結晶I2とキャップ層C2とからなり、赤色蛍光層213Rは、島状結晶I3とキャップ層C3とからなる。 That is, the green phosphor layer 213G is made island crystals I2 and the cap layer C2 Prefecture, red fluorescent layer 213R consists of island crystals I3 and a cap layer C3 Prefecture. 島状結晶I2は、例えば、GaNにTbあるいはHoが添加されてなり、島状結晶I3は、例えば、GaNにEuが添加されてなり、キャップ層C2およびC3はいずれもAlNにより形成される。 Island crystals I2 is, for example, be added Tb or Ho is a GaN, an island-like crystals I3, for example, Eu is added to the GaN, both cap layer C2 and C3 are formed by AlN. そして、緑色蛍光層213Gは、希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層2133と、添加されていない非添加層2134とが多層積層されている構造であると捉えることもでき、赤色蛍光層213Rは、希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層2135と、添加されていない非添加層2136とが多層積層されている構造であると捉えることもできる。 Then, the green phosphor layer 213G includes an added layer 2133 with a rare earth or transition metal element is added, it can be an additive that is not a non-added layer 2134 be regarded as a structure that is multilayered, the red fluorescent layer 213R It includes the addition layer 2135 with a rare earth or transition metal element is added, and the non-added layer 2136 that is not added can be regarded as a structure being multilayer stack.

なお、添加する希土類あるいは遷移金属元素の種類、濃度、島状結晶の密度および島状結晶を含む層の数等を調整することにより、所望の色合いの光、例えば白色光を高効率で発光することが可能である。 The type of the rare earth or transition metal element to be added, the concentration, by adjusting the Suto layer comprising density and island crystals of island crystals, emitting a desired color tone of light, for example white light with high efficiency It is possible.

なお、発光効率の向上という観点からは、緑色蛍光層213Gの島状結晶C1、および、赤色蛍光層213Rの島状結晶C2のいずれにおいても、結晶性を劣化させない範囲でできるだけ多くの希土類あるいは遷移金属元素を添加することが好ましい。 Incidentally, from the viewpoint of improving the emission efficiency, a green phosphor layer 213G of island crystals C1, and, in any of the island crystals C2 of the red phosphor layer 213R, as many of the rare earth or transition range not to deteriorate the crystallinity it is preferable to add a metal element. 本実施の形態においては、電気的な制約がないことから、特許文献3および特許文献4に開示されているような、活性層に電圧を印加する発光させる発光素子に比して、組成についての自由度が高いといえる。 In the present embodiment, since there is no electrical constraints, as disclosed in Patent Documents 3 and 4, as compared with the light emitting element for emitting a voltage is applied to the active layer, for the composition it can be said that there is a high degree of freedom. すなわち、電圧印加による発光素子よりも多くの希土類あるいは遷移金属元素を添加することができ、より高い発行効率を得ることができる。 That is, it is possible to be able to add more of the rare earth or transition metal element than the light emitting element by the voltage applied to obtain a higher luminous efficiency.

LED素子220は、紫外発光するPN型の半導体発光素子、いわゆる紫外発光ダイオードである。 LED elements 220, PN-type semiconductor light-emitting element for ultraviolet emission, the so-called ultraviolet light emitting diodes. LED素子220は、例えばサファイアからなる基板227上に、下地層228と、n型導電層221と、クラッド層222と、発光層223と、p型導電層224とが順に形成されてなる。 LED element 220 on the substrate 227 for example made of sapphire, a base layer 228, an n-type conductive layer 221, a cladding layer 222, a light-emitting layer 223, a p-type conductive layer 224 is formed in this order. p型導電層224上には、例えばAl/Niからなるp型電極225が形成されている。 On the p-type conductive layer 224, a p-type electrode 225 made of Al / Ni is formed. また、n型導電層221の一部は露出しており、この露出した部分には、例えばAu/Tiからなるn型電極226が形成されている。 A part of the n-type conductive layer 221 is exposed, this exposed portion, for example, n-type electrode 226 made of Au / Ti is formed. なお、基板227としては、蛍光体213に用いることができるものと同様の基板材料を用いることができる。 As the substrate 227, it is possible to use the same substrate material as that can be used in the phosphor 213. また、下地層228、n型導電層221、クラッド層222、発光層223、およびp型導電層224は、所定の組成のIII族窒化物、あるいはこれに所定の添加元素を添加して形成されるが、各層の具体的な組成は、その目的や作用によって、適宜に設定される。 The base layer 228, n-type conductive layer 221, cladding layer 222, light emitting layer 223 and the p-type conductive layer 224, is, III-nitride having a predetermined composition, or this is formed by adding a predetermined additional element that is, specific composition of each layer, depending on the purpose and effect, are set appropriately. また、各層はいずれもMOCVD法によって形成されるのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、MBE法を一部又は全部の層の形成に用いる態様であってもよい。 Further, the Each layer is formed by MOCVD method, high but from the viewpoint of realization of the crystal quality is suitable, it may be a mode of using the formation of some or all of the layers of the MBE method.

本実施の形態においては、図示しない所定の電源によってp型電極225とn型電極226との間に所定の電圧が印加されることによって、発光層223から所定の波長の紫外光が発光する。 In the present embodiment, by a predetermined voltage between the p-type electrode 225 and the n-type electrode 226 is applied by a predetermined power source (not shown), the ultraviolet light of a predetermined wavelength from the light emitting layer 223 emits light. 本実施の形態において、LED素子220は、発光光源あるいは後述するように、励起光源として作用する。 In this embodiment, LED elements 220, the light emitting source or as described below, acts as an excitation light source. ただし、励起光源は、蛍光体210を励起できるものであれば他のものであってもよい。 However, the excitation light source may be others as long as it can excite the phosphor 210. 例えば、励起光源を電子線銃あるいは電子放出体として、電子により蛍光層213の希土類あるいは遷移金属元素を励起することも可能である。 For example, an excitation light source as the electron beam gun or the electron emitting member, it is also possible to excite the rare earth or transition metal element of the phosphor layer 213 by electron.

下地層228は、例えばAlNで形成される。 Underlayer 228 is formed of, for example, AlN. 特に、下地層228は、転位密度が1×10 11 /cm 2以下、(002)面におけるX線ロッキングカーブにおける半値幅が200秒以下という高い結晶品質を有するように形成されることが望ましい。 In particular, the base layer 228, the dislocation density of 1 × 10 11 / cm 2 or less, is desirably formed to have a high crystal quality of the half-value width of 200 seconds or less in X-ray rocking curve (002) plane. 下地層12の厚みは、クラックの発生や用途などを考慮して適宜選択される。 The thickness of the undercoat layer 12 is appropriately selected in consideration of the generation of cracks and applications. 例えば数μm程度である。 For example, on the order of several μm.

n型導電層221は、III族窒化物に所定のn型のドーパントが添加されてなる。 n-type conductive layer 221, a predetermined n-type dopant in the group III nitride is added. 上記のように下地層228がAlNである場合、III族窒化物としては、例えば、全III族元素に対するAlの含有量が下地層228よりもAlの含有量が少ない窒化物が用いられる。 If the underlying layer 228 as described above is AlN, a group III nitride, for example, the content of Al to all group III elements is nitride contains less Al is used than the base layer 228. Al以外のIII族元素として、Ga及びInなどを含んでもよい。 As a group III element other than Al, it may include Ga and In. ドーパントとしては、例えばSiが用いられる。 As the dopant, for example, Si is used. 他にも、B、Geなどを用いることができる。 Additional, it is possible to use B, Ge and the like. n型導電層221は、転位密度が1×10 11 /cm 2以下、(002)面におけるX線ロッキングカーブにおける半値幅が200秒以下という高い結晶品質を有するように構成される。 n-type conductive layer 221, the dislocation density of 1 × 10 11 / cm 2 or less, configured to have a high crystal quality of the half-value width of 200 seconds or less in X-ray rocking curve (002) plane.

クラッド層222は、例えば、上記のように下地層228がAlNである場合、n型導電層221のGaの一部をAlにて置換した組成のIII族窒化物に、Siが添加されて形成される。 Cladding layer 222 is, for example, if the base layer 228 as described above is AlN, a portion of Ga in the n-type conductive layer 221 in the group III nitride having a composition which is substituted by Al, it is added Si is formed It is.

発光層223は、III族窒化物に、発光中心のアクセプタとなる所定の添加元素が添加されてなる。 Emitting layer 223, a III-nitride, a predetermined additional element serving as an acceptor of luminescence center is added. 本実施の形態において、発光層223は、図3において拡大して図示するように、第1組成層2231と、第2組成層2232とが、数nmずつ交互に、数層ずつ積層されてなる。 In this embodiment, the light emitting layer 223, as shown in an enlarged in FIG. 3, the first composition layer 2231, and the second composition layer 2232, alternately by several nm, which are stacked by several layers . 例えば、第1組成層2231はAl x Ga y In z N(x+y+z=1,x≧0、y≧0、z≧0)にSiを添加して形成され、第2組成層2232は、Al x Ga y N(x+y=1,x≧0、y≧0)にSiを添加して形成される。 For example, the first composition layer 2231 is formed by adding Al x Ga y In z N ( x + y + z = 1, x ≧ 0, y ≧ 0, z ≧ 0) in Si, the second composition layer 2232, Al x Ga y N (x + y = 1, x ≧ 0, y ≧ 0) to be formed by the addition of Si. 係る場合、wellにあたる部分をInを含む第1組成層2231とするMQW構造を実現することによって、紫外光の発光効率の向上が図られている。 A case, by implementing the MQW structure to the portion corresponding well with the first composition layer 2231 containing In, improvement in luminous efficiency of ultraviolet light can be achieved.

p型導電層224は、III族窒化物に所定のp型のドーパントが添加されてなる。 p-type conductive layer 224, a predetermined p-type dopant in the group III nitride is added. III族窒化物としては、例えば、全III族元素に対するGaの含有量が50at%以上のIII族窒化物が用いられる。 The III-nitride, for example, III-nitride content is more than 50at% of Ga relative to the total group III elements is used. Ga以外のIII族元素として、Al及びInなどを含んでもよい。 As a group III element other than Ga, it may contain such Al and In. ドーパントとしては、例えばMgが用いられる。 As the dopant, such as Mg is used. 他にも、Zn、Beなどを用いることができる。 Additional, it is possible to use Zn, Be and the like. p型導電層224は、数百nm程度の厚みに形成される。 p-type conductive layer 224 is formed to a thickness of several hundred nm. p型導電層224は、転位密度が1×10 11 /cm 2以下、(002)面におけるX線ロッキングカーブにおける半値幅が200秒以下という高い結晶品質を有するように構成される。 p-type conductive layer 224, the dislocation density of 1 × 10 11 / cm 2 or less, configured to have a high crystal quality of the half-value width of 200 seconds or less in X-ray rocking curve (002) plane. また、キャリア密度が1×10 16 /cm 3以上であることが必要であり、さらには1×10 17 /cm 3以上であることが好ましい。 Further, it is necessary carrier density of 1 × 10 16 / cm 3 or more, more preferably at 1 × 10 17 / cm 3 or more. これにより、p型導電層224内での電圧降下を抑制できるとともに、発光層223に効率的に電圧を加え、発光効率の向上を図ることができる。 Thus, it is possible to suppress the voltage drop in the p-type conductive layer 224, effectively a voltage to the light emitting layer 223, it is possible to improve the luminous efficiency.

本実施の形態に係る発光装置201においては、所定の電圧が印加されることによってLED素子220が紫外光(UV)を発光すると、その一部が蛍光体210に吸収され、そのエネルギーが励起エネルギーとなって、島状結晶C1、C2およびC3に添加された希土類あるいは遷移金属元素をそれぞれ励起し、それぞれに固有の波長の発光が生じる。 In the light emitting device 201 according to this embodiment, when the LED element 220 emits light ultraviolet light (UV) by a predetermined voltage is applied, a part is absorbed by the phosphor 210, its energy excitation energy becomes, island crystals C1, C2 and C3 to the added rare earth or a transition metal element to excite respectively, in each emission of specific wavelengths occurs. これに加え、量子ドットである島状結晶C1、C2およびC3に閉じこめられていた電子あるいはホールといったキャリアが、紫外光(UV)によるエネルギーを得ることで再結合して発するエネルギーも、希土類あるいは遷移金属元素を励起するので、係るプロセスによっても同様に発光が生じる。 In addition, energy, rare-earth or transition carrier such electrons or holes confined in an island-like crystals C1, C2 and C3 is a quantum dot emits recombine by obtaining energy by ultraviolet light (UV) since exciting the metal element, similarly light emission occurs by the process according. その結果として、希土類あるいは遷移金属青色蛍光層213B、緑色蛍光層213G、および赤色蛍光層213Rからそれぞれ、青色光(B)、緑色光(G)および赤色光(R)との蛍光が、高い発光効率で発せられることになる。 As a result, a rare earth or transition metal blue phosphor layers 213B, a green fluorescent layer 213G, and respectively the red phosphor layer 213R, the fluorescence of blue light (B), green light (G) and red light (R), high luminous It will be generated in efficiency. そして、これら蛍光体210から発光された青色光と緑色光と赤色光とが混合することによって、白色光の発光が実現される。 Then, the blue light emitted from these phosphor 210, green light, and red light by mixing light emission of white light can be realized.

これにより、2色混合よりも発色性に優れた3色混合による白色光の発光を、3色のLEDチップを用いるよりも安価な、1つのLEDチップと1つの蛍光体との組合せによって実現することができ、かつ高い輝度の白色光を得ることができる。 Thus, the emission of white light with three colors mixed with excellent coloring property than two colors mixing, rather than using three-color LED chips inexpensive, realized by a single LED chip and one of a combination of a phosphor can it be, and obtain a white light with high luminance.

なお、蛍光層に添加する元素として他の希土類あるいは遷移金属元素を用いることにより、あるいは、異なる色を発光するLED素子220を用いることにより、色の組合せを異なるものとすることによって、白色光のみならず、任意の色の発光を実現することも可能である。 Note that by using the other rare earth or transition metal element as an element to be added to the fluorescent layer, or by using the LED elements 220 that emit different colors, by the color combination of different white light only Narazu, it is possible to realize light emission of any color. また、蛍光層213が4種類以上の色を発光する層によって形成される態様であってもよい。 Further, it may be a mode that is formed by a layer phosphor layer 213 to emit four or more colors.

また、蛍光体210に直接に電圧を印加する発光素子と異なり、希土類あるいは遷移金属元素の添加量に電気的な制約がなく、また転位の存在による悪影響も小さいことから、結晶品質の許容範囲が広くなる。 Unlike the light-emitting element for applying a direct voltage to the phosphor 210, no electrical constraints to addition of the rare earth or transition metal element, and because adverse also small due to the presence of dislocations, the tolerance of the crystal quality It becomes wider. よって、1つの素子の大型化も容易である。 Therefore, increase in size of the single elements is easy.

<第4の実施の形態> <Fourth Embodiment>
第3の実施の形態においては、紫外光を発光する発光光源と、青色光、緑色光、および赤色光の蛍光を発光する蛍光層とが別体のものとなっていたが、紫外光を励起光源として、青色光、緑色光、および赤色光を発光させて白色光を得る上で、両者が別体であることは必須の要件ではない。 In the third embodiment, the excitation and emission light source for emitting ultraviolet light, blue light, green light, and a fluorescent layer that emits fluorescence of red light had become a separate, ultraviolet light as a light source, in terms of blue light, thereby emitting green light, and red light to obtain white light, is not an essential requirement that both are separate. 本実施の形態においては、両者が一体となった態様について説明する。 In the present embodiment, both described aspects together.

図4は、第4の実施の形態に係る発光装置301を模式的に示す図である。 Figure 4 is a view showing a light emitting device 301 according to the fourth embodiment schematically. 本実施の形態に係る発光装置301は、第2の実施の形態に係る蛍光体210に相当する蛍光体構造310上に、第2の実施の形態に係るLED素子220の基板より上の層に相当するダイオード構造320が形成されてなるものといえる。 The light emitting device 301 according to this embodiment, on the phosphor structure 310 corresponding to the phosphor 210 according to the second embodiment, the layer above the substrate of the LED device 220 according to the second embodiment it can be said that the corresponding diode structure 320 is formed. 換言すれば、発光装置301は、蛍光体構造310を基板として、その上に、ダイオード構造320が形成されてなる発光素子として作用するものである。 In other words, the light emitting device 301, the phosphor structure 310 as a substrate, on which is intended to act as a light-emitting element diode structure 320 is formed.

より具体的には、発光装置301は、例えばサファイア単結晶からなる基板311上に、下地層312と、蛍光層313と、n型導電層321と、クラッド層322と、発光層323と、p型導電層324とが順に形成されてなる。 More specifically, the light emitting device 301 on the substrate 311 made of, for example, a sapphire single crystal, the base layer 312, a fluorescent layer 313, the n-type conductive layer 321, a cladding layer 322, a light-emitting layer 323, p and the conductive layer 324, which are formed in this order. これらは、それぞれ、第3の実施の形態に係る基板211、下地層212、蛍光層213、n型導電層221、クラッド層222、発光層223、p型導電層224と同様の組成や構造を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。 These are each substrate 211 according to the third embodiment, the base layer 212, a fluorescent layer 213, n-type conductive layer 221, cladding layer 222, the same composition and structure as the light emitting layer 223, p-type conductive layer 224 since those having, a detailed description thereof will be omitted. また、p型導電層324上には、p型電極325が形成され、n型導電層321の一部は露出しており、この露出した部分にn型電極326が形成されている点も同様である。 Further, on the p-type conductive layer 324, p-type electrode 325 is formed, part of the n-type conductive layer 321 is exposed, even that n-type electrode 326 is formed on the exposed portion similarly it is.

発光装置301は、下地層312をMOCVD法により形成し、他の層を、MBE法によって形成するのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、全ての層をMOCVD法で形成してもよいし、全ての層をMBE法によって形成してもよい。 The light emitting device 301, the underlying layer 312 was formed by the MOCVD method, the other layers, that is formed by MBE method, it is preferable from the viewpoint of realization of high crystal quality, forming all layers by MOCVD it may be, all of the layers may be formed by MBE method.

本実施の形態においても、ダイオード構造320のp型電極325とn型電極326との間に電圧が印加されることによって発光層323から紫外光が発光されると、その一部が蛍光体構造310に吸収され、そのエネルギーが励起エネルギーとなって、第3の実施の形態の蛍光層213と同様に量子ドット構造を有する青色蛍光層313B、緑色蛍光層313G、および赤色蛍光層313Rに添加された希土類あるいは遷移金属元素をそれぞれ直接に、あるいは井戸層に存在するキャリアの再結合により生じるエネルギーによって励起する。 Also in this embodiment, the ultraviolet light from the light-emitting layer 323 by applying a voltage between the p-type electrode 325 and the n-type electrode 326 of the diode structure 320 is emitted, a portion of the phosphor structure It is absorbed in 310, so that energy is the excitation energy, is added to the third blue phosphor layer having a quantum dot structure similarly to the fluorescent layer 213 of the embodiment of 313B, the green fluorescent layer 313G, and a red phosphor layer 313R and a rare earth or transition metal element directly to the respective, or excited by energy generated by recombination of carriers present in the well layer. これにより、青色蛍光層313B、緑色蛍光層313G、および赤色蛍光層313Rからそれぞれ、青色光(B)、緑色光(G)、および赤色光(R)の蛍光が発せられる。 Thus, the blue fluorescent layer 313B, the green fluorescent layer 313G, and respectively the red phosphor layer 313R, blue light (B), the fluorescent green light (G), and red light (R) emitted. そして、ダイオード構造320から発光された紫外光と、蛍光体構造310から発光された青色光、緑色光、および赤色光が混合することによって、白色光の発光が実現される。 Then, the ultraviolet light emitted from the diode structure 320, blue light emitted from the phosphor structure 310, by green light, and red light are mixed, emission of white light can be realized.

なお、ダイオード構造320の部分には電圧が印加されるが、その下の発光体構造310の部分には電圧は印加されないので、その組成に電気的な制約がない点は、第3の実施の形態と同様である。 Note that the portion of the diode structure 320 but the voltage is applied, so that no voltage is applied to the portion of the light emitting structure 310 below, is that there is no electrical constraints on their composition, the third embodiment is the same as the form.

よって、本実施の形態に係る発光装置おいても、第3の実施の形態と同様に、高輝度の白色光を安価に得ることができる。 Therefore, even keep the light-emitting device according to this embodiment, as in the third embodiment, can be obtained at low cost white light with high luminance. また、発光ダイオードを蛍光体上に直接形成していることから、第3の実施の形態より小型で、発光効率がよい発光装置を得ることができる。 Further, since it is formed directly emitting diode on the phosphor, compact than the third embodiment, it is possible luminous efficiency get good light emitting device.

また、本実施の形態においては、紫外の発光効率がよいIII族窒化物をダイオード構造320の発光層323として用いるとともに、該III族窒化物と同種の元素からなる物質を、蛍光層313の添加層に用いることで高い閉じ込め効果を得ることができる。 Further, in the present embodiment, with use of ultraviolet light emitting efficient III-nitride light-emitting layer 323 of the diode structure 320, a material made of the III-nitride and elemental the same kind, the addition of the fluorescent layer 313 it is possible to obtain a high confinement effect by using the layer. よって、例えば、MOCVD装置のみで、あるいはMBE装置のみで発光装置を形成する場合に、同種の窒化物を用いて蛍光体構造310とダイオード構造320とを連続して形成することができる。 Thus, for example, MOCVD device only, or in the case of forming a light-emitting device only by MBE apparatus, it is possible to a phosphor structure 310 and the diode structure 320 is formed continuously with a nitride of the same type. これは、作製プロセスの単純化やコストの抑制の面で好適な態様である。 This is a preferred embodiment in terms of simplification and cost suppression of the manufacturing process.

<第5の実施の形態> <Fifth Embodiment>
第3および第4の実施の形態は、紫外光を励起光源として白色光を得る態様であったが、係る態様を実現するにあたって、各色の蛍光層が量子ドット構造を有することは必須の要件ではなく、第1および第2の実施の形態のようなMQW構造を有する態様でも、同様に白色光を得ることができる。 The third and fourth embodiments, although the ultraviolet light was manner to obtain white light as an excitation light source, in order to realize the embodiments according, an essential requirement is that the phosphor layer of each color has a quantum dot structure rather, even in an embodiment having an MQW structure as the first and second embodiments can achieve the same white light. 本実施の形態においては、係る態様について説明するとともに、上記の実施の形態とは異なるダイオード構造について併せて説明する。 In the present embodiment, together with the described embodiments according will be described together for different diode structure as the above embodiment.

図5は、第4の実施の形態に係る発光装置401を模式的に示す図である。 Figure 5 is a view showing a light emitting device 401 according to the fourth embodiment schematically. 本実施の形態に係る発光装置401は、第4の実施の形態と同様に、蛍光体構造410の上に、ダイオード構造420が形成されてなるものといえる。 The light emitting device 401 according to this embodiment, like the fourth embodiment, on the phosphor structure 410, it can be said that the diode structure 420 is formed. 換言すれば、発光装置401は、蛍光体構造410を基板として、その上に、ダイオード構造420が形成されてなる発光素子として作用するものである。 In other words, the light emitting device 401, the phosphor structure 410 as a substrate, on which is intended to act as a light-emitting element diode structure 420 is formed.

より具体的には、発光装置401は、例えばサファイア単結晶からなる基板411上に、下地層412と、蛍光層413と、n型導電層421と、クラッド層422と、発光層423と、p型導電層424とが順に形成されてなる。 More specifically, the light emitting device 401, on a substrate 411 made of, for example, a sapphire single crystal, a base layer 412, a fluorescent layer 413, the n-type conductive layer 421, a cladding layer 422, a light-emitting layer 423, p and the conductive layer 424, which are formed in this order. 各層の具体的な組成は、その目的や作用によって、適宜に設定される。 Specific composition of each layer, depending on the purpose and effect, are set appropriately. 基板411と下地層412とは、それぞれ、第3の実施の形態に係る基板211および下地層212と同様の組成や構造を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。 The substrate 411 and the base layer 412, respectively, and the third one having the same composition and structure as the substrate 211 and the base layer 212 according to the embodiment of, a detailed description thereof will be omitted. また、p型導電層424上には、p型電極425が形成され、n型導電層421の一部は露出しており、この露出した部分にn型電極426が形成されている点も同様である。 Further, on the p-type conductive layer 424, p-type electrode 425 is formed, part of the n-type conductive layer 421 is exposed, even that n-type electrode 426 is formed on the exposed portion similarly it is.

発光装置401は、下地層412をMOCVD法により形成し、他の層を、MBE法によって形成するのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、全ての層をMOCVD法で形成してもよいし、全ての層をMBE法によって形成してもよい。 The light emitting device 401, the underlying layer 412 was formed by the MOCVD method, the other layers, that is formed by MBE method, it is preferable from the viewpoint of realization of high crystal quality, forming all layers by MOCVD it may be, all of the layers may be formed by MBE method.

蛍光層413は、図5において拡大して図示するように、3種類の層によって構成されてなる。 Fluorescent layer 413, as shown in an enlarged in FIG. 5, is constituted by three layers. 1つは、所定のエネルギーを吸収することにより、青色(B)の蛍光を発する青色蛍光層413Bであり、もう1つは、所定のエネルギーを吸収することにより、緑色(G)の蛍光を発する緑色蛍光層413Gであり、さらにもう1つは、所定のエネルギーを吸収することにより、赤色(R)の蛍光を発する赤色蛍光層413Rである。 One is by absorbing the predetermined energy, a blue phosphor layer 413B that emits blue fluorescence (B), the other one, by absorbing the predetermined energy, fluoresces green (G) green fluorescent layer was 413G, one still further by absorbing a predetermined energy, a red fluorescent layer 413R that emits fluorescence of red color (R).

青色蛍光層413Bは、III族窒化物に、励起されることによって緑色を発光する希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層4131と、係る添加のなされない非添加層4132とが、数nmずつ交互に、多数(好ましくは数十層ずつ)積層されてなる層である。 Blue fluorescent layer 413B are, the III-nitride, an additive layer 4131 with a rare earth or transition metal element for emitting green light is added by being excited, not made of the addition of the non-added layer 4132, by several nm alternatively, a number (preferably by several tens of layers) is a layer formed by laminating.

緑色蛍光層413Gは、III族窒化物に、励起されることによって緑色を発光する希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層4133と、係る添加のなされない非添加層4134とが、数nmずつ交互に、多数(好ましくは数十層ずつ)積層されてなる層である。 Green fluorescent layer 413G is the group III nitride, the additive layer 4133 with a rare earth or transition metal element emits green by being excited is added, not made of the addition of the non-added layer 4134 is, by several nm alternatively, a number (preferably by several tens of layers) is a layer formed by laminating.

赤色蛍光層413Rは、III族窒化物に、励起されることによって赤色を発光する希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層4135と、係る添加のなされない非添加層4136とが、数nmずつ交互に、多数(好ましくは数十層ずつ)積層されてなる層である。 Red fluorescent layer 413R is, the group III nitride, the additive layer 4135 with a rare earth or transition metal element is added emits red by being excited, and the non-added layer 4136 is not subjected to the addition of the, by several nm alternatively, a number (preferably by several tens of layers) is a layer formed by laminating.

添加層4131、4133、および4135はそれぞれ、非添加層4132、4134、および4136とは異なる組成の窒化物により形成される。 Added layer 4131,4133, and 4135, respectively, the non-added layer 4132,4134, and 4136 are formed of a nitride of different compositions. すなわち、緑色蛍光層413Gと赤色蛍光層413Rとにおいては、窒化物の組成を交互に変えることにより、井戸層と、よりバンドが広い障壁層とが交互に堆積した、MQW(Multi Quantum Well:多重量子井戸)構造が実現されてなる。 That is, in the green phosphor layer 413G and the red phosphor layer 413R is, by changing the composition of the nitride alternately, and the well layer, and the more the band is wide barrier layers deposited alternately, MQW (Multi Quantum Well: Multiple quantum well) structure is realized.

ここで、希土類あるいは遷移金属元素は、発光効率を高めつつ所望の波長の光を得るために添加されるものである。 Here, rare-earth or transition metal element is intended to be added in order to obtain light of a desired wavelength while increasing the luminous efficiency. 希土類あるいは遷移金属元素は、光あるいは電子線等の外部励起に対してその固有の発光波長をもつ。 Rare earth or transition metal element has its own emission wavelength with respect to light or external excitation of electron beam. 複数の希土類あるいは遷移金属元素を適量添加することにより、任意の色合いをもつ光、例えば白色光を発光することが可能である。 By adding an appropriate amount of a plurality of rare earth or transition metal element, it is possible to emit light, for example white light having an arbitrary color tone. また、希土類あるいは遷移金属元素はその発光機構に不具合を与えることなく、窒化物中に固溶することができる。 Further, the rare earth or transition metal element without giving inconvenience to the emission mechanism, it is possible to solid solution in the nitride.

下地層411がAlNによって形成される場合の例でいえば、青色蛍光層413Bにおいて添加層4131は、例えば、Al x Ga y N(x+y=1,x≧0、y≧0)にTmを添加して形成され、非添加層4132は、AlNにて形成される。 In the example of the case where the underlying layer 411 is formed by AlN, added layer 4131 in the blue phosphor layer 413B are, for example, added to Tm in the Al x Ga y N (x + y = 1, x ≧ 0, y ≧ 0) It is to form the non-added layer 4132 is formed of AlN. 緑色蛍光層413Gにおいて添加層4133は、例えば、Al x Ga y N(x+y=1,x≧0、y≧0)にTbあるいはHoを添加して形成され、非添加層4132は、AlNにて形成される。 Added layer 4133 in the green phosphor layer 413G is formed, for example, by the addition of Al x Ga y N (x + y = 1, x ≧ 0, y ≧ 0) to Tb or Ho, non-added layer 4132 of AlN It is formed. 赤色蛍光層413Rにおいて添加層4133はAl x Ga y N(x+y=1,x≧0、y≧0)にEuを添加して形成され、非添加層4134は、AlNにて形成される。 Red-added layer 4133 in the fluorescent layer 413R is formed by adding Eu to Al x Ga y N (x + y = 1, x ≧ 0, y ≧ 0), the non-added layer 4134 is formed of AlN. すなわち、本実施の形態においては、青色蛍光層413B、緑色蛍光層413Gおよび赤色蛍光層413RのいずれもAlNあるいはAl x Ga y Nをベースに形成される。 That is, in this embodiment, the blue phosphor layer 413B, both of the green phosphor layer 413G and the red phosphor layer 413R is formed in the base of the AlN or Al x Ga y N. なお、各色の蛍光層を全く異なる種類の元素からなる物質によって形成することも可能であるが、本実施の形態のように、ベースとなる物質を共通にして層形成する方が、コスト面からも作製時間の点からも効率的であることはいうまでもない。 Although it is also possible to form the material comprising the color completely different kinds of elements fluorescent layer, as in the present embodiment, it is a layer formed by a material as a base in common, the cost it is needless to say that efficient in terms of also manufacturing time. なお、本実施の形態の場合、蛍光層413にAlを含むことで、発光効率の向上が見込まれる。 In the case of this embodiment, by including Al in the phosphor layer 413, improvement in luminous efficiency is expected.

n型導電層421は、III族窒化物に所定のn型のドーパントが添加されてなる。 n-type conductive layer 421, a predetermined n-type dopant in the group III nitride is added. III族窒化物としては、例えば、全III族元素に対するAlの含有量が50at%程度のIII族窒化物が用いられる。 The III-nitride, for example, the content of Al to all group III elements is III-nitride of about 50at% is used. Al以外のIII族元素として、Ga及びInなどを含んでもよい。 As a group III element other than Al, it may include Ga and In. ドーパントとしては、例えばSiが用いられる。 As the dopant, for example, Si is used. 他にも、B、Geなどを用いることができる。 Additional, it is possible to use B, Ge and the like.

クラッド層422は、例えば、n型導電層421のGaの一部をAlにて置換した組成のIII族窒化物に、Siが添加されて形成される。 Cladding layer 422 is, for example, a portion of Ga in the n-type conductive layer 421 in the group III nitride having a composition which is substituted by Al, Si is formed is added.

発光層423は、III族窒化物に、発光中心のアクセプタとなる所定の添加元素が添加されてなる。 Emitting layer 423, a III-nitride, a predetermined additional element serving as an acceptor of luminescence center is added. 本実施の形態において、発光層423は、図5において拡大して図示するように、第1組成層4231と、第2組成層4232とが、数nmずつ交互に、数層ずつ積層されてなる。 In this embodiment, the light emitting layer 423, as shown in an enlarged in FIG. 5, the first composition layer 4231, and the second composition layer 4232, alternately by several nm, which are stacked by several layers . 例えば、第1組成層4231はAl x Ga y In z N(x+y+z=1,x≧0、y≧0、z≧0)にSiを添加して形成され、第2組成層4232は、Al x Ga y N(x+y=1,x≧0、y≧0)にSiを添加して形成される。 For example, the first composition layer 4231 is formed by adding Al x Ga y In z N ( x + y + z = 1, x ≧ 0, y ≧ 0, z ≧ 0) in Si, the second composition layer 4232, Al x Ga y N (x + y = 1, x ≧ 0, y ≧ 0) to be formed by the addition of Si. 係る場合、wellにあたる部分をInを含む第1組成層4231とするMQW構造を実現することによって、紫外光の発光効率の向上が図られている。 A case, by implementing the MQW structure to the portion corresponding well with the first composition layer 4231 containing In, improvement in luminous efficiency of ultraviolet light can be achieved.

p型導電層424は、III族窒化物に所定のp型のドーパントが添加されてなる添加層4241と、係る添加がなされていない非添加層4242とが、数nmずつ交互に、多数(好ましくは数十層ずつ)積層されてなる層である。 p-type conductive layer 424, an added layer 4241 in which a predetermined p-type dopant in III-nitride is formed by the addition, and the non-added layer 4242 of the addition is not made according to alternately several nm, a number (preferably is by several tens of layers) is a layer formed by laminating. すなわち、本実施の形態に係る発光装置401においては、p型導電層424においてこのように積層構造をとることにより、添加層4231を井戸層とするMQW構造が実現されている。 That is, in the light emitting device 401 according to this embodiment, by adopting such a stacked structure in the p-type conductive layer 424, MQW structure that the added layer 4231 and the well layer is achieved.

添加層4241としては、例えば、全III族元素に対するAlの含有量が50at%以上のIII族窒化物が用いられる。 The additive layer 4241, for example, III-nitride content is more than 50at% of Al to total group-III element is used. Al以外のIII族元素として、Ga及びInなどを含んでもよい。 As a group III element other than Al, it may include Ga and In. ドーパントとしては、例えばMgが用いられる。 As the dopant, such as Mg is used. 他にも、Zn、Beなどを用いることができる。 Additional, it is possible to use Zn, Be and the like. 非添加層4242としては、添加層4241よりもAlの比率が少ないIII族窒化物が用いられる。 Non-added layer 4242, III-nitride is small proportion of Al is used than additive layer 4241.

なお、p型導電層424を係るMQW構造に形成することは、Alを多く含むIII族窒化物半導体を形成する場合に、単純な単層膜で形成する場合よりもp型電極424の抵抗値を低減させることができるという点で効果的である。 Incidentally, by forming the MQW structure according to the p-type conductive layer 424, when forming a group III nitride semiconductor containing a large amount of Al, simple resistance value of the p-type electrode 424 than the case of forming a single-layer film it is effective in that it can be reduced.

本実施の形態においても、ダイオード構造420のp型電極425とn型電極426との間に電圧が印加されることによって発光層423から紫外光が発光されると、その一部が蛍光体構造410に吸収され、そのエネルギーが励起エネルギーとなって、添加層4131、4133、および4135に添加された希土類あるいは遷移金属元素をそれぞれ励起し、それぞれに固有の波長の発光が生じる。 Also in this embodiment, the ultraviolet light from the light-emitting layer 423 by applying a voltage between the p-type electrode 425 and the n-type electrode 426 of the diode structure 420 is emitted, a portion of the phosphor structure is absorbed in 410, the energy is turned excitation energy, added layers 4131,4133, and 4135 to the added rare earth or a transition metal element to excite respectively, in each emission of specific wavelengths occurs. これに加え、上述したMQW構造の井戸層である添加層4131、4133、および4135に閉じこめられていた電子あるいはホールといったキャリアが、紫外光(UV)によるエネルギーを得ることで再結合して発するエネルギーも、希土類あるいは遷移金属元素を励起するので、係るプロセスによっても同様に発光が生じる。 Additionally, added layers 4131,4133 are well layer of the above-mentioned MQW structure, and a carrier such as electrons or holes confined in 4135, emits recombine by obtaining energy by ultraviolet light (UV) energy also, since the excited rare earth or transition metal element, similarly light emission occurs by the process according. その結果として、希土類あるいは遷移金属青色蛍光層413B、緑色蛍光層413G、および赤色蛍光層413Rからそれぞれ、青色光(B)、緑色光(G)、および赤色光(R)の蛍光が発せられる。 As a result, a rare earth or transition metal blue phosphor layers 413B, a green fluorescent layer 413G, and respectively the red phosphor layer 413R, blue light (B), the fluorescent green light (G), and red light (R) emitted. そして、ダイオード構造420から発光された紫外光と、蛍光体構造410から発光された青色光、緑色光、および赤色光が混合することによって、白色光の発光が実現される。 Then, the ultraviolet light emitted from the diode structure 420, blue light emitted from the phosphor structure 410, by green light, and red light are mixed, emission of white light can be realized.

よって、本実施の形態に係る発光装置においても、高輝度の白色光を安価に得ることができる。 Therefore, also in the light-emitting device according to this embodiment, it can be obtained at low cost white light with high luminance.

<第6の実施の形態> <Sixth Embodiment>
以上の実施の形態において説明したような、MQW構造や量子ドット構造を有する蛍光体(構造)でなくとも、多色光の発光は実現される。 As described in the above embodiments, without a phosphor having a MQW structure or a quantum dot structure (structure), the light emitting polychromatic light is realized. 本実施の形態では、より簡易な構造で、多色光として例えば白色光を得る態様について説明する。 In this embodiment, a simpler structure, a description will be given of a manner of obtaining, for example, white light as a polychromatic light.

図6は、第6の実施の形態に係る発光装置1001を模式的に示す図である。 Figure 6 is a view showing a light emitting device 1001 according to a sixth embodiment schematically. 本実施の形態に係る発光装置1001は、第2の実施の形態に係る発光装置101に近似した構造を有する。 The light emitting device 1001 according to this embodiment has an approximate structure to the light emitting device 101 according to the second embodiment. すなわち、蛍光体構造1110上に、ダイオード構造1020が形成されてなる。 That is, on the phosphor structure 1110, a diode structure 1020 is formed.

より具体的には、発光装置1001は、例えばサファイア単結晶からなる基板1011上に、低温バッファ層1014と、下地層1012と、蛍光層1013と、n型導電層1021と、発光層1022と、クラッド層1023と、p型導電層1024とが順に形成されてなる。 More specifically, the light emitting device 1001, on a substrate 1011 made of, for example, a sapphire single crystal, a low-temperature buffer layer 1014, a base layer 1012, a fluorescent layer 1013, an n-type conductive layer 1021, a light emitting layer 1022, a cladding layer 1023, a p-type conductive layer 1024 is formed in this order. これらは、蛍光層1013を除き、それぞれ、第2の実施の形態に係る基板111、低温バッファ層114、下地層112、n型導電層121、発光層12223、クラッド層12322、p型導電層124と同様の組成や構造を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。 These, except for fluorescent layer 1013, respectively, substrate 111 according to the second embodiment, the low-temperature buffer layer 114, underlayer 112, n-type conductive layer 121, the light emitting layer 12223, the cladding layer 12322, p-type conductive layer 124 since those having the same composition and structure and its detailed description is omitted. なお、低温バッファ層1014は、下地層1012の結晶性を確保するうえで必要な場合に設けられる。 Incidentally, the low-temperature buffer layer 1014 is provided if necessary for ensuring the crystallinity of the underlying layer 1012. また、p型導電層1024上には、p型電極1025が形成され、n型導電層1021の一部は露出しており、この露出した部分にn型電極1026が形成されている点も同様である。 Further, on the p-type conductive layer 1024, p-type electrode 1025 is formed, a portion of the n-type conductive layer 1021 is exposed, even that n-type electrode 1026 is formed on the exposed portion similarly it is.

蛍光層1013は、窒化物に、励起されることによって緑色(G)の蛍光を発する希土類あるいは遷移金属元素と、同じく励起されることによって赤色(R)の蛍光を発する希土類あるいは遷移金属元素とが添加されてなる。 Fluorescent layer 1013, a nitride, a rare earth or transition metal element that fluoresces green (G) by being excited, a rare earth or transition metal element that fluoresces in the red (R) by being also excited It is added composed. 好ましくは、それぞれの希土類あるいは遷移金属元素は、微細均一に分散して存在するように添加される。 Preferably, each of the rare earth or transition metal element is added such that there is finely uniformly dispersed. 蛍光層1013は、例えば、Ga x In y N(x+y=1,x≧0、y≧0)に緑色(G)の蛍光を発する希土類あるいは遷移金属元素としてTbあるいはHoを、赤色(R)の蛍光を発する希土類あるいは遷移金属元素としてEuを添加して形成される。 Fluorescent layer 1013, for example, a Ga x In y N (x + y = 1, x ≧ 0, y ≧ 0) to Tb or Ho as the rare earth or transition metal element which emits green fluorescence (G), red (R) It is formed by adding Eu as rare earth or transition metal element to fluoresce.

発光装置1001は、下地層1012をMOCVD法により形成し、他の層を、MBE法によって形成するのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、全ての層をMOCVD法で形成してもよいし、全ての層をMBE法によって形成してもよい。 The light emitting device 1001, a foundation layer 1012 is formed by the MOCVD method, the other layers, that is formed by MBE method, it is preferable from the viewpoint of realization of high crystal quality, forming all layers by MOCVD it may be, all of the layers may be formed by MBE method.

本実施の形態においては、ダイオード構造1020のp型電極1025とn型電極1026との間に電圧が印加されることによって発光層1022から青色光が発光されると、その一部が蛍光体構造1010に吸収され、そのエネルギーが励起エネルギーとなって、蛍光層1013に添加された希土類あるいは遷移金属元素をそれぞれ直接に、あるいは井戸層に存在するキャリアの再結合により生じるエネルギーによって励起する。 In the present embodiment, when the blue light from the light emitting layer 1022 by applying a voltage between the p-type electrode 1025 and the n-type electrode 1026 of the diode structure 1020 is emitted, the phosphor structure part is absorbed in 1010, the energy becomes the excitation energy to excite the energy generated by recombination of carriers present are added to the fluorescent layer 1013 rare earth or transition metal element directly to each or the well layer. これにより、蛍光層113からは、緑色光(G)と赤色光(R)との蛍光が発せられる。 Thus, from the fluorescent layer 113, fluorescent green light (G) and red light (R) and is emitted. ただし、それぞれの色を発光する希土類あるいは遷移金属元素は微細均一に分散しているので、見かけ上は、両者の混食光である黄色光が発せられる。 However, since the rare earth or transition metal element to emit respective colors are finely uniformly dispersed, apparently, the yellow light is emitted is both Konshoku light. そして、ダイオード構造1020から発光された青色光と、蛍光体構造1010から発光された緑色光と赤色光とからなる黄色光とが混合することによって、白色光の発光が実現される。 Then, the blue light emitted from the diode structure 1020, by mixing the yellow light comprising green light emitted from the phosphor structure 1010 and red light, emission of white light can be realized.

なお、ダイオード構造1020の部分には電圧が印加されるが、その下の発光体構造1010の部分には電圧は印加されないので、その組成に電気的な制約がない点は、第2の実施の形態と同様である。 Note that the portion of the diode structure 1020 has a voltage is applied, so that no voltage is applied to the portion of the light emitting structure 1010 below the point no electrical constraints on their composition, the second embodiment is the same as the form.

よって、本実施の形態に係る発光装置おいては、より簡易な構造で、高輝度の白色光を得ることができる。 Therefore, keep the light-emitting device according to this embodiment can be a more simple structure, to obtain white light with high luminance. もちろん、蛍光層1013に添加する元素として他の希土類あるいは遷移金属元素を用いることにより、あるいは、異なる色を発光するダイオード構造1020を形成することにより、色の組合せを異なるものとすることによって、白色光のみならず、任意の色の発光を実現することも可能である。 Of course, by using the other rare earth or transition metal element as an element to be added to the fluorescent layer 1013, or by forming a diode structure 1020 that emit different colors, by the color combination of different things, white not only light, it is possible to realize light emission of any color. 添加する希土類あるいは遷移金属元素が1種だけの場合は、当該希土類あるいは遷移金属元素に固有の発光が生じることはいうまでもない。 If the rare earth or transition metal element added is only one, it is needless to say that specific light emission occurs in the rare earth or transition metal element. また、蛍光層1013から、3種類以上の色を発光するように、対応する種類の希土類あるいは遷移金属元素が添加される態様であってもよい。 Further, the fluorescent layer 1013 so as to emit three or more colors may be performed in a mode corresponding rare earth or transition metal element is added.

(実施例1) (Example 1)
本実施例においては、図1に示す発光装置1を作製した。 In the present embodiment, the light emitting device 1 shown in FIG. まず、蛍光体10の作製においては、基板11として2インチ径の厚さ500μmのC面サファイア単結晶を用い、これを所定のMOCVD装置の反応菅内に設置した。 First, in the preparation of the phosphor 10, using the C-plane sapphire single crystal thickness 500μm diameter of 2 inches as the substrate 11 was installed in a reaction Kan predetermined MOCVD apparatus. MOCVD装置は、反応ガスあるいはキャリアガスとして、少なくともH 2 、N 2 、TMG(トリメチルガリウム)およびNH 3が、反応管内に供給可能とされている。 MOCVD apparatus, as a reaction gas or a carrier gas, at least H 2, N 2, TMG (trimethyl gallium) and NH 3, are capable of supplying to the reaction tube. 反応管内の圧力を100Torrに設定した後、H 2を平均流速1m/secで流しながら、基板11を1100℃まで昇温した。 After the pressure in the reaction tube was set to 100 Torr, while flowing of H 2 at an average flow rate of 1 m / sec, the temperature was raised to substrate 11 to 1100 ° C..

その後、いったん500℃に高温した後、TMAとNH 3とを供給して、AlNの低温バッファ層14を20nmの厚さに形成したうえで、再び1100℃に昇温し、TMGとNH 3とを供給して、下地層12として厚さ2μmのGaN層を形成した。 Then, after high temperature once 500 ° C., by supplying TMA and NH 3, after having formed a low-temperature buffer layer 14 of AlN with a thickness of 20 nm, the temperature was raised again to 1100 ° C., and TMG and NH 3 by supplying, to form a GaN layer having a thickness of 2μm as the base layer 12. この際、成膜速度を0.3μm/hrとなるように、TMA及びNH 3の供給量を設定した。 At this time, as the deposition rate becomes 0.3 [mu] m / hr, it was set the supply amount of TMA and NH 3. なお、このGaN層中の転位密度をTEM(透過電子顕微鏡)によって観察したところ、1×10 10 /cm 2であった。 Note that the dislocation density of the GaN layer was observed with a TEM (transmission electron microscopy) was 1 × 10 10 / cm 2. また、GaNの(002)面のX線ロッキングカーブを測定したところ、その半値幅は60秒であり、AFM(原子間力顕微鏡)により求めた表面粗さ(Ra)は1.5Å以下であった。 The measured X-ray rocking curve of the GaN (002) face, the half width is 60 seconds, AFM (atomic force microscope) by the determined surface roughness (Ra) was below 1.5Å It was. すなわち、GaNからなる下地層12は良好な結晶品質を有することが確認された。 That is, the base layer 12 made of GaN was confirmed to have good crystal quality.

引き続き、成長させたGaN層を保護するために、TMGとNH 3を平均流速10m/secで流して、GaN膜を厚さ10nm成長させた。 Subsequently, in order to protect the GaN layer grown by flowing TMG and NH 3 at an average flow rate of 10 m / sec, it was thick 10nm growing a GaN film.

成長終了後、膜形成された基板を取り出し、これを所定のMBE装置の中に設置した。 After the growth, the substrate is taken out, which is membrane forming and placed it in a predetermined MBE apparatus. MBE装置は、固体源として、7NのGa、7NのIn、6NのAlを用いた。 MBE apparatus, as a solid source, using Ga of 7N, an In of 7N, the Al of 6N. また、窒素源として、所定の高周波プラズマ装置により発生した原子状窒素を用いた。 Further, as a nitrogen source, it was used atomic nitrogen generated by a predetermined high-frequency plasma device. 蛍光層を形成するために添加すべく、3NのTbおよびEuの固体源をそれぞれ設けた。 To be added to form a phosphor layer, provided 3N of Tb and Eu in the solid sources, respectively.

まず、基板を900℃まで加熱した後、H 2を流すことにより保護層となっていたGaN膜を除去した。 First, after the substrate was heated to 900 ° C., to remove the GaN film has protection layer by flowing H 2.

続けて、GaNの下地層12の上に、緑色蛍光層13Gの添加層131を構成すべく、600℃で、Ga 0.75 In 0.25 Nを2nmの厚さに形成した。 Subsequently, on the GaN underlying layer 12, in order to configure the added layer 131 of the green fluorescent layer 13G, at 600 ° C., to form a Ga 0.75 In 0.25 N with a thickness of 2 nm. その際には、Tbを同時にドープさせた。 At that time, it was at the same time doped with Tb. さらに、非添加層132として、GaNを2nmの厚さに形成した。 Further, as the non-added layer 132 to form a GaN to a thickness of 2 nm. 係る添加層131と非添加層132の形成を、それぞれが30層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。 The additive layer 131 and formation of the non-added layer 132 of, respectively so that the portions 30 layers was carried out repeated alternately.

同様に、赤色蛍光層13Rの添加層133を構成すべく、600℃で、Ga 0.75 In 0.25 Nを2nmの厚さに形成した。 Similarly, in order to configure the added layer 133 of the red phosphor layer 13R, at 600 ° C., to form a Ga 0.75 In 0.25 N with a thickness of 2 nm. その際には、Euを同時にドープさせた。 At that time, it was at the same time doped with Eu. さらに、非添加層134として、GaNを2nmの厚さに形成した。 Further, as the non-added layer 134 to form a GaN to a thickness of 2 nm. 係る添加層133と非添加層134の形成を、それぞれが20層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。 The additive layer 133 and formation of the non-added layer 134 of, respectively so that the portions 20 layers was carried out repeated alternately.

一方、LED素子20の作製においては、基板27として2インチ径の厚さ500μmのC面サファイア単結晶を用い、これを所定のMOCVD装置の反応菅内に設置した。 On the other hand, in the manufacturing of the LED element 20, using a C-plane sapphire single crystal thickness 500μm diameter of 2 inches as the substrate 27 was installed in a reaction Kan predetermined MOCVD apparatus. MOCVD装置は、反応ガスあるいはキャリアガスとして、少なくともH 2 、N 2 、TMA(トリメチルアルミニウム)、TMG、TMI(トリメチルインジウム)、Cp 2 Mg、NH 3 、およびSiH 4が、反応管内に供給可能とされている。 MOCVD apparatus, as a reaction gas or a carrier gas, at least H 2, N 2, TMA (trimethyl aluminum), TMG, TMI (trimethyl indium), Cp 2 Mg, NH 3 , and SiH 4 are, and can be supplied into the reaction tube It is. 反応管内の圧力を100Torrに設定した後、H 2を平均流速1m/secで流しながら、基板27を1100℃まで昇温した。 After the pressure in the reaction tube was set to 100 Torr, while flowing of H 2 at an average flow rate of 1 m / sec, the temperature was raised to substrate 27 to 1100 ° C..

その後、TMGとNH 3とSiH 4とを供給して、n型導電層21として、SiをドープしたGaN層を2μmの厚さに形成した。 Then, by supplying TMG and NH 3 and SiH 4, as the n-type conductive layer 21, thereby forming a GaN layer doped with Si to a thickness of 2 [mu] m. この際、成膜速度を0.3μm/hrとなるように、TMG及びNH 3の供給量を設定した。 At this time, as the deposition rate becomes 0.3 [mu] m / hr, it was set the supply amount of TMG and NH 3. なお、このGaN層中の転位密度をTEMによって観察したところ、1×10 10 /cm 2であった。 Note that the dislocation density of the GaN layer was observed by TEM, it was 1 × 10 10 / cm 2. また、GaNの(002)面のX線ロッキングカーブを測定したところ、その半値幅は60秒であり、AFMにより求めた表面粗さ(Ra)は1.5Å以下であった。 The measured X-ray rocking curve of the GaN (002) face, the half width is 60 seconds, the surface roughness was determined by AFM (Ra) was not more than 1.5 Å. すなわち、n型導電層21は良好な結晶品質を有することが確認された。 Ie, n-type conductive layer 21 were confirmed to have good crystal quality.

ついで、TMGとTMIとNH 3とを供給して、発光層22として、Ga 0.8 In 0.2 Nを2.5μmの厚さに形成した。 Then, by supplying TMG and TMI and NH 3, as a light-emitting layer 22 was formed Ga 0.8 In 0.2 N to a thickness of 2.5 [mu] m.

さらに、TMGとTMAとNH 3とCp 2 Mgとを供給して、クラッド層23として、MgをドープしたAl 0.1 Ga 0.9 N層を30nmの厚さに形成した。 Further, by supplying TMG and TMA and NH 3 Cp 2 Mg, a cladding layer 23 was formed Al 0.1 Ga 0.9 N layer doped with Mg in a thickness of 30 nm.

続けて、TMGとNH 3とCp 2 Mgとを供給して、p型導電層24として、MgをドープしたGaN層を0.2μmの厚さに形成した。 Subsequently, by supplying TMG and the NH 3 Cp 2 Mg, a p-type conductive layer 24, thereby forming a GaN layer doped with Mg in a thickness of 0.2 [mu] m. 次いで、N 2ガスを導入し、750℃において1時間保持して、p型導電層24の活性化処理を行った。 Then, N 2 gas was introduced, and held 1 hour at 750 ° C., it was subjected to activation treatment p-type conductive layer 24.

その後、発光層22、クラッド層23、およびp型導電層24を所定のエッチング工程によって部分的にエッチング除去することによって、n型導電層21を構成するSiドープGaN層の一部を露出させ、この露出部分に対してAl/Tiからなるn型電極26を形成した。 Thereafter, the light emitting layer 22, by partially etching away the cladding layer 23, and a p-type conductive layer 24 a predetermined etching process to expose a portion of the Si-doped GaN layer constituting the n-type conductive layer 21, to form an n-type electrode 26 made of Al / Ti for this exposed portion. また、p型導電層24を構成するMgドープGaN層上に、Au/Niからなるp型電極25を形成した。 Further, the Mg-doped GaN layer constituting the p-type conductive layer 24, to form a p-type electrode 25 made of Au / Ni.

得られたLED素子20に対し、Au/Ni電極とAl/Ti電極との間に電圧を印加したところ、LED素子20からは青色光の発光が確認された。 The obtained LED element 20, when a voltage was applied between the Au / Ni electrode and the Al / Ti electrode, emission of blue light was observed from the LED elements 20.

そして、係る青色光を蛍光体10に入射させたところ、緑色光と赤色光との発光が確認された。 Then, it was made incident blue light according to the phosphor 10, emission of green light and red light was confirmed. また、蛍光体10とLED素子20とを所定の配置関係に配置したうえで、Au/Ni電極とAl/Ti電極との間に電圧を印加することで、白色光の発光が確認された。 Also, after the phosphor 10 and the LED elements 20 are arranged in a predetermined positional relationship, by applying a voltage between the Au / Ni electrode and the Al / Ti electrode, emission of white light was confirmed.

(実施例2) (Example 2)
本実施例においては、図2に示す発光装置101を作製した。 In the present embodiment, the light emitting device 101 shown in FIG. まず、蛍光体構造110については、MOCVD装置およびMBE装置を用いて、実施例1の蛍光体10と同様に作製した。 First, the phosphor structure 110, by using the MOCVD apparatus and MBE device was produced in the same manner as the phosphor 10 of Example 1.

引き続き、MBE装置において、蛍光体構造110の上に、ダイオード構造120の作製を行った。 Subsequently, in the MBE apparatus, on the phosphor structure 110 were prepared in the diode structure 120. なお、本実施例において、MBE装置には、蛍光体構造110の作製に必要な固体源に加えて、ダイオード構造120を作製するに必要な固体源として、ドーパント源としてSi、Mgの固体源を用意した。 In the present embodiment, the MBE apparatus, in addition to the solid source necessary for production of the phosphor structure 110, as a solid source necessary to prepare a diode structure 120, Si as a dopant source, a solid source of Mg It was prepared.

ダイオード構造120の形成は、まず、600℃で、蛍光層113の上にn型導電層121として、SiをドープしたGaN層を2μmの厚さに形成した。 Forming a diode structure 120, first, at 600 ° C., as the n-type conductive layer 121 on the phosphor layer 113, thereby forming a GaN layer doped with Si to a thickness of 2 [mu] m. ついで、600℃で、発光層122を2.5μmの厚さに形成した。 Then, at 600 ° C., to form a light-emitting layer 122 to a thickness of 2.5 [mu] m. さらに、600℃で、クラッド層123として、MgをドープしたAl0.1Ga0.9N層を30nmの厚さに形成した。 Furthermore, at 600 ° C., as a cladding layer 123 was formed Al0.1Ga0.9N layer doped with Mg in a thickness of 30 nm. 続けて、600℃で、p型導電層124として、MgをドープしたGaN層を0.2μmの厚さに形成した。 Subsequently, at 600 ° C., as the p-type conductive layer 124, thereby forming a GaN layer doped with Mg in a thickness of 0.2 [mu] m.

その後、発光層122、クラッド層123、およびp型導電層124を所定のエッチング工程によって部分的にエッチング除去することによって、n型導電層121を構成するSiドープGaN層の一部を露出させ、この露出部分に対してAl/Tiからなるn型電極126を形成した。 Thereafter, the light emitting layer 122 by partially etching away the cladding layer 123, and a p-type conductive layer 124 a predetermined etching process to expose a portion of the Si-doped GaN layer constituting the n-type conductive layer 121, to form an n-type electrode 126 made of Al / Ti for this exposed portion. また、p型導電層124を構成するMgドープGaN層上に、Au/Niからなるp型電極125を形成した。 Further, the Mg-doped GaN layer constituting the p-type conductive layer 124, to form a p-type electrode 125 made of Au / Ni.

得られた発光装置101に対し、Au/Ni電極とAl/Ti電極との間に電圧を印加したところ、白色光の発光が確認された。 To the light emitting device 101 obtained, when a voltage was applied between the Au / Ni electrode and the Al / Ti electrode, emission of white light it was confirmed.

(実施例3) (Example 3)
本実施例においては、図3に示す発光装置201を作製した。 In the present embodiment, the light emitting device 201 shown in FIG. まず、蛍光体210の作製においては、基板211として2インチ径の厚さ500μmのC面サファイア単結晶を用い、これを所定のMOCVD装置の反応菅内に設置した。 First, in the preparation of the phosphor 210, using the C-plane sapphire single crystal thickness 500μm diameter of 2 inches as the substrate 211 was installed in a reaction Kan predetermined MOCVD apparatus. MOCVD装置は、反応ガスあるいはキャリアガスとして、少なくともH 2 、N 2 、TMA、TMG、およびNH 3が、反応管内に供給可能とされている。 MOCVD apparatus, as a reaction gas or a carrier gas, at least H 2, N 2, TMA, TMG, and NH 3, and is capable of supplying to the reaction tube. 反応管内の圧力を100Torrに設定した後、H2を平均流速1m/secで流しながら、基板211を1100℃まで昇温した。 After the pressure in the reaction tube was set to 100 Torr, while flowing of H2 at an average flow rate of 1 m / sec, the temperature was raised to substrate 211 to 1100 ° C..

その後、TMAとNH3とを供給して、下地層212として厚さ1μmのAlN層を形成した。 Then, by supplying TMA and NH3, to form an AlN layer having a thickness of 1μm as a base layer 212. この際、成膜速度を0.3μm/hrとなるように、TMA及びNH3の供給量を設定した。 At this time, as the deposition rate becomes 0.3 [mu] m / hr, it was set the supply amount of TMA and NH3. なお、このAlN層中の転位密度をTEMによって観察したところ、1×10 10 /cm 2であった。 Note that the dislocation density of the AlN layer was observed by TEM, it was 1 × 10 10 / cm 2. また、GaNの(002)面のX線ロッキングカーブを測定したところ、その半値幅は60秒であり、AFMにより求めた表面粗さ(Ra)は1.5Å以下であった。 The measured X-ray rocking curve of the GaN (002) face, the half width is 60 seconds, the surface roughness was determined by AFM (Ra) was not more than 1.5 Å. すなわち、AlNからなる下地層212は良好な結晶品質を有することが確認された。 That is, underlying layer 212 made of AlN was confirmed to have good crystal quality.

引き続き、成長させたAlN層を保護するために、TMGとNH 3を平均流速10m/secで流して、GaN膜を厚さ10nm成長させた。 Subsequently, in order to protect the AlN layer grown by flowing TMG and NH 3 at an average flow rate of 10 m / sec, it was thick 10nm growing a GaN film.

成長終了後、膜形成された基板を取り出し、これを所定のMBE装置の中に設置した。 After the growth, the substrate is taken out, which is membrane forming and placed it in a predetermined MBE apparatus. MBE装置は、固体源として、7NのGa、7NのIn、6NのAlを用いた。 MBE apparatus, as a solid source, using Ga of 7N, an In of 7N, the Al of 6N. また、窒素源として、所定の高周波プラズマ装置により発生した原子状窒素を用いた。 Further, as a nitrogen source, it was used atomic nitrogen generated by a predetermined high-frequency plasma device. 蛍光層を形成するために添加すべく、3NのTm、Tb、およびEuの固体源をそれぞれ設けた。 To be added to form a phosphor layer, provided Tm of 3N, Tb, and Eu solid sources, respectively.

まず、基板を900℃まで加熱した後、H2を流すことにより保護層となっていたGaN膜を除去した。 First, after the substrate was heated to 900 ° C., to remove the GaN film has protection layer by flowing H2.

続けて、AlNの下地層212の上に、600℃で、GaNにTmをドープしてなる島状結晶I1を、厚さ2nm、水平方向の直径20nmに形成した。 Subsequently, on the AlN underlayer 212, at 600 ° C., the island crystals I1 formed by doping Tm to GaN, thickness 2 nm, it was formed in the horizontal direction of the diameter 20 nm. さらに、島状結晶I1を埋め込むように、キャップ層C1としてAlNを3nmの厚さに形成した。 Furthermore, so as to bury the island crystals I1, to form an AlN as a cap layer C1 with a thickness of 3 nm. これは、2nmの厚さの添加層2131と、1nmの厚さの非添加層2132とを形成したことにも相当する。 This is an added layer 2131 with a thickness of 2 nm, corresponding also to the formation of the the non-added layer 2132 having a thickness of 1 nm. 係る島状結晶I1とキャップ層C1の形成を、40回繰り返して行った。 The formation of the island crystals I1 and the cap layer C1 of was repeated 40 times.

同様に、いずれも600℃において、緑色蛍光層213Gについて、GaNにTbがドープされた島状結晶I2とAlNによるキャップ層C2との形成を、30回繰り返して行い、赤色蛍光層213Rについて、GaNにEuがドープされた島状結晶I3とAlNによるキャップ層C2との形成を、20回繰り返して行った。 Similarly, in both 600 ° C., for a green fluorescent layer 213G, the formation of the cap layer C2 by island crystals I2 and AlN which Tb is doped GaN, was repeated 30 times, the red phosphor layer 213R, GaN the formation of the cap layer C2 Eu is due doped island crystals I3 and AlN in was repeated 20 times.

一方、LED素子220の作製においては、基板227として2インチ径の厚さ500μmのC面サファイア単結晶を用い、これを所定のMOCVD装置の反応菅内に設置した。 On the other hand, in the manufacturing of the LED element 220, using the C-plane sapphire single crystal thickness 500μm diameter of 2 inches as the substrate 227 was installed in a reaction Kan predetermined MOCVD apparatus. MOCVD装置は、反応ガスあるいはキャリアガスとして、少なくともH 2 、N 2 、TMA、TMG、TMI、Cp 2 Mg、NH 3 、およびSiH 4が、反応管内に供給可能とされている。 MOCVD apparatus, as a reaction gas or a carrier gas, at least H 2, N 2, TMA, TMG, TMI, Cp 2 Mg, NH 3, and SiH 4, and is capable fed into the reaction tube. 反応管内の圧力を100Torrに設定した後、H 2を平均流速1m/secで流しながら、基板11を1100℃まで昇温した。 After the pressure in the reaction tube was set to 100 Torr, while flowing of H 2 at an average flow rate of 1 m / sec, the temperature was raised to substrate 11 to 1100 ° C..

まず、下地層228として、厚さ1μmのAlN層を形成した。 First, as a base layer 228, to form an AlN layer having a thickness of 1 [mu] m. この際、成膜速度を0.3μm/hrとなるように、TMA及びNH 3の供給量を設定した。 At this time, as the deposition rate becomes 0.3 [mu] m / hr, it was set the supply amount of TMA and NH 3.

その後、TMAとTMGとNH 3とSiH 4とを供給して、n型導電層221として、SiをドープしたAl 0.3 Ga 0.7 N層を2μmの厚さに形成した。 Then, by supplying TMA and TMG, NH 3 and SiH 4, as the n-type conductive layer 221, to form the Al 0.3 Ga 0.7 N layer doped with Si to a thickness of 2 [mu] m.

引き続き、クラッド層22として、SiをドープしたAl 0.4 Ga 0.6 N層を20nmの厚さに形成した。 Subsequently, as the cladding layer 22, to form a Al 0.4 Ga 0.6 N layer doped with Si to a thickness of 20 nm.

次いで、第1組成層2231を構成すべく、SiをドープしたAl 0.2 Ga 0.78 In 0.02 N層を2.5nmの厚さに形成した。 Then, in order to form the first composition layer 2231 was formed Al 0.2 Ga 0.78 In 0.02 N layer doped with Si to a thickness of 2.5 nm. さらに、第2組成層2232としてSiをドープしたAl 0.25 Ga 0.75 N層を2.5nmの厚さに形成した。 Furthermore, to form the Al 0.25 Ga 0.75 N layer doped with Si as the second composition layer 2232 to a thickness of 2.5 nm. 係る第1組成層2231と第2組成層2232の形成をそれぞれが5層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。 Each first composition layer 2231 according to the formation of the second composite layer 2232 to be a five-layer was carried out repeated alternately.

続けて、TMAとTMGとNH 3とCp 2 Mgとを供給して、p型導電層224として、MgをドープしたAl 0.3 Ga 0.7 N層を0.1μmの厚さに形成した。 Subsequently, by supplying TMA and TMG and NH 3 Cp 2 Mg, a p-type conductive layer 224, to form the Al 0.3 Ga 0.7 N layer doped with Mg to a thickness of 0.1 [mu] m. 次いで、N2ガスを導入し、750℃において1時間保持して、p型導電層224の活性化処理を行った。 Then, by introducing N2 gas and held for one hour at 750 ° C., it was subjected to activation treatment p-type conductive layer 224.

その後、クラッド層222、発光層223、およびp型導電層224を所定のエッチング工程によって部分的にエッチング除去することによって、n型導電層221の一部を露出させ、この露出部分に対してAl/Tiからなるn型電極226を形成した。 Thereafter, the cladding layer 222 by partially etching away by the light-emitting layer 223 and the p-type conductive layer 224, a predetermined etching process, to expose part of the n-type conductive layer 221, Al for this exposed portion / to form an n-type electrode 226 made of Ti. また、p型導電層224上に、Au/Niからなるp型電極225を形成した。 Further, on the p-type conductive layer 224, to form a p-type electrode 225 made of Au / Ni.

得られたLED素子220に対し、Au/Ni電極とAl/Ti電極との間に電圧を印加したところ、LED素子220からは青色光の発光が確認された。 The obtained LED element 220, when a voltage was applied between the Au / Ni electrode and the Al / Ti electrode, emission of blue light was observed from the LED element 220.

そして、係る青色光を蛍光体210に入射させたところ、緑色光と赤色光との発光が確認された。 Then, was made incident blue light according to the phosphor 210, light emission of the green light and the red light was confirmed. また、蛍光体210とLED素子220とを所定の配置関係に配置したうえで、Au/Ni電極とAl/Ti電極との間に電圧を印加することで、白色光の発光が確認された。 Also, after the phosphor 210 and LED elements 220 are arranged in a predetermined positional relationship, by applying a voltage between the Au / Ni electrode and the Al / Ti electrode, emission of white light was confirmed.

(実施例4) (Example 4)
本実施例においては、図4に示す発光装置301を作製した。 In the present embodiment, the light emitting device 301 shown in FIG. まず、蛍光体構造310については、MOCVD装置およびMBE装置を用いて、実施例3の蛍光体210と同様に作製した。 First, the phosphor structure 310, by using the MOCVD apparatus and MBE device was produced in the same manner as the phosphor 210 of Example 3.

引き続き、MBE装置において、蛍光体構造310の上に、ダイオード構造320の作製を行った。 Subsequently, in the MBE apparatus, on the phosphor structure 310 were prepared in the diode structure 320. なお、本実施例において、MBE装置には、蛍光体構造310の作製に必要な固体源に加えて、ダイオード構造320を作製するに必要な固体源として、ドーパント源としてIn、Si、Mgの固体源を用意した。 In the present embodiment, the MBE apparatus, in addition to the solid source necessary for production of the phosphor structure 310, as a solid source necessary to prepare a diode structure 320, an In as a dopant source, Si, Mg solid the source was prepared.

ダイオード構造320の形成は、まず、600℃で、蛍光層313の上にn型導電層321として、SiをドープしたAl 0.3 Ga 0.7 N層を2μmの厚さに形成した。 Forming a diode structure 320, first, at 600 ° C., as the n-type conductive layer 321 on the phosphor layer 313 to form an Al 0.3 Ga 0.7 N layer doped with Si to a thickness of 2 [mu] m. ついで、600℃で、クラッド層322として、SiをドープしたAl 0.4 Ga 0.6 N層を20nmの厚さに形成した。 Then, at 600 ° C., as a cladding layer 322 was formed Al 0.4 Ga 0.6 N layer doped with Si to a thickness of 20 nm.

次いで、発光層323の第1組成層3231を構成すべく、600℃で、SiをドープしたAl 0.2 Ga 0.78 In 0.02 N層を2.5nmの厚さに形成した。 Then, in order to form the first composition layer 3231 of the light-emitting layer 323, at 600 ° C., to form the Al 0.2 Ga 0.78 In 0.02 N layer doped with Si to a thickness of 2.5 nm. さらに、第2組成層3232としてSiをドープしたAl 0.25 Ga 0.75 N層を2.5nmの厚さに形成した。 Furthermore, to form the Al 0.25 Ga 0.75 N layer doped with Si as the second composition layer 3232 to a thickness of 2.5 nm. 係る第1組成層3231と第2組成層3232の形成をそれぞれが5層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。 Each of the first composition layer 3231 of the formation of the second composite layer 3232 to be a five-layer was carried out repeated alternately.

続けて、600℃で、p型導電層324として、MgをドープしたAl 0.3 Ga 0.7 N層を0.1μmの厚さに形成した。 Subsequently, at 600 ° C., as the p-type conductive layer 324, to form the Al 0.3 Ga 0.7 N layer doped with Mg to a thickness of 0.1 [mu] m.

その後、発光層322、クラッド層323、およびp型導電層324を所定のエッチング工程によって部分的にエッチング除去することによって、n型導電層321の一部を露出させ、この露出部分に対してAl/Tiからなるn型電極326を形成した。 Thereafter, the light emitting layer 322 by partially etching away the cladding layer 323, and a p-type conductive layer 324 a predetermined etching process, to expose part of the n-type conductive layer 321, Al for this exposed portion / to form an n-type electrode 326 made of Ti. また、p型導電層324の上に、Au/Niからなるp型電極325を形成した。 Further, on the p-type conductive layer 324, to form a p-type electrode 325 made of Au / Ni.

得られた発光装置301に対し、Au/Ni電極とAl/Ti電極との間に電圧を印加したところ、白色光の発光が確認された。 To the light emitting device 301 obtained, when a voltage was applied between the Au / Ni electrode and the Al / Ti electrode, emission of white light it was confirmed.

(実施例5) (Example 5)
本実施例においては、図5に示す発光装置401を作製した。 In the present embodiment, the light emitting device 401 shown in FIG. まず、基板411として2インチ径の厚さ500μmのC面サファイア単結晶を用い、これを所定のMOCVD装置の反応菅内に設置した。 First, using a C-plane sapphire single crystal thickness 500μm diameter of 2 inches as the substrate 411 was installed in a reaction Kan predetermined MOCVD apparatus. MOCVD装置は、反応ガスあるいはキャリアガスとして、少なくともH 2 、N 2 、TMA、TMG、およびNH 3が、反応管内に供給可能とされている。 MOCVD apparatus, as a reaction gas or a carrier gas, at least H 2, N 2, TMA, TMG, and NH 3, and is capable of supplying to the reaction tube. 反応管内の圧力を100Torrに設定した後、H2を平均流速1m/secで流しながら、基板411を1100℃まで昇温した。 After the pressure in the reaction tube was set to 100 Torr, while introducing H2 at an average flow rate of 1 m / sec, the temperature was raised to substrate 411 to 1100 ° C..

その後、TMAとNH 3とを供給して、下地層412として厚さ1μmのAlN層を形成した。 Then, by supplying TMA and NH 3, to form an AlN layer having a thickness of 1μm as a base layer 412. この際、成膜速度を0.3μm/hrとなるように、TMA及びNH 3の供給量を設定した。 At this time, as the deposition rate becomes 0.3 [mu] m / hr, it was set the supply amount of TMA and NH 3. なお、このAlN層中の転位密度をTEMによって観察したところ、1×10 10 /cm 2であった。 Note that the dislocation density of the AlN layer was observed by TEM, it was 1 × 10 10 / cm 2. また、GaNの(002)面のX線ロッキングカーブを測定したところ、その半値幅は60秒であり、AFMにより求めた表面粗さ(Ra)は1.5Å以下であった。 The measured X-ray rocking curve of the GaN (002) face, the half width is 60 seconds, the surface roughness was determined by AFM (Ra) was not more than 1.5 Å. すなわち、AlNからなる下地層412は良好な結晶品質を有することが確認された。 That is, underlying layer 412 made of AlN was confirmed to have good crystal quality.

引き続き、成長させたAlN層を保護するために、TMGとNH 3を平均流速10m/secで流して、GaN膜を厚さ10nm成長させた。 Subsequently, in order to protect the AlN layer grown by flowing TMG and NH 3 at an average flow rate of 10 m / sec, it was thick 10nm growing a GaN film.

成長終了後、膜形成された基板を取り出し、これを所定のMBE装置の中に設置した。 After the growth, the substrate is taken out, which is membrane forming and placed it in a predetermined MBE apparatus. MBE装置は、固体源として、7NのGa、7NのIn、6NのAlを用いた。 MBE apparatus, as a solid source, using Ga of 7N, an In of 7N, the Al of 6N. また、窒素源として、所定の高周波プラズマ装置により発生した原子状窒素を用いた。 Further, as a nitrogen source, it was used atomic nitrogen generated by a predetermined high-frequency plasma device. 蛍光層を形成するために添加すべく、3NのTm、Tb、およびEuの固体源をそれぞれ設けた。 To be added to form a phosphor layer, provided Tm of 3N, Tb, and Eu solid sources, respectively. さらに、ドーパント源として、Si、Mgの固体源を設けた。 Furthermore, as the dopant source, and Si, a solid source of Mg provided.

まず、基板を900℃まで加熱した後、H2を流すことにより保護層となっていたGaN膜を除去した。 First, after the substrate was heated to 900 ° C., to remove the GaN film has protection layer by flowing H2.

続けて、AlNの下地層412の上に、青色蛍光層413Bの添加層4131を構成すべく、600℃で、Al 0.3 Ga 0.7 Nを3nmの厚さに形成した。 Subsequently, on the AlN underlayer 412, in order to constitute the additive layer 4131 of the blue phosphor layer 413B, at 600 ° C., to form the Al 0.3 Ga 0.7 N to a thickness of 3 nm. その際には、Tmを同時にドープさせた。 At that time, it was at the same time doped with Tm. さらに、非添加層4132として、AlNを3nmの厚さに形成した。 Further, as the non-added layer 4132 was formed AlN with a thickness of 3 nm. 係る添加層4131と非添加層4132の形成を、それぞれが40層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。 And added layer 4131 according to the formation of the non-added layer 4132, respectively so that the portions 40 layers was carried out repeated alternately.

同様に、緑色蛍光層413Gの添加層4133を構成すべく、600℃で、Al 0.3 Ga 0.7 Nを3nmの厚さに形成した。 Similarly, in order to constitute the additive layer 4133 of the green fluorescent layer 413G, at 600 ° C., to form the Al 0.3 Ga 0.7 N to a thickness of 3 nm. その際には、Tbを同時にドープさせた。 At that time, it was at the same time doped with Tb. さらに、非添加層4134として、AlNを3nmの厚さに形成した。 Further, as the non-added layer 4134 was formed AlN with a thickness of 3 nm. 係る添加層4133と非添加層4134の形成を、それぞれが30層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。 And added layer 4133 according to the formation of the non-added layer 4134, respectively so that the portions 30 layers was carried out repeated alternately.

同様に、赤色蛍光層413Rの添加層4135を構成すべく、600℃で、Al 0.3 Ga 0.7 Nを3nmの厚さに形成した。 Similarly, in order to constitute the additive layer 4135 of the red phosphor layer 413R, at 600 ° C., to form the Al 0.3 Ga 0.7 N to a thickness of 3 nm. その際には、Euを同時にドープさせた。 At that time, it was at the same time doped with Eu. さらに、非添加層4135として、AlNを3nmの厚さに形成した。 Further, as the non-added layer 4135 was formed AlN with a thickness of 3 nm. 係る添加層4135と非添加層4136の形成を、それぞれが20層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。 And added layer 4135 according to the formation of the non-added layer 4136, respectively so that the portions 20 layers was carried out repeated alternately.

さらに、600℃で、n型導電層421として、SiをドープしたAl 0.5 Ga 0.5層を2μmの厚さに形成した。 Furthermore, at 600 ° C., as the n-type conductive layer 421, to form the Al 0.5 Ga 0.5 layer doped with Si to a thickness of 2 [mu] m. 引き続き、600℃で、クラッド層422として、SiをドープしたAl 0.48 Ga 0.52 N層を20nmの厚さに形成した。 Subsequently, at 600 ° C., as a cladding layer 422 was formed Al 0.48 Ga 0.52 N layer doped with Si to a thickness of 20 nm.

次いで、発光層423の第1組成層4231を構成すべく、600℃で、SiをドープしたAl 0.4 Ga 0.58 In 0.02 N層を2.5nmの厚さに形成した。 Then, in order to form the first composition layer 4231 of the light-emitting layer 423, at 600 ° C., to form the Al 0.4 Ga 0.58 In 0.02 N layer doped with Si to a thickness of 2.5 nm. さらに、600℃で、第2組成層4232としてSiをドープしたAl 0.45 Ga 0.55 N層を2.5nmの厚さに形成した。 Furthermore, at 600 ° C., to form the Al 0.45 Ga 0.55 N layer doped with Si as the second composition layer 4232 to a thickness of 2.5 nm. 係る第1組成層4231と第2組成層4232の形成をそれぞれが10層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。 Each of the first composition layer 4231 of the formation of the second composite layer 4232 so as to be ten layers was carried out repeated alternately. なお係る組成を有する発光層423は、実施例4で例示する組成の発光層323よりも短波長の紫外光を発光するものである。 Emitting layer 423 having the composition noted according is to emit ultraviolet light having a shorter wavelength than the light-emitting layer 323 having a composition illustrated in Example 4.

続けて、p型導電層424を構成すべく、600℃で、添加層4241としてMgをドープしたAl 0.5 Ga 0.5 N層を2.5nmの厚さに形成し、引き続き非添加層4242として、600℃で、Al 0.48 Ga 0.52 N層を2.5nmの厚さに形成した。 Subsequently, in order to constitute the p-type conductive layer 424, at 600 ° C., the Al 0.5 Ga 0.5 N layer doped with Mg as the additive layer 4241 was formed to a thickness of 2.5 nm, as subsequently non-added layer 4242, 600 at ° C., to form the Al 0.48 Ga 0.52 N layer to a thickness of 2.5 nm. 係る添加層4241と非添加層4242との形成を、それぞれが100層ずつとなるよう、繰り返し行った。 And added layer 4241 according to the formation of the non-added layer 4242, respectively so that the portions 100 layers was carried out repeatedly.

その後、クラッド層422、発光層423、およびp型導電層424を所定のエッチング工程によって部分的にエッチング除去することによって、n型導電層221の一部を露出させ、この露出部分に対してAl/Tiからなるn型電極426を形成した。 Thereafter, the cladding layer 422 by partially etching away by the light-emitting layer 423, and a p-type conductive layer 424 a predetermined etching process, to expose part of the n-type conductive layer 221, Al for this exposed portion / to form an n-type electrode 426 made of Ti. また、p型導電層224上に、Au/Niからなるp型電極425を形成した。 Further, on the p-type conductive layer 224, to form a p-type electrode 425 made of Au / Ni.

得られた発光装置401に対し、Au/Ni電極とAl/Ti電極との間に電圧を印加したところ、白色光の発光が確認された。 To the light emitting device 401 obtained, when a voltage was applied between the Au / Ni electrode and the Al / Ti electrode, emission of white light it was confirmed.

(実施例6) (Example 6)
本実施例においては、図6に示す発光装置1001を作製した。 In the present embodiment, the light emitting device 1001 shown in FIG. まず、蛍光体構造1010については、MOCVD装置を用いて、実施例1の蛍光体10と同様に、AlNからなるバッファ層1014と、GaNからなる下地層1012を作製した。 First, the phosphor structure 1010, using the MOCVD apparatus, similarly to the phosphor 10 of Example 1, a buffer layer 1014 made of AlN, was prepared undercoat layer 1012 made of GaN. 引き続き、成長させたGaN層を保護するために、TMGとNH3を平均流速10m/secで流して、GaN膜を厚さ10nm成長させた。 Subsequently, in order to protect the GaN layer grown by flowing TMG and NH3 at an average flow rate of 10 m / sec, it was thick 10nm growing a GaN film.

成長終了後、膜形成された基板を取り出し、これを所定のMBE装置の中に設置した。 After the growth, the substrate is taken out, which is membrane forming and placed it in a predetermined MBE apparatus. MBE装置は、固体源として、7NのGa、7NのIn、6NのAlを用いた。 MBE apparatus, as a solid source, using Ga of 7N, an In of 7N, the Al of 6N. また、窒素源として、所定の高周波プラズマ装置により発生した原子状窒素を用いた。 Further, as a nitrogen source, it was used atomic nitrogen generated by a predetermined high-frequency plasma device. 蛍光層を形成するために添加すべく、3NのTbおよびEuの固体源をそれぞれ設けた。 To be added to form a phosphor layer, provided 3N of Tb and Eu in the solid sources, respectively.

まず、基板を900℃まで加熱した後、H2を流すことにより保護層となっていたGaN膜を除去した。 First, after the substrate was heated to 900 ° C., to remove the GaN film has protection layer by flowing H2.

続けて、GaNの下地層1012の上に、蛍光層1013を構成すべく、600℃で、Ga 0.75 In 0.25 Nを2nmの厚さに形成した。 Subsequently, on the GaN underlying layer 1012, so as to constitute the fluorescent layer 1013, at 600 ° C., to form a Ga 0.75 In 0.25 N with a thickness of 2 nm. その際には、TbとEuとを同時にドープさせた。 At that time, it was simultaneously doped and Tb and Eu.

引き続き、MBE装置において、蛍光体構造1010の上に、実施例2のダイオード構造120の作製と同様に、ダイオード構造1020の作製を行った。 Subsequently, in the MBE apparatus, on the phosphor structure 1010, like the preparation of the diode structure 120 Example 2 was prepared in the diode structure 1020.

得られた発光装置1001に対し、Au/Ni電極とAl/Ti電極との間に電圧を印加したところ、白色光の発光が確認された。 To the light emitting device 1001 obtained, when a voltage was applied between the Au / Ni electrode and the Al / Ti electrode, emission of white light it was confirmed.

<変形例> <Modification>
Al、In、Ga、Bを少なくとも1種含む窒化物、つまりはAl x In Y Ga 1-XY N(0≦X≦1、0≦Y≦1)を蛍光体として利用するのであれば、上述のように単結晶基板にエピタキシャル成長させる態様のみならず、該窒化物そのものを単結晶、エピタキャル膜、多結晶あるいは粉体等の様々な形態で利用することはもちろん可能である。 Al, an In, Ga, nitride comprising at least one of B, if clogging than utilizing Al x In Y Ga 1-XY N a (0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1) as a phosphor, above a single crystal substrate not only embodiment is epitaxially grown as a single crystal of the nitride itself, Epitakyaru film, it is of course possible to use in various forms, such as polycrystalline or powder. これらに希土類あるいは遷移金属元素を添加して用いる態様も同様に可能である。 Embodiment used in these doped with a rare earth or a transition metal element are also possible.

希土類あるいは遷移金属元素としては、上述のように、赤色発光にEu、青色発光にTm、緑色発光TbあるいはHo等を用いることが可能であり、さらに赤外発光にはErを用いることが可能であるが、必ずしもこれらの元素に限られるわけではない。 Examples of the rare earth or transition metal element, as described above, it is possible to use Tm, green-emitting Tb or Ho, such as red light-emitting Eu, blue light emission, and more infrared light emitting can be used Er some, but not necessarily limited to these elements.

また、上記の実施の形態では、主として、希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層と添加されていない非添加層とが交互に配置される態様が実現されていたが、これに代わり、異なる希土類あるいは遷移金属元素が添加された層が交互に配置される態様であってもよい。 Further, in the above embodiment, primarily, although embodiments and non-additive layer not added with an additive layer with a rare earth or transition metal element is added are alternately arranged has been realized, Instead, different a manner in which a layer rare earth or transition metal element is added are alternately arranged may be.

さらに、発光装置と蛍光体とを、基材を共通とし、その基材を挟んで対向するように、基材の主面に形成することも可能である。 Furthermore, a light emitting device and a phosphor, the substrates and the common, so as to face each other across the substrate, can be formed on the main surface of the substrate. また、発光装置と蛍光体とを、基材を共通としてその基材の同じ主面側に形成することも可能である。 Further, a light emitting device and a phosphor, it is also possible to form the same main surface side of the substrate the substrate as a common.

本発明の第1の実施の形態に係る発光装置1を模式的に示す図である。 The light emitting device 1 according to a first embodiment of the present invention is a diagram schematically showing. 本発明の第2の実施の形態に係る発光装置101を模式的に示す図である。 The light emitting device 101 according to a second embodiment of the present invention is a diagram schematically showing. 本発明の第3の実施の形態に係る発光装置201を模式的に示す図である。 The light emitting device 201 according to the third embodiment of the present invention is a diagram schematically showing. 本発明の第4の実施の形態に係る発光装置301を模式的に示す図である。 The light emitting device 301 according to the fourth embodiment of the present invention is a diagram schematically showing. 本発明の第5の実施の形態に係る発光装置401を模式的に示す図である。 The light emitting device 401 according to the fifth embodiment of the present invention is a diagram schematically showing. 本発明の第6の実施の形態に係る発光装置1001を模式的に示す図である。 The light emitting device 1001 according to a sixth embodiment of the present invention is a diagram schematically showing.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1、101、201、301、401、1001 発光装置 10、210 蛍光体 110、310、410、1010 蛍光体構造 11、111、211,311、411、1011 (蛍光体(構造)の)の基板 12、112、212、312、412。1012 (蛍光体(構造)の)下地層 13、113、213、313、413、1013 蛍光層 13G、113G、213G、313G、413G 緑色蛍光層 13R、113R、213R、313R、413R 赤色蛍光層 14,114、1014 低温バッファ層 20、229 LED素子 120、320、420、1020 ダイオード構造 21、121、221、321、421、1021 n型導電層 22、122、223、323、423、1022 発光層 23、123、2 1,101,201,301,401,1001 substrate 12 of the light emitting device 10, 210 phosphor 110,310,410,1010 phosphor structure 11,111,211,311,411,1011 (phosphor (structure)) , 112,212,312,412.1012 (phosphor (structure)) underlayer 13,113,213,313,413,1013 fluorescent layer 13G, 113G, 213G, 313G, 413G green fluorescent layer 13R, 113R, 213R , 313R, 413R red fluorescent layer 14,114,1014 low temperature buffer layer 20,229 LED elements 120,320,420,1020 diode structure 21,121,221,321,421,1021 n-type conductive layer 22,122,223, 323,423,1022 the light-emitting layer 23,123,2 2、322、422、1022 クラッド層 24、124、224、324、424、1024 p型導電層 25、125、225、325、425、1025 p型電極 26、126、226、326、426、1026 n型電極 213b、313b、413b 青色蛍光層 27、227 (LED素子の)基板 C1〜C3 キャップ層 I1〜I3 島状結晶 2,322,422,1022 cladding layer 24,124,224,324,424,1024 p-type conductive layer 25,125,225,325,425,1025 p-type electrode 26,126,226,326,426,1026 n type electrodes 213b, 313b, 413b (of LED elements) blue fluorescent layer 27,227 substrate C1~C3 capping layer I1~I3 island crystals

Claims (3)

  1. Al、In、Ga、Bのうち、少なくとも1種の元素を含む窒化物に希土類希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加領域をそれぞれに含む複数の蛍光領域を備え、前記添加領域に添加されている前記希土類希土類あるいは遷移金属元素の種類がそれぞれの蛍光領域ごとに異なる蛍光体に、所定の光源から発光された第1の光を照射する照射工程と、 Al, an In, Ga, among B, comprises a plurality of fluorescent regions including at least one nitride containing the element to the rare earth earth or added transition metal element was added regions respectively, are added to the doped region the rare earth or different types phosphors for each of the fluorescent region of the transition metal element are an irradiation step of irradiating the first light emitted from a predetermined light source,
    前記第1の光と励起された前記窒化物からの励起光とによって前記希土類希土類あるいは遷移金属を励起して、前記複数の蛍光領域のそれぞれから光を発光させることにより、第2の波長範囲を有する第2の光を成分として有する光を発光する発光工程と、 To excite the rare-earth rare earth or transition metal by the excitation light from said first of said nitride excited with light, by emitting light from each of the plurality of fluorescent regions, the second wavelength range a light emitting step of emitting light having a second light having a component,
    を備えることを特徴とする多色光の発光方法。 Emission method of polychromatic light, characterized in that it comprises a.
  2. 請求項1に記載の発光方法であって、 A light-emitting method according to claim 1,
    前記蛍光体が、 The phosphor is,
    前記希土類希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第1の希土類希土類あるいは遷移金属元素が添加された第1の蛍光領域と、 As the rare-earth rare earth or transition metal element, a first fluorescent region where the first rare earth or transition metal element that emits red light has been added by the excitation,
    前記希土類希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第2の希土類希土類あるいは遷移金属元素が添加された第2の蛍光領域と、 As the rare-earth rare earth or transition metal element, a second fluorescent region where the second rare earth or transition metal element that emits green light has been added by the excitation,
    の2つの蛍光領域を備えており、 It includes two fluorescent areas of
    前記照射工程が、青色光を発光する工程であり、 The irradiation step is a step of emitting blue light,
    前記発光工程が、前記第1および第2の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光とを前記第2の光として発光することにより、前記青色光と前記第2の光とを成分として有する光を発光する工程である、 The light emitting process, by emitting respective red light, green light, from the first and second fluorescent region as said second light, light having a second optical with the blue light as the component a step of emitting,
    ことを特徴とする多色光の発光方法。 Emission method of polychromatic light, characterized in that.
  3. 請求項1に記載の発光方法であって、 A light-emitting method according to claim 1,
    前記蛍光体が、 The phosphor is,
    前記希土類希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第1の希土類希土類あるいは遷移金属元素が添加された第1の蛍光領域と、 As the rare-earth rare earth or transition metal element, a first fluorescent region where the first rare earth or transition metal element that emits red light has been added by the excitation,
    前記希土類希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第2の希土類希土類あるいは遷移金属元素が添加された第2の蛍光領域と、 As the rare-earth rare earth or transition metal element, a second fluorescent region where the second rare earth or transition metal element that emits green light has been added by the excitation,
    前記希土類希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって青色光を発光する第3の希土類希土類あるいは遷移金属元素が添加された第3の蛍光領域と、 As the rare-earth rare earth or transition metal element, and a third fluorescent region third rare earth or transition metal element that emits blue light has been added by the excitation,
    の3つの蛍光領域を備えており、 Equipped with three fluorescent regions of
    前記照射工程が、紫外光を発光する工程であり、 The irradiation step is a step of emitting ultraviolet light,
    前記発光工程が、前記第1、第2および第3の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光と青色光とを前記第2の光として発光する工程である、 The light emitting process, the first, a step of emitting the second and third, respectively from the fluorescent regions red, green, and blue light as the second light,
    ことを特徴とする多色光の発光方法。 Emission method of polychromatic light, characterized in that.
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