JP2008098526A - 発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】素子内部に蛍光体を配したものであっても、転位密度を小さくして素子の性能の悪化を抑制する。
【解決手段】発光層を有するエピタキシャル層１４が成長基板１１の表面１１ａ上に形成されるＬＥＤチップ１において、成長基板１１の表面１１ａに形成された凹部１１ｂと、成長基板１１の凹部１１ｂに配置され、発光層から発せられる光により励起されて波長変換光を発する蛍光体を含有した黄色蛍光部１２と、成長基板１１の表面１１ａを黄色蛍光部１２とともに被覆し、エピタキシャル層１４が成長可能な材料からなる被覆層１３と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光層を有するエピタキシャル層が成長基板の表面上に形成される発光素子に関する。

白色光を得る発光装置として、青色光を発するＬＥＤチップと、この青色光を励起光とする黄色蛍光体を含みＬＥＤチップを封止する封止樹脂と、を備えたものが知られている。しかし、この発光装置では、ＬＥＤチップの周囲に蛍光体を配するために、蛍光体の励起により樹脂層にて発せられる波長変換光の配光を制御することが困難である。

このような問題点が生じないＬＥＤチップとして、ＬＥＤチップにおける半導体の基板上に蛍光体を含む層を形成するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のＬＥＤチップによれば、サファイア基板の全面に蛍光体を含有するポリビニルアルコールをスピンコートし、マスクパターン形成後に紫外線露光により蛍光体層の一部を固化した後、不要な部分を有機溶剤で除去することにより、所定形状の蛍光体層が形成される。そして、蛍光体層を透明導電体膜に被覆した後、バッファ層、窒化ガリウム系半導体層が基板表面にエピタキシャル成長により形成される。
特開２００２−１７０９８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のＬＥＤチップでは、サファイア基板上にバッファ層、窒化ガリウム系半導体層を形成する際に、サファイア基板の表面における蛍光体層以外の部分のみから成長するため、エピタキシャル層の転移密度が大きくなり、素子の性能が悪化するという問題点がある。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、素子内部に蛍光体を配したものであっても、転位密度を小さくして素子の性能の悪化を抑制することのできる発光素子を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明では、
発光層を有するエピタキシャル層が成長基板の表面上に形成される発光素子において、
前記成長基板の前記表面に形成された凹部と、
前記成長基板の前記凹部に配置され、前記発光層から発せられる光により励起されて波長変換光を発する蛍光体を含有した蛍光部と、
前記成長基板の前記表面を前記蛍光部とともに被覆し、前記エピタキシャル層が成長可能な材料からなる被覆層と、を備えたことを特徴とする発光素子が提供される。

本発明の発光素子によれば、発光層から発せられた光が蛍光部へ入射すると、この光により励起された蛍光体から波長変換光が発せられる。そして、発光層から発せられた光のスペクトルと、蛍光体から発せられた光のスペクトルと、を重ね合わせたスペクトルの光が素子外部へ放射される。このように、発光素子から波長変換光が取り出されるので、発光装置における波長変換光の配光制御に有利である。これにより、従来の発光装置のように素子外部に蛍光体を含有した部材を設ける必要がないので、発光素子を備える発光装置の小型化を図ることができる。
さらに、エピタキシャル層の形成に際し、成長基板の表面を蛍光部とともに被覆した被覆層に全体的に成長されるため、転位密度の小さい良質な結晶を得ることができる。

また、上記発光素子において、
前記凹部は、前記表面上の所定方向について間隔をおいて形成されることが好ましい。

この発光素子によれば、凹部に配置される蛍光部が間隔をおいて形成されることから、発光層から発せられた光の一部が蛍光部へ入射し、他部が蛍光部へ入射することなく蛍光部の間隙から素子外部へ直接的に放射されることとなる。これにより、素子から放射される光のうち、発光層から発せられる光に対応するスペクトル成分については蛍光部を介さずに取り出すことができ、当該スペクトル成分の光量を大きくすることができる。また、蛍光部へ入射した光については、蛍光体にて波長変換されるとともに拡散されるので、蛍光体から発せられる波長変換光のスペクトル成分が、素子から放射される角度によって変化するようなことはなく、素子外部へ放射される光に色むら等が生じるようなことはない。

また、上記発光素子において、
前記エピタキシャル層は、Ａｌ_ＸＩｎ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）であることが好ましい。

この発光素子によれば、エピタキシャル層の発光層からは、例えば紫外領域、青色領域、緑色領域等にピーク波長を有する光が発せられる。

また、上記発光素子において、
前記成長基板は、Ａｌ_２Ｏ_３からなり、
前記被覆層は、Ａｌ_２Ｏ_３からなることが好ましい。

この発光素子によれば、成長基板と被覆層が同じ材質であるので、成長基板と被覆層で熱膨張率及び屈折率が等しくなる。そして、成長基板と被覆層で熱膨張率が等しいと、製造時におけるエピタキシャル成長時の加熱により、これらの間で熱歪みを生じることがなく、素子製造時に不具合等が生じるようなことはない。また、成長基板と被覆層で熱膨張率が等しいことから、発光層から発せられる光がこれらの界面で反射することはなく、光取り出し効率を向上させることができる。

また、上記発光素子において、
前記被覆層は、ＡｌＮからなることが好ましい。

この発光素子によれば、エピタキシャル層を形成する際に、被覆層がバッファ層の役割を果たすので、実用に際して極めて有利である。

また、上記発光素子において、
前記被覆層は、スピンオンガラスであることが好ましい。

この発光素子によれば、被覆層を透明な単結晶とすることができる。

また、上記発光素子において、
前記蛍光部は、前記発光層から発せられる光についてフォトニック結晶を構成していることが好ましい。

この発光素子によれば、発光層から蛍光部へ入射した光について、光取り出し効率がさらに向上する。

また、上記発光素子において、
前記蛍光部は、拡散材を含有することが好ましい。

この発光素子によれば、蛍光体に加えて拡散材によっても光を拡散することができ、蛍光部から出射する光を効率良く拡散させることができる。

また、前記目的を達成するため、本発明では、
発光層を有するエピタキシャル層が成長基板の表面上に形成される発光素子において、
前記成長基板の前記表面に形成された第１凹部と、
前記成長基板の前記第１凹部に配置され、前記発光層から発せられる光により励起されて波長変換光を発する蛍光体を含有した第１蛍光部と、
前記成長基板と前記エピタキシャル層の間に配される中間層と、
前記中間層の表面に形成される第２凹部と、
前記中間層の前記第２凹部に配置され、前記発光層から発せられる光により励起されて波長変換光を発する蛍光体を含有した第２蛍光部と、
前記中間層の前記表面を前記第２蛍光部とともに被覆し、前記エピタキシャル層が成長可能な材料からなる被覆層と、を備えたことを特徴とする発光素子が提供される。

この発光素子によれば、発光層から発せられた光が第１蛍光部又は第２蛍光部へ入射すると、この光により励起された蛍光体からそれぞれ波長変換光が発せられる。そして、発光層から発せられた光のスペクトルと、第１蛍光部の蛍光体から発せられた光のスペクトルと、第２蛍光部の蛍光体から発せられた光のスペクトルと、を重ね合わせたスペクトルの光が素子外部へ放射される。このように、発光素子から波長変換光が取り出されるので、発光装置における波長変換光の配光制御に有利である。これにより、従来の発光装置のように素子外部に蛍光体を含有した部材を設ける必要がないので、発光素子を備える発光装置の小型化を図ることができる。
ここで、第１蛍光部と第２蛍光部とで同じピーク波長で発光する蛍光体を用いることにより、多段階の波長変換を行うことができ、波長変換効率の向上を図ることができる。また、第１蛍光部と第２蛍光部とで異なるピーク波長で発光する蛍光体を用いることにより、素子外部へ放射される光のスペクトルをブロードにすることができる。
さらに、エピタキシャル層の形成に際し、成長基板の表面を蛍光部とともに被覆した被覆層に全体的に成長されるため、転位密度の小さい良質な結晶を得ることができる。

本発明によれば、素子内部に蛍光体を配したものであっても、転位密度を小さくして素子の性能の悪化を抑制することができ、素子から放射される光量を従来よりも大きくすることができる。

図１及び図２は本発明の第１の実施形態を示すもので、図１はＬＥＤチップの概略模式断面図、図２はＬＥＤチップの成長基板の表面を示す成長基板の平面図である。

図１に示すように、このＬＥＤチップ１は、フリップチップ型であり、チップ外部へ白色光を放射する。ＬＥＤチップ１は、成長基板１１の表面１１ａに形成された凹部１１ｂと、成長基板１１の凹部１１ｂに配置され、青色領域にピーク波長を有する光により励起されて波長変換光を発する黄色蛍光体を含有した黄色蛍光部１２と、成長基板１１の表面１１ａを黄色蛍光部１２とともに被覆する被覆層１３と、を備えている。また、ＬＥＤチップ１は、被覆層１３上に成長されｌ_ＸＩｎ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表されるエピタキシャル層１４を備えている。エピタキシャル層１４は、バッファ層１５、ｎ型層１６、ＭＱＷ（multiple-quantum well）層１７及びｐ型層１８がこの順に積層されている。そして、ｐ電極２０がｐ型層１８上に形成され、ｎ電極２１がｎ型層１６上に形成される。

本実施形態においては、成長基板１１としてサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板が用いられる。成長基板１１の厚さは４００μｍである。尚、成長基板１１はこれに限定されることはなく、スピネル、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化マンガン、III族窒化物系化合物半導体単結晶等からなる基板を用いてもよい。この成長基板１１の表面１１ａに、化学的あるいは機械的に凹部１１ｂが形成される。

凹部１１ｂは、断面にて矩形状を呈し同方向へ延びるよう形成される。すなわち、凹部１１ｂは、表面１１ａ上の所定方向について間隔をおいて形成されている。本実施形態においては、凹部１１ｂの幅方向寸法は５００ｎｍであり、深さ寸法は５００ｎｍとなっている。図２に示すように、凹部１１ｂは、平面視にて成長基板１１の表面１１ａにストライプ状に形成される。

凹部１１ｂに配置される黄色蛍光部１２は、例えば（Ｙ，Ｇｄ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋等からなる黄色蛍光体を含有した無機材料からなる。本実施形態においては、無機材料としてＡｌ_２Ｏ_３が用いられる。また、無機材料は、例えばシリカからなる拡散材を含有している。黄色蛍光部１２は凹部１１ｂに配置されていることから、幅方向寸法が５００ｎｍ、深さ寸法が５００ｎｍとなっており、ＭＱＷ層１７の発光層から発せられる光のピーク波長の４６０ｎｍとほぼ同じ寸法となっている。これにより、黄色蛍光部１２は、発光層から発せられる光についてフォトニック結晶を構成している。黄色蛍光部１２は、無機材料が混入された有機剤を表面１１ａに塗布し、焼成して有機剤を揮発させることにより形成される。

被覆層１３は、厚さが１０００ｎｍのスピンオンガラスであり、成長基板１１の表面１１ａをコーティングしている。ここで、スピンオンガラスとは、金属アルコキシドの溶液を塗布して、ゾルゲル反応により得られるガラスである。本実施形態においては、被覆層１３は、透明で単結晶のＡｌ_２Ｏ_３からなり、Ａｌ_ＸＩｎ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）からなるエピタキシャル層１４を成長可能となっている。ここで、被覆層１３は、スパッタにより形成してもよい。尚、本実施形態においては、被覆層１３はＡｌ_２Ｏ_３であるが、例えばＡｌＮであってもよく、エピタキシャル層１４を成長可能であれば他の材料であってもよい。

バッファ層１５は、被覆層１３上にＡｌＮを用いてＭＯＣＶＤ法で形成される。バッファ層１５はこれに限定されることはなく、材料としてはＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮ等を用いてもよい。また、製法としては分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハイドライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等を用いてもよい。バッファ層１５の厚さは３０ｎｍである。尚、前述のように被覆層１３をＡｌＮとした場合、バッファ層１５としての役割を果たすので、実用に際して極めて有利である。

ｎ型層１６は、ｎ型不純物としてＳｉをドープしたＧａＮからなる。本実施形態においてはｎ型層１６をＧａＮで形成しているが、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮを用いてもよい。また、ｎ型層１６にｎ型不純物としてＳｉをドープしているが、ｎ型不純物としてＧｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いてもよい。

ＭＱＷ層１７は、複数の発光層とこれらの間に介在するバリア層とを有している。具体的に、発光層は、組成がＩｎ_０．１２Ｇａ_０．８８Ｎであり膜厚が２．５ｎｍである。また、バリア層は、組成がＧａＮであり膜厚が３．０ｎｍである。発光層から発せられる光により、黄色蛍光部１２の蛍光体が励起される。

ｐ型層１８は、ｐ型不純物としてＭｇをドープしたＧａＮからなる。本実施形態においてはｐ型層１８をＧａＮで形成しているが、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮを用いてもよい。また、ｐ型不純物としてＭｇをドープしているが、ｐ側不純物としてＺｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を用いてもよい。

ｐ電極２０は例えばＡｕを含む材料で構成され、ｐ型層１８上に蒸着により形成される。また、ｎ電極２１は例えばＶ／Ａｌの２層で構成され、ｐ型層１８、ＭＱＷ層１７及びｎ型層１６の一部をエッチングにより除去して露出したｎ型層１６上に蒸着により形成される。

以上のように構成されたＬＥＤチップ１によれば、ＭＱＷ層１７の発光層から発せられた光が黄色蛍光部１２へ入射すると、この光により励起された黄色蛍光体から波長変換光が発せられる。そして、発光層から発せられた青色光のスペクトルと、蛍光体から発せられた黄色光のスペクトルと、を重ね合わせたスペクトルの光がチップ外部へ放射される。すなわち、チップ外部へは白色光が放射される。このように、ＬＥＤチップ１から波長変換光が取り出されるので、発光装置における波長変換光の配光制御に有利である。これにより、従来の発光装置のようにチップ外部に蛍光体を含有した部材を設ける必要がないので、ＬＥＤチップ１を備える発光装置の小型化を図ることができる。

さらに、エピタキシャル層１４の形成に際し、成長基板１１の表面１１ａを黄色蛍光部１２とともに被覆した被覆層１３に全体的に成長されるため、転位密度の小さい良質な結晶を得ることができる。従って、チップ内部に蛍光体を配しても、転位密度を小さくしてチップの性能の悪化を抑制することができ、チップから放射される光量を従来よりも大きくすることができる。

また、本実施形態のＬＥＤチップ１によれば、成長基板１１と被覆層１３が同じ材質であるので、成長基板１１と被覆層１３で熱膨張率及び屈折率が等しくなる。そして、成長基板１１と被覆層１３で熱膨張率が等しいと、製造時におけるエピタキシャル成長時の加熱により、これらの間で熱歪みを生じることがなく、素子製造時に不具合等が生じるようなことはない。また、成長基板１１と被覆層１３で熱膨張率が等しいことから、発光層から発せられる光がこれらの界面で反射することはなく、光取り出し効率を向上させることができる。

また、本実施形態のＬＥＤチップ１によれば、凹部１１ｂに配置される黄色蛍光部１２が間隔をおいて形成されることから、発光層から発せられた青色光の一部が黄色蛍光部１２へ入射し、他部が黄色蛍光部１２へ入射することなく黄色蛍光部１２の間隙からチップ外部へ直接的に放射されることとなる。これにより、青色光に対応するスペクトル成分については黄色蛍光部１２を介さずに取り出すことができ、青色のスペクトル成分の光量を大きくすることができる。また、黄色蛍光部１２へ入射した光については、蛍光体にて波長変換されるとともに拡散されるので、蛍光体から発せられる黄色のスペクトル成分が、チップから放射される角度によって変化するようなことはなく、チップ外部へ放射される白色光に、青色成分と黄色成分の色むら等が生じるようなことはない。黄色蛍光部１２が拡散材を含有しているので、黄色蛍光部１２へ入射した光は蛍光体に加えて拡散材によっても拡散され、黄色蛍光部１２から出射する光を効率良く拡散させることができる。

また、本実施形態のＬＥＤチップ１によれば、黄色蛍光部１２がフォトニック結晶であるので、発光層から黄色蛍光部１２へ入射した光について、光取り出し効率がさらに向上する。

尚、前記実施形態においては、黄色蛍光部１２を平面視にてストライプ状となるよう形成したものを示したが、例えば、図３に示すように、凹部１１ｂを平面視にて方形状に形成して、黄色蛍光部１２を表面１１ａ上に点在させたものであってもよい。図３には、正方形状の黄色蛍光部１２が、縦方向及び横方向に間隔をおいて並んで形成されたものを示している。このように、黄色蛍光部１２の配置状態、形状等は任意であり、適宜に変更することが可能である。

また、前記実施形態においては、発光層から発せられる青色光と、黄色蛍光部１２から発せられる黄色光との組み合わせにより白色光を得るものを示したが、例えば、図４に示すように、間隔をおいて形成されている凹部１１ｂに緑色蛍光部３２と赤色蛍光部４２を交互に配置し、青色光と、緑色光及び赤色光の組み合わせにより白色光を得るようにしてもよい。さらに、ＭＱＷ層１７から発せられる光を紫外光とし、青色蛍光体と、緑色蛍光体及び赤色蛍光体とを組み合わせることにより白色光を実現することもできる。

図５及び図６は本発明の第２の実施形態を示すもので、図５はＬＥＤチップの概略模式断面図、図６はＬＥＤチップの中間層の表面を示す中間層の平面図である。

図５に示すように、このＬＥＤチップ１０１は、フリップチップ型であり、チップ外部へ白色光を放射する。ＬＥＤチップ１０１は、成長基板１１１の表面１１１ａに形成された第１凹部１１ｂと、成長基板１１１の第１凹部１１１ｂに配置され、青色領域にピーク波長を有する光により励起されて波長変換光を発する赤色蛍光体を含有した赤色蛍光部１４２と、成長基板１１１の表面１１１ａを赤色蛍光部１４２とともに被覆する第１被覆層１１３と、を備えている。また、ＬＥＤチップ１０１は、第１被覆層１１３上に設けられる中間層１１９と、中間層１１９の表面１１９ａに形成された第２凹部１１９ｂと、中間層１１９の第２凹部１１９ｂに配置され、青色領域にピーク波長を有する光により励起されて波長変換光を発する緑色蛍光体を含有した緑色蛍光部１３２と、中間層１１９の表面１１９ａを緑色蛍光部１３２とともに被覆する第２被覆層１２３と、を備えている。さらに、ＬＥＤチップ１０１は、第２被覆層１２３上に成長されｌ_ＸＩｎ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表されるエピタキシャル層１１４を備えている。エピタキシャル層１１４は、バッファ層１１５、ｎ型層１１６、ＭＱＷ層１１７及びｐ型層１１８がこの順に積層されている。そして、ｐ電極１２０がｐ型層１１８上に形成され、ｎ電極１２１がｎ型層１１６上に形成される。

本実施形態においては、成長基板１１１としてサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板が用いられる。成長基板１１１の厚さは４００μｍである。

第１凹部１１１ｂは、断面にて矩形状を呈し同方向へ延びるよう形成される。すなわち、第１凹部１１１ｂは、表面１１１ａ上の所定方向について間隔をおいて形成されている。本実施形態においては、第１凹部１１１ｂの幅方向寸法は５００ｎｍであり、深さ寸法は５００ｎｍとなっている。図２に示すように、第１凹部１１１ｂは、平面視にて成長基板１１１の表面１１１ａにストライプ状に形成される。

第１凹部１１１ｂに配置される第１蛍光部としての赤色蛍光部１４２は、例えばα−サイアロン：Ｅｕ^２＋、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋等からなる赤色蛍光体を含有した無機材料からなる。本実施形態においては、無機材料としてＡｌ_２Ｏ_３が用いられる。また、無機材料は、例えばシリカからなる拡散材を含有している。赤色蛍光部１４２は第１凹部１１１ｂに配置されていることから、幅方向寸法が５００ｎｍ、深さ寸法が５００ｎｍとなっており、ＭＱＷ層１１７の発光層から発せられる光のピーク波長の４６０ｎｍとほぼ同じ寸法となっている。これにより、赤色蛍光部１４２は、発光層から発せられる光についてフォトニック結晶を構成している。

第１被覆層１１３は、厚さが１０００ｎｍのスピンオンガラスであり、成長基板１１１の表面１１１ａをコーティングしている。本実施形態においては、被覆層１１３は、透明で単結晶のＡｌ_２Ｏ_３からなる。

中間層１１９は、厚さが１０００ｎｍのアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる。第２凹部１１９ｂは、断面にて矩形状を呈し同方向へ延びるよう形成される。すなわち、第２凹部１１９ｂは、中間層１１９上の所定方向について間隔をおいて形成されている。本実施形態においては、第２凹部１１９ｂの幅方向寸法は５００ｎｍであり、深さ寸法は５００ｎｍとなっている。図６に示すように、第２凹部１１９ｂは、平面視にて中間層１１９の表面１１９ａに、第１凹部１１１ｂと平行なストライプ状に形成される。本実施形態においては、図６に示すように、第１凹部１１１ｂと第２凹部１１９ｂは、平面視にて重ならないよう配置されている。

第２凹部１１９ｂに配置される第２蛍光部としての緑色蛍光部１３２は、例えば（Ｙ，Ｇｄ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋等からなる赤色蛍光体を含有した無機材料からなる。本実施形態においては、無機材料としてＡｌ_２Ｏ_３が用いられる。また、無機材料は、例えばシリカからなる拡散材を含有している。緑色蛍光部１３２は第２凹部１１９ｂに配置されていることから、幅方向寸法が５００ｎｍ、深さ寸法が５００ｎｍとなっており、ＭＱＷ層１１７の発光層から発せられる光のピーク波長の４６０とほぼ同じ寸法となっている。これにより、緑色蛍光部１３２は、発光層から発せられる光についてフォトニック結晶を構成している。

第２被覆層１２３は、厚さが１０００ｎｍのスピンオンガラスであり、中間層１１９の表面１１９ａをコーティングしている。本実施形態においては、被覆層１２３は、透明で単結晶のＡｌ_２Ｏ_３からなり、Ａｌ_ＸＩｎ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）からなるエピタキシャル層１４を成長可能となっている。

バッファ層１１５は、第２被覆層１２３上にＡｌＮを用いてＭＯＣＶＤ法で形成される。また、ｎ型層１１６は、ｎ型不純物としてＳｉをドープしたＧａＮからなる。

ＭＱＷ層１７は、複数の発光層とこれらの間に介在するバリア層とを有している。具体的に、発光層は、組成がＩｎ_０．１２Ｇａ_０．８８Ｎであり膜厚が２．５ｎｍである。また、バリア層は、組成がＧａＮであり膜厚が３．０ｎｍである。発光層から発せられる光により、緑色蛍光部１３２及び赤色蛍光部１４２の蛍光体が励起される。

ｐ型層１１８は、ｐ型不純物としてＭｇをドープしたＧａＮからなる。ｐ電極１２０はｐ型層１８上に蒸着により形成され、ｎ電極２１はｎ型層１６上に蒸着により形成される。

以上のように構成されたＬＥＤチップ１０１によれば、発光層から発せられた光が緑色蛍光部１３２又は赤色蛍光部１４２へ入射すると、この光により励起された蛍光体からそれぞれ波長変換光が発せられる。そして、発光層から発せられた青色光のスペクトルと、緑色蛍光体から発せられた緑色光のスペクトルと、赤色蛍光体から発せられた赤色光のスペクトルと、を重ね合わせたスペクトルの光がチップ外部へ放射される。すなわち、チップ外部へは、青色、緑色及び赤色にピークを有するブロードなスペクトル特性を有する白色光が放射される。

また、本実施形態のＬＥＤチップ１０１によれば、成長基板１１１から第２被覆層１２３まで同じ材質であるので、成長基板１１１から第２被覆層１２３まで熱膨張率及び屈折率が等しくなる。そして、成長基板１１１から第２被覆層１２３で熱膨張率が等しいと、製造時におけるエピタキシャル成長時の加熱により、これらの間で熱歪みを生じることがなく、素子製造時に不具合等が生じるようなことはない。また、成長基板１１１から第２被覆層１２３で熱膨張率が等しいことから、発光層から発せられる光がこれらの界面で反射することはなく、光取り出し効率を向上させることができる。このように、多層構造であっても、熱的、光学的に不具合を生じるようなことはない。

また、本実施形態のＬＥＤチップ１によれば、緑色蛍光部１３２及び赤色蛍光部１４２がそれぞれ間隔をおいて配置されているので、ＭＱＷ層１１７から青色光をチップ外部へ直接的に取り出すことができる。さらに、緑色蛍光部１３２と赤色蛍光部１４２とが平面視で重ならないようにしたので、緑色蛍光部１３２で波長変換された光の赤色蛍光部１４２への入射量を小さくし、緑色光の減衰を抑制することができる。

尚、第２の実施形態においては、緑色蛍光部１３２及び赤色蛍光部１４２を平面視にてストライプ状となるよう形成したものを示したが、例えば、図７に示すように、第１凹部１１１ｂ及び第２凹部１１９ｂを平面視にて方形状に形成して、緑色蛍光部１３２及び赤色蛍光部１４２を点在させたものであってもよい。図７には、正方形状の緑色蛍光部１３２及び赤色蛍光部１４２が、互いに平面視にて重ならないように、縦方向及び横方向に間隔をおいて並んで形成されたものを示している。

また、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、青色光と黄色光の組み合わせにより白色光を得る構成とすることができる。この場合、図８に示すように、第１凹部１１１ｂ及び第２凹部１１９ｂに第１蛍光部及び第２蛍光部として黄色蛍光部１１２を配置すればよい。この構成によれば、同じピーク波長で発光する蛍光体を用いることにより、多段階の波長変換を行うことができ、波長変換効率の向上を図ることができる。

また、第２の実施形態においては、２段階で波長変換を行うものを示したが、３段階以上で波長変換を行うようにしてもよい。要は、成長基板に第１蛍光部用の「第１凹部」が形成され、成長基板とエピタキシャル層との間に中間層が配されるとともに、中間層に第２蛍光部用の「第２凹部」が形成され、中間層がエピタキシャル成長可能な被覆層により被覆されていればよい。従って、図９に示すような３段階での波長変換も可能である。尚、図９においては、凹部が３つ形成されており、最もエピタキシャル層２１４に近い凹部（図中、第３凹部２３３ｂ）が、ここでいうところの「第２凹部」に相当する。

図９のＬＥＤチップ２０１は、成長基板２１１の表面２１１ａに第１凹部２１１ｂが形成され、第１凹部２１１ｂに赤色蛍光部２４２が配される。成長基板２１１の表面２１１ａ上には第１被覆層２１３を介して第１中間層２１９が設けられ、第１中間層２１９に緑色蛍光部２３２が配置される第２凹部２１９ｂが形成される。さらに、第１中間層２１９上には第２被覆層２２３を介して第２中間層２２９が設けられ、第２中間層２２９に青色蛍光部２５２が配置される第３凹部２２９ｂが形成される。第２中間層２２９の表面２２９ａ上には、エピタキシャル層２１４を成長可能な材料からなる第３被覆層２３３が設けられる。エピタキシャル層２１４は、バッファ層２１５、ｎ型層２１６、ＭＱＷ層２１７及びｐ型層２１８がこの順に積層されている。そして、ｐ電極２２０がｐ型層２１８上に形成され、ｎ電極２２１がｎ型層２１６上に形成される。ＭＱＷ層２１７の発光層からは紫外領域にピーク波長を有する光が発せられ、この紫外光により青色蛍光部２５２、緑色蛍光部２３２及び赤色蛍光部２４２にて蛍光体が励起されて波長変換光が発せられるようになっている。

また、第１及び第２の実施形態においては、フリップチップ型のＬＥＤチップ１に本発明を適用したものを示したが、フェイスアップ型のＬＥＤチップに本発明を適用可能であることは勿論であるし、例えばＬＤチップのようなＬＥＤチップ以外の発光素子にも適用可能である。

また、第１及び第２の実施形態においては、凹部が断面にて矩形状を呈するものを示したが、例えばハーフパイプ状やＶ字状に形成されたものであってもよい。さらに、各実施形態における各部の材質、寸法等は適宜に変更可能であるし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明の第１の実施形態を示すＬＥＤチップの概略模式断面図である。 ＬＥＤチップの成長基板の表面を示す成長基板の平面図である。 変形例を示す成長基板の平面図である。 変形例を示すＬＥＤチップの概略模式断面図である。 本発明の第２の実施形態を示すＬＥＤチップの概略模式断面図である。 ＬＥＤチップの中間層の表面を示す中間層の平面図である。 変形例を示す中間層の平面図である。 変形例を示すＬＥＤチップの概略模式断面図である。 変形例を示すＬＥＤチップの概略模式断面図である。

符号の説明

１ ＬＥＤチップ
１１ 成長基板
１１ａ 表面
１１ｂ 凹部
１２ 黄色蛍光部
１３ 被覆層
１４ エピタキシャル層
１５ バッファ層
１６ ｎ型層
１７ ＭＱＷ層
１８ ｐ型層
２０ ｐ電極
２１ ｎ電極
３２ 緑色蛍光部
４２ 赤色蛍光部
１０１ ＬＥＤチップ
１１１ 成長基板
１１１ａ 表面
１１１ｂ 第１凹部
１１２ 黄色蛍光部
１１３ 第１被覆層
１１４ エピタキシャル層
１１５ バッファ層
１１６ ｎ型層
１１７ ＭＱＷ層
１１８ ｐ型層
１１９ 中間層
１１９ａ 表面
１１９ｂ 第２凹部
１２０ ｐ電極
１２１ ｎ電極
１２３ 第２被覆層
１３２ 緑色蛍光部
１４２ 赤色蛍光部
２０１ ＬＥＤチップ
２１１ 成長基板
２１１ａ 表面
２１１ｂ 第１凹部
２１３ 第１被覆層
２１４ エピタキシャル層
２１５ バッファ層
２１６ ｎ型層
２１７ ＭＱＷ層
２１８ ｐ型層
２１９ 第１中間層
２１９ｂ 第２凹部
２２０ ｐ電極
２２１ ｎ電極
２２３ 第２被覆層
２２９ 第２中間層
２２９ａ 表面
２３２ 緑色蛍光部
２３３ 第３被覆層
２３３ｂ 第３凹部
２４２ 赤色蛍光部
２５２ 青色蛍光部

Claims (9)

1. 発光層を有するエピタキシャル層が成長基板の表面上に形成される発光素子において、
   前記成長基板の前記表面に形成された凹部と、
   前記成長基板の前記凹部に配置され、前記発光層から発せられる光により励起されて波長変換光を発する蛍光体を含有した蛍光部と、
   前記成長基板の前記表面を前記蛍光部とともに被覆し、前記エピタキシャル層が成長可能な材料からなる被覆層と、を備えたことを特徴とする発光素子。
2. 前記凹部は、前記表面上の所定方向について間隔をおいて形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
3. 前記エピタキシャル層は、Ａｌ_ＸＩｎ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。
4. 前記成長基板は、Ａｌ_２Ｏ_３からなり、
   前記被覆層は、Ａｌ_２Ｏ_３からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発光素子。
5. 前記被覆層は、ＡｌＮからなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発光素子。
6. 前記被覆層は、スピンオンガラスであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の発光素子。
7. 前記蛍光部は、前記発光層から発せられる光についてフォトニック結晶を構成していることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の発光素子。
8. 前記蛍光部は、拡散材を含有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の発光素子。
9. 発光層を有するエピタキシャル層が成長基板の表面上に形成される発光素子において、
   前記成長基板の前記表面に形成された第１凹部と、
   前記成長基板の前記第１凹部に配置され、前記発光層から発せられる光により励起されて波長変換光を発する蛍光体を含有した第１蛍光部と、
   前記成長基板と前記エピタキシャル層の間に配される中間層と、
   前記中間層の表面に形成される第２凹部と、
   前記中間層の前記第２凹部に配置され、前記発光層から発せられる光により励起されて波長変換光を発する蛍光体を含有した第２蛍光部と、
   前記中間層の前記表面を前記第２蛍光部とともに被覆し、前記エピタキシャル層が成長可能な材料からなる被覆層と、を備えたことを特徴とする発光素子。

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