JP2008311532A - White light emitting device, and forming method of white light emitting device - Google Patents

White light emitting device, and forming method of white light emitting device Download PDF

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Masayuki Sonobe
Hideshi Takasu
雅之 園部
裕朗 太田
秀視 高須
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a white light emitting device which cause damage to the retina to a small extent, and to provide a forming method of the white light emitting device.
SOLUTION: An LED 20 is disposed in a recessed portion of a package 21, and the recessed portion is filled with a phosphor 22 and a sealing resin to a certain height. The phosphor 22 receives light from the LED 20 and emits light having a wavelength longer than the light emission wavelength thereof. The light emitted through the phosphor serves as a white light source having light emission spectrum components within a wavelength range of 350 to 700 nm. A filter 23 is provided to remove light emission spectrum components in part of a wavelength range of 380 to 480 nm in emissive light from the white light source.
COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、青色波長から赤色波長までが含まれた白色発光装置及びその構成方法に関する。 The present invention relates to a white light emitting device and configured method thereof includes the blue wavelength to red wavelengths.

GaNやAlGaN等のGaN系III−V族化合物半導体を用いた可視光発光ダイオード等は、表示用光源から照明用光源として実用化されている。 Visible light emitting diode or the like using the GaN-based III-V compound semiconductor such as GaN or AlGaN is practically used as a light source for illumination from the display light source. そして、照明用の発光ダイオードとしては、発光効率の良い白色LEDが開発されてきている。 Then, as the light emitting diode for lighting, luminous efficient white LED have been developed.

ところで、人間は、3種の錐体細胞によって、R、G、Bの各色を感じることができ、これらの色の混合により色を認識している。 Meanwhile, human beings, by the three pyramidal cells, R, G, can feel the colors of B, and recognizes the color by mixing these colors. 白色光は、赤色(R)、青色(B)、緑色(G)の3種類の色の混合により成り立っている。 White light, red (R), blue (B), which consists by three color blend of green (G). 色の認識をモデル化し、色の取り扱いにルールを与えたもののひとつが、CIE1931等色関数による色の数値化と色度図である。 Modeling the recognition of colors, one of those given rules the color of handling, is quantified and the chromaticity diagram of a color by the CIE1931 color matching function.

等色関数を図21に示す。 The color matching function shown in FIG. 21. 図の縦軸は、相対感度又は比視感度、横軸は光の波長を表す。 The vertical axis of figure relative sensitivity or relative luminous efficiency, the horizontal axis represents the wavelength of light. 一方、人間の角膜に入射した光は、可視光領域においてはほぼ減衰せずに、眼底まで到達する。 Meanwhile, light incident on the human cornea, without substantially attenuating in the visible light region, reaches the fundus.

熱作用を生じない程度の弱い光(LED)によっても細胞内の分子が光により励起状態となり化学反応を起こして組織の障害を引き起こす。 Intracellular molecules by weak light (LED) of an extent that does not cause thermal effects becomes excited by light undergoes a chemical reaction causes a failure of the tissue. 具体的には、青色光の435〜440nm付近で光化学反応は最も強くなり、眼底が損傷を受けやすい波長領域となる。 Specifically, photochemical reactions in the vicinity of 435~440nm blue light becomes strongest, the fundus is susceptible wavelength region to damage. 光の波長に対する網膜損傷の受けやすさをグラフに表した網膜損傷アクションスペクトル(網膜ダメージ)を図21に合わせて示す。 The susceptibility retinal damage action spectra graph shows the retinal damage to the wavelength of light (retinal damage) also shown in Figure 21. 図からもわかるように、青色を感じる感度と網膜損傷アクションスペクトルとは極めて近い。 As can be seen from the figure, very close to the sensitivity and retinal damage action spectra feel blue. すなわち、青色は、網膜損傷の要因になるとも言える。 That is, blue can be regarded as a factor in retinal damage.

しかし、白色光源をつくるためには、青色成分を含まなければならないが、その成分は網膜を損傷させるスペクトルにもなりうる。 However, in order to create a white light source, must contain a blue component, the component can also be a spectrum damaging the retina. これまではこの網膜損傷が考慮されていないので、長時間にわたる照射により網膜の損傷のリスクが高まっていた。 Since heretofore has not been the retinal damage consideration had increased risk of damage to the retina by irradiation over time.

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、網膜損傷の程度が低い白色発光装置及び、定量的な評価方法に基づいた白色発光装置の形成方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the problems described above, aims to degree of retinal damage is low white light emitting device and method for forming a white light emitting devices based on quantitative evaluation method It is set to.

上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、波長350nm〜700nmの範囲内に発光スペクトル成分を有する白色光源と、前記白色光源からの放射光のうち、波長380nm〜480nm未満の範囲内の少なくとも一部の波長領域における発光スペクトル成分を除去するスペクトル成分除去手段とを備えたことを特徴とする白色発光装置である。 To achieve the above object, an invention according to claim 1, and a white light source having an emission spectrum components within the wavelength range of 350 nm to 700 nm, among the light emitted from the white light source, a range of less than the wavelength 380nm~480nm a white light emitting device is characterized in that a spectral component removing means for removing the emission spectral components in at least part of the wavelength region of the inner.

また、請求項2記載の発明は、前記除去手段はフィルターで構成されていることを特徴とする請求項1記載の白色発光装置である。 The invention of claim 2, wherein, the removing means is a white light emitting device according to claim 1, characterized in that it is constituted by a filter.

また、請求項3記載の発明は、前記白色光源は、発光スペクトルのピークが波長350nm〜420nmの範囲内にある半導体発光ダイオードと、該半導体発光ダイオードからの放射光の一部を吸収して該放射光よりも長波長の光を発光する蛍光体とからなることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載の白色発光装置である。 Further, an invention according to claim 3, wherein the white light source, absorbs a semiconductor light emitting diode peak emission spectrum is within the range of wavelengths 350Nm~420nm, a portion of the emitted light from the semiconductor light-emitting diode the than the emitted light is white light emitting device according to any one of claims 1 or claim 2, characterized in that comprising a phosphor emitting light of a longer wavelength.

また、請求項4記載の発明は、波長350nm〜700nmの範囲内に発光スペクトル成分を有する白色光源が、波長480nm〜520nmの範囲と波長630nm〜670nmの範囲に各々発光スペクトルのピークを有する半導体発光ダイオードを備えていることを特徴とする白色発光装置である。 The invention of claim 4, wherein the white light source having an emission spectrum components within the wavelength 350nm~700nm A semiconductor light emission having a peak of each emission spectrum in the range of range and wavelength 630nm~670nm wavelength 480nm~520nm it is a white light emitting device according to claim which comprises a diode.

また、請求項5記載の発明は、前記波長480nm〜520nmの範囲に発光スペクトルのピークを有する半導体発光ダイオードはm面を結晶成長の主面とする窒化物半導体からなることを特徴とする請求項4記載の白色発光装置である。 Further, Claim invention of claim 5, the semiconductor light emitting diode having a peak emission spectrum in the range of the wavelength 480nm~520nm is characterized by comprising a nitride semiconductor having a major surface of the crystal growth m surface 4 is a white light emitting device according.

また、請求項6記載の発明は、波長350nm〜700nmの範囲内に発光スペクトル成分を有する白色光源が、波長480nm〜520nmの範囲と波長630nm〜670nmの範囲に各々発光スペクトルのピークを有する半導体レーザダイオードを備えていることを特徴とする白色発光装置である。 The invention of claim 6, wherein the white light source having an emission spectrum components within the wavelength 350nm~700nm A semiconductor laser having a peak of each emission spectrum in the range of range and wavelength 630nm~670nm wavelength 480nm~520nm it is a white light emitting device according to claim which comprises a diode.

また、請求項7記載の発明は、前記波長480nm〜520nmの範囲に発光スペクトルのピークを有する半導体レーザダイオードはm面を結晶成長の主面とする窒化物半導体からなることを特徴とする請求項6記載の白色発光装置である。 Further, Claim invention of claim 7, the semiconductor laser diode with an emission spectrum peak in the range of the wavelength 480nm~520nm is characterized by comprising a nitride semiconductor having a major surface of the crystal growth m surface 6 is a white light emitting device according.

また、請求項8記載の発明は、前記白色光源は波長380nm〜420nm、波長480nm〜500nm、波長520nm〜670nmの各範囲に各々発光スペクトルのピークを有し、波長420nm〜480nmの範囲における発光スペクトル成分は含まれていないことを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載の白色発光装置である。 The invention of claim 8, wherein the white light source has a wavelength 380 nm to 420 nm, the wavelength 480Nm~500nm, the peak of each emission spectrum at each wavelength range 520Nm~670nm, the emission spectrum in the wavelength range of 420nm~480nm component is a white light emitting device according to any one of claims 1 or claim 2, characterized in that it does not contain.

また、請求項9記載の発明は、前記波長380nm〜420nmの範囲に発光スペクトルのピークを有する発光源、波長480nm〜500nmの範囲に発光スペクトルのピークを有する発光源、波長520nm〜670nmの範囲に発光スペクトルのピークを有する発光源は、半導体発光ダイオードからなることを特徴とする請求項8記載の白色発光装置である。 The invention of claim 9, wherein the light emitting source having a peak of emission spectrum in the range of the wavelength 380 nm to 420 nm, emission source having an emission peak in a wavelength range of 480Nm~500nm, the range of wavelengths 520nm~670nm emitting source having a peak of the emission spectrum is a white light emitting device according to claim 8, characterized in that it consists of a semiconductor light emitting diode.

また、請求項10記載の発明は、前記波長380nm〜420nm、波長480nm〜500nmの範囲に発光スペクトルのピークを有する半導体発光ダイオードは、窒化物半導体からなることを特徴とする請求項9記載の白色発光装置である。 The invention of claim 10 wherein, the wavelength 380 nm to 420 nm, the semiconductor light emitting diode having a peak emission spectrum in the wavelength range of 480nm~500nm the white of claim 9, wherein the a nitride semiconductor it is a light-emitting device.

また、請求項11記載の発明は、前記白色発光装置からの放射光のスペクトルが、CIE1931の等色関数で評価した場合、色度図でCIExが0.3〜0.5の範囲内で、かつCIEyが0.3〜0.44の範囲内に含まれることを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の白色発光装置である。 The invention of claim 11, wherein the spectrum of light emitted from the white light emitting device, when evaluated by the color matching functions of the CIE 1931, in chromaticity diagram CIEx is in the range of 0.3 to 0.5, and a white light emitting device according to any one of claims 1 to 10 which CIEy is characterized to be included within the scope of 0.3 to 0.44.

また、請求項12記載の発明は、前記発光装置からの放射光のスペクトル成分におけるCIE1931青色等色関数への寄与成分量のうち、波長400nm〜450nm範囲における第1寄与成分量よりも波長450nm〜500nm範囲における第2寄与成分量の方が大きいことを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の白色発光装置である。 The invention of claim 12 wherein, said out of contribution component amounts to CIE1931 blue color matching function in the spectral components of light emitted from the light emitting device, the wavelength 450nm~ than the first contribution component amount in the wavelength 400nm~450nm range a white light emitting device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the greater in the second contribution ingredient in 500nm range.

また、請求項13記載の発明は、前記第1寄与成分量は、前記第2寄与成分量の半分以下であることを特徴とする請求項12記載の白色発光装置である。 Further, an invention according to claim 13, wherein the first contribution component quantity is a white light emitting device according to claim 12, wherein said is equal to or less than the second contribution component of half.

また、請求項14記載の発明は、 波長350nm〜700nmの範囲内に発光スペクトル成分を有する白色光源と、一部の波長領域における発光スペクトル成分を除去するスペクトル成分除去手段とを備えた白色発光装置の形成方法であって、前記白色発光装置からの放射光のスペクトルを網膜損傷アクションスペクトルと網膜感度スペクトルとを用いて定量化し、この定量化した数値に基づいて網膜損傷の程度を下げるように前記スペクトル成分除去手段を構成することを特徴とする白色発光装置の形成方法である。 The invention of claim 14, wherein the white light emitting device including a white light source having an emission spectrum components within the wavelength range of 350 nm to 700 nm, and a spectral component removing means for removing the emission spectrum components in some wavelength region a method of forming, the spectrum of light emitted from the white light emitting device quantified using a retinal damage action spectrum and the retina sensitivity spectrum, said to lower the degree of retinal damage on the basis of the quantified numerical a method for forming a white light emitting device, characterized by configuring the spectral component removing means.

また、請求項15載の発明は、前記定量化した数値に基づいて前記白色光源を構成することを特徴とする請求項14記載の白色発光装置の形成方法である。 The invention of claim 15 mounting is a method for forming a white light emitting device according to claim 14, wherein the configuring the white light source based on the quantified value.

また、請求項請求項16記載の発明は、前記定量化した数値は、前記網膜損傷アクションスペクトルをD、前記網膜感度スペクトルをS、前記放射光のスペクトルをIとした場合に、D×Iの積分値とS×Iの積分値との比であることを特徴とする請求項14又は請求項15のいずれか1項に記載の白色発光装置の形成方法である。 Further, an invention according to claim claim 16, value obtained by the quantification of the retinal damage action spectra D, and the retinal sensitivity spectrum S, the spectrum of the emitted light when the I, the D × I a method for forming a white light emitting device according to any one of claims 14 or claim 15, characterized in that the ratio of the integrated value of the integrated value and S × I.

また、請求項請求項17記載の発明は、1つ又は複数の種類の等色関数で定義される色度座標と、前記網膜損傷アクションスペクトルを用い、前記白色光源の白色の色分類を決定し、かつ前記スペクトル成分除去手段を構成する請求項14〜請求項16のいずれか1項に記載の白色発光装置の形成方法である。 The invention of claim according to claim 17, wherein determines the chromaticity coordinates defined by one or more kinds color matching function, using the retinal damage action spectrum, the white color classification of said white light source and a method for forming a white light emitting device according to any one of claims 14 to 16 which constitute the spectral component removing means.

また、請求項請求項18記載の発明は、前記白色光源からの光の出射方向により、前記定量化した数値を決定する請求項14〜請求項17のいずれか1項に記載の白色発光装置の形成方法である。 The invention of claim according to claim 18, wherein, due emitting direction of light from the white light source, a white light emitting device according to any one of claims 14 to 17 for determining the numerical values ​​described above quantified it is the formation method.

本発明によれば、白色発光装置から放射される白色光のうち、人間の網膜に損傷等の影響を与える波長領域の一部の波長領域におけるスペクトル成分又は全部の波長領域におけるスペクトル成分を弱めるかもしくは完全に除去する除去手段を設けているので、網膜損傷のリスクを低減することができる。 According to the present invention, among the white light emitted from the white light emitting device, or attenuate spectral components in the spectrum component or the whole of a wavelength region in part of the wavelength region in the wavelength region that affect such as damage to the human retina or so is provided with a removal means for completely removing, it is possible to reduce the risk of retinal damage. また、網膜損傷スペクトルと網膜感度スペクトルを用いて、白色光源やスペクトル成分除去手段を構成するようにしているので、スペクトル成分除去手段による放射光量の減少や色度の変動を防ぐことができるとともに、網膜損傷リスクを減らしつつ、所望の白色光を形成するようにできる。 Further, by using the retinal damage spectrum and retinal sensitivity spectrum, since so as to constitute a white light source and the spectral component removing means, it is possible to prevent the variation of reduction and chromaticity of the emitted light amount by the spectral component removing means, while reducing retinal damage risk, it can be made to form a desired white light. これらを定量化できる点についても大きな効果である。 A great effect also that we can quantify these.

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings illustrating an embodiment of the present invention. 図1は本発明の第1の白色発光装置の断面構造を示す。 Figure 1 shows a cross-sectional structure of the first white light-emitting device of the present invention.

本発明の白色発光装置は、樹脂等で構成されたパッケージ21の凹部にLED20が配置されており、凹部の一定の高さまで、蛍光体22と封止樹脂で埋められている。 White light emitting device of the present invention, LED 20 in the recess of the package 21 made of a resin or the like is disposed, to a certain height of the recess, are filled with the phosphor 22 and the sealing resin. また、フィルター23を除いた構成で白色光源が形成されている。 A white light source is formed in a configuration without the filter 23. 蛍光体22は、LED20からの発光を受けて、この発光波長よりも長い波長の光を放射する。 Phosphor 22 receives light emitted from the LED 20, which emits light of longer wavelength than the emission wavelength.

例えば、LED20を近紫外光又は紫光を発生する半導体発光ダイオードに構成すれば、蛍光体22は、3種類の蛍光体、すなわち赤(R)、青(G)、緑(B)を放射する各蛍光体が混合されたもので構成されるか、またはOYBG(オレンジイエロー・ブルー・グリーン)等で構成される。 For example, if configured to the semiconductor light-emitting diodes that emit near-ultraviolet light or ultraviolet light LED 20, the phosphor 22 is, three kinds of phosphors, i.e. emit red (R), blue (G), blue (B) or it is composed of those phosphors are mixed, or OYBG composed (Orange yellow Blue Green), and the like. そして、各蛍光体がLED20からの光りで励起されて蛍光し、これらの光が混合されて白色となる。 Each phosphor is fluorescence excited by light from the LED 20, the white is these light mixing. また、LED20を青色を発光する半導体発光ダイオードに構成すれば、蛍光体22はYAG:Ce等のYAG系蛍光体で構成され、YAG系蛍光体は青色の補色である黄色の蛍光を発する。 Further, by forming the LED20 to semiconductor light emitting diode that emits blue, the phosphor 22 is YAG: consists of YAG phosphor such as Ce, YAG phosphor emits yellow fluorescence which is a complementary color of blue. したがって、LED20の青色光とYAG系蛍光体22の黄色光とが混合して白色となる。 Thus, the white by mixing the blue light and the yellow light of the YAG phosphor 22 of LED 20. 本実施例では、LED20を近紫外光又は紫光を発生する半導体発光ダイオードに形成し、蛍光体22は、3種類のR、G、Bの各蛍光体が混合されたものか、またはOYBG(オレンジイエロー・ブルー・グリーン)等で構成するようにした。 In this embodiment, formed in the semiconductor light-emitting diodes that emit near-ultraviolet light or ultraviolet light LED 20, the phosphor 22 is, three kinds of R, G, or not each phosphor of B are mixed, or OYBG (orange was to be composed of yellow, blue, green), and the like.

LED20は、近紫外光又は紫光に相当する350nm〜420nmの範囲にピーク発光波長を有するように形成される。 LED20 is formed so as to have a peak emission wavelength in the range of 350nm~420nm corresponding to near-ultraviolet light or ultraviolet light. パッケージ21の凹部表面には金属配線10及び12が形成されており、LED20がパッケージ21の凹部底面にボンディングされている。 The concave surface of the package 21 is formed a metal wiring 10 and 12, LED 20 is bonded to the bottom surface of the recess of the package 21. 金属配線12は、リード線13で青色LED20のp電極と接続され、一方、金属配線10は、リード線11で青色LED20のn電極と接続される。 Metal wires 12 are connected by lead wires 13 and the p-electrode of the blue LED 20, whereas, the metal wire 10 is connected by lead wires 11 and the n-electrode of the blue LED 20.

また、フィルター23がパッケージ21の凹部に充填された蛍光体の表面を覆うように設けられている。 Moreover, the filter 23 is provided so as to cover the surface of the phosphor is filled in the recess of the package 21. フィルター23は、スペクトル成分除去手段に相当するもので、LED20から放射される光のうち、波長380nm〜480nm未満の範囲内の少なくとも一部の波長を弱めるか又は透過させないようにするものである。 Filter 23 is equivalent to the spectral component removing means, of the light emitted from the LED 20, it is desirable to make not or transmitted attenuate at least a portion of wavelengths in the range of less than the wavelength 380Nm~480nm. また、380nm〜480nm未満の範囲内の全波長の強度を弱めるか、あるいはカットして透過させないようにしても良い。 Further, either weaken the intensity of all wavelengths in the range of less than 380Nm~480nm, or may be not transmitted by cutting. したがって、図1の白色発光装置から放射される光のうち、波長380nm〜480nmの範囲内の少なくとも一部の波長領域における発光スペクトル成分は強度が小さくなるかあるいは除去されている。 Therefore, among the light emitted from the white light emitting device of FIG. 1, the emission spectrum components in at least a part of the wavelength region in the wavelength range of 380nm~480nm are or removing strength is reduced. また、上記機能を達成するために、フィルター23には、誘電体多層膜や着色ガラス等が用いられる。 In order to achieve the above functions, the filter 23 is a dielectric multilayer film or a colored glass or the like is used. また、樹脂や蛍光体22とフィルター23は離れて配置されていても良い。 Further, the resin and the phosphor 22 and the filter 23 may be spaced apart.

次に、LED20の具体的構成を図2に示す。 Next, Figure 2 shows the specific configuration of the LED 20. LED20は、GaN(窒化ガリウム)系半導体で構成されたGaN系半導体素子からなる。 LED20 is a GaN-based semiconductor element which is formed of a GaN (gallium nitride) based semiconductor. GaN系半導体素子は、六方晶化合物半導体であるIII−V族GaN系半導体が用いられており、上記III−V族GaN系半導体は、4元混晶系のAl Ga In N(x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される。 GaN-based semiconductor device, hexagonal compound Group III-V GaN-based semiconductor have been used as a semiconductor, the group III-V GaN-based semiconductors, the quaternary mixed crystal Al x Ga y In z N ( x + y + z = represented by 1,0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1).

LED20は、GaN単結晶基板1上にGaN系半導体層を順次成長させて形成される。 LED20 is formed a GaN-based semiconductor layer are successively grown on the GaN single crystal substrate 1. GaN単結晶基板1は、支持体となるパッケージ21の凹部底面に接合されている。 GaN single crystal substrate 1 is joined to the bottom surface of the recess of the package 21 serving as a support. 前述したようにパッケージ21には、金属配線10,12が形成されている。 The package 21 as described above, metal wires 10, 12 are formed. そして、n側電極9と金属配線12とがボンディングワイヤ13で接続されており、p側電極8と金属配線10とがボンディングワイヤ11で接続されている。 Then, the n-side electrode 9 and the metal wire 12 is connected with a bonding wire 13, and the p-side electrode 8 and the metal wires 10 are connected by a bonding wire 11.

GaN単結晶基板1上に形成されるn型コンタクト層は、シリコン(Si)をn型ドーパントとして添加したn型GaN層2からなる。 n-type contact layer formed on the GaN single crystal substrate 1 is made of silicon (Si) from n-type GaN layer 2 was added as an n-type dopant. 層厚は3μm以上とすることが好ましい。 The layer thickness is preferably not less than 3 [mu] m. シリコンのドーピング濃度は、たとえば、10 18 cm −3とされる。 The doping concentration of the silicon, for example, are 10 18 cm -3. n型GaN層2上に積層されるInGaN/GaN活性層3は、井戸層としてシリコンをドープしたInGaN層(たとえば3nm厚)、バリア層としてGaN層(たとえば9nm厚)を用い、これらの層を交互に所定周期(たとえば5周期)積層した多重量子井戸構造(MQW)で構成される。 InGaN / GaN active layer 3 stacked on the n-type GaN layer 2, a silicon-doped InGaN layer (e.g. 3nm thick) as the well layer, a GaN layer (for example, 9nm thick) as a barrier layer, these layers alternately formed at predetermined intervals (e.g. 5 cycles) laminated multi quantum well structure (MQW). このInGaN/GaN活性層3と、p型AlGaN層5との間に、GaNファイナルバリア層4(例えば40nm厚)が積層される。 This InGaN / GaN active layer 3, between the p-type AlGaN layer 5, GaN final barrier layer 4 (e.g., 40nm thick) is laminated. また、InGaN/GaN活性層3のInGaN井戸層のIn組成比率を変化させることで、LED20の発光波長を変化させることができる。 Further, by varying the In composition ratio of InGaN / GaN active layer 3 of InGaN well layer, it is possible to change the emission wavelength of the LED 20. 例えば、In組成比率を10%強程度まで変化させれば、発光波長のピークが350nm〜420nmとなるように形成できる。 For example, if by changing the In composition ratio to about 10% strength, can be formed such that the peak emission wavelength is 350Nm~420nm.

p型AlGaN層5は、電子阻止層の役割を果たし、p型ドーパントとしてのマグネシウム(Mg)を添加したAlGaN層からなる。 p-type AlGaN layer 5 plays the role of the electron blocking layer, made of AlGaN layer doped with magnesium as a p-type dopant (Mg). 層厚は、たとえば、28nmである。 The layer thickness is, for example, 28nm. マグネシウムのドーピング濃度は、例えば、3×10 19 cm −3とされる。 Doping concentration of magnesium is, for example, a 3 × 10 19 cm -3.

p型AlGaN層5上に形成されるp型コンタクト層は、p型ドーパントとしてのマグネシウムを高濃度に添加したp型GaN層6からなる。 p-type contact layer formed on the p-type AlGaN layer 5 is formed of a p-type GaN layer 6 doped with magnesium as a p-type dopant at a high concentration. 層厚は、たとえば、70nmである。 The layer thickness is, for example, 70nm. マグネシウムのドーピング濃度は、たとえば、10 20 cm −3とされる。 Doping concentration of magnesium, for example, it is 10 20 cm -3. p型GaN層6の表面は鏡面となっている。 The surface of the p-type GaN layer 6 is a mirror surface. より具体的には、p型GaN層6の表面の凹凸は、100nm以下である。 More specifically, the unevenness of the surface of the p-type GaN layer 6 is 100nm or less. この表面は、InGaN/GaN活性層3で発生した光が取り出される光取り出し側表面である。 The surface is light extraction side surface where light generated in the InGaN / GaN active layer 3 is taken out.

透明電極7は、Ni(屈折率1.8)とAu(屈折率は1.6)とから構成される透明な薄い金属層(たとえば、200Å以下)で構成される。 Transparent electrode 7 is composed of Ni transparent thin metal layer composed from (refractive index 1.8) and Au (refractive index 1.6) and (e.g., 200 Å or less).

n側電極9は、TiとAl層から構成される膜である。 n-side electrode 9 is a film composed of Ti and Al layers. GaN単結晶基板1は、m面を主面とするGaN単結晶からなる基板である。 GaN single crystal substrate 1 is a substrate made of GaN single crystal having a major surface defined by an m plane. より具体的には、非極性面(ノンポーラ面)であるm面を主面とし、この主面は、非極性面の面方位から±1°以内のオフ角を有する面である。 More specifically, the m-plane is a nonpolar face (nonpolar plane) as a principal plane, the principal plane is a plane having an off angle of within ± 1 ° from the plane orientation of the nonpolar plane.

m面を主面とするGaN単結晶基板1は、例えば、c面を主面としたGaN単結晶から切り出して作製することができる。 GaN single crystal substrate 1 to the m-plane principal surface, for example, can be made by cutting a GaN single crystal having a major surface defined by a c plane. 切り出された基板のm面は、例えば、化学的機械的研磨処理によって研磨され、(0001)方向および(11−20)方向の両方に関する方位誤差が、±1°以内(好ましくは±0.3°以内)とされる。 The m-plane of the cut substrate is, for example, are polished by chemical mechanical polishing, (0001) direction and (11-20) direction of orientation error for both, ± 1 ° or less (preferably ± 0.3 ° it is within). こうして、m面を主面とし、かつ、転位や積層欠陥といった結晶欠陥のないGaN単結晶基板が得られる。 Thus, the m-plane as a principal plane, and, GaN single crystal substrate no crystal defects such as dislocations and stacking faults are obtained. このようなGaN単結晶基板の表面には、原子レベルの段差が生じているにすぎない。 The surface of such a GaN single crystal substrate, only the step at the atomic level occurs. このようにして得られるGaN単結晶基板上に、既知のMOCVD法によって、発光ダイオード(LED)構造が成長させられる。 This way, the GaN single crystal substrate obtained by known MOCVD method, a light emitting diode (LED) structure is grown.

GaN単結晶基板1は、m面を主面としており、この主面上における結晶成長によって、III族窒化物半導体であるGaN系半導体層が積層される。 GaN single crystal substrate 1, the m-plane is a principal plane, the crystal growth in the major surface, GaN-based semiconductor layer is a group III nitride semiconductor are stacked. したがって、GaN単結晶基板1のm面上に結晶成長されるGaN系半導体層だけでなく、最上層のp型GaN層6に至るまですべてのGaN系半導体層の成長主面はm面となる。 Therefore, not only the GaN-based semiconductor layer to be grown on the m-plane of the GaN single crystal substrate 1, the principal growth of all of the GaN-based semiconductor layer up to the p-type GaN layer 6 of the uppermost layer becomes m surface .

ところで、GaN系半導体の結晶構造は、六方晶系で近似することができ、六角柱の軸方向に沿うc軸を法線とする面(六角柱の頂面)がc面(0001)である。 Incidentally, the crystal structure of a GaN-based semiconductor can be approximated by a hexagonal system, the surface to normal c-axis along the axial direction of the hexagonal column (the top face of the hexagonal prism) is c-plane (0001) . GaN系半導体では、分極方向がc軸に沿っている。 The GaN-based semiconductor, the polarization direction is along the c-axis. そのため、c面は+c軸側と−c軸側とで異なる性質を示すので、極性面(Polar Plane)と呼ばれる。 Therefore, c plane exhibiting different properties on the + c-axis side and the -c-axis side, called polar plane (Polar Plane). 一方、六角柱の側面(柱面)がそれぞれm面(10−10)であり、隣り合わない一対の稜線を通る面がa面(11−20)である。 On the other hand, the side surfaces of the hexagonal cylinder (cylindrical surface) is an m-plane, respectively (10-10), a plane through a pair of ridges not adjacent is a plane (11-20). これらは、c面に対して直角な結晶面であり、分極方向に対して直交しているため、極性のない平面、すなわち、非極性面(Nonpolar Plane)と呼ばれる。 These are perpendicular crystal planes with respect to the c plane, since the perpendicular to the polarization direction, non-polar plane, i.e., referred to as non-polar surface (Nonpolar Plane).

上記のように、結晶成長主面を非極性面であるm面としているので、ヘテロ接合の界面においては、自然分極よる電界や格子歪みに基づくピエゾ電界は発生せず、発光効率の低下が抑制される。 As described above, since the crystal growth principal surface is an m-plane is a nonpolar plane, at the interface of a heterojunction, the piezoelectric field based on an electric field and lattice distortion by spontaneous polarization does not occur, lowering of light emission efficiency suppressed It is. したがって、後述する第2、第3の白色発光装置等に用いられるLEDで、青緑色領域の発光波長又は緑色領域の発光波長を発生せるために、InGaN/GaN活性層3のInGa井戸層のIn組成比率を高くしても、分極電界が強くなることもなく、良好な紫外〜緑色光源として使用することができる。 Therefore, the second to be described later, an LED used in the third white light emitting device or the like, in order to generate the emission wavelength of the emission wavelength, or the green region of the blue-green region, In the InGaN / GaN active layer 3 of InGa well layer even by increasing the composition ratio, it no polarization electric field is strong, can be used as a good ultraviolet to green light source. なお、発光波長によっては、GaN単結晶基板1の主面をc面としても良い。 Depending on the emission wavelength, the main surface of the GaN single crystal substrate 1 may be a c-plane. また、成長用基板としては、上記GaN単結晶基板の替わりにサファイア、SiC、ZnO等の異種基板を用いても良い。 As the growth substrate, sapphire instead of the GaN single crystal substrate, SiC, may be used heterogeneous substrate such as ZnO.

次に、図3は、人間の網膜への損傷の受けやすさを示す網膜損傷アクションスペクトルDと、人間の網膜の感度を示す網膜感度スペクトルを示す。 Next, FIG. 3 shows a retinal damage action spectrum D indicating the susceptibility to damage to the human retina, the retinal sensitivity spectrum showing the sensitivity of the human retina. ここで、縦軸は相対感度を、横軸は波長を示し、Bは、CIE1931の青色の等色関数を表すもので、網膜感度スペクトルの一種である。 Here, the vertical axis represents relative sensitivity, the abscissa indicates the wavelength, B is intended to represent color matching functions of the blue CIE 1931, which is a type of retinal sensitivity spectrum. この図からわかるように、435nm〜440nmの波長領域を境にして、網膜損傷の寄与が大きい波長領域と青色と感じる寄与が大きい波長領域とに大きく分けることができる。 As seen from this figure, in the boundary wavelength region of 435Nm~440nm, it can be broadly divided into a large wavelength region contributing to feel a large wavelength region and the blue contribution of retinal damage. この2つに分けられた波長領域に基づき、網膜損傷へ寄与が大きくなる440nm程度以下の波長をカットし、かつ、この波長を除去した後の色度が所望する白色発光装置になるようにする定量的構成方法を以下に説明する。 Based on the wavelength region which is divided into two, the contribution to the retina damage cuts a wavelength below about 440nm to increase, and the chromaticity after removal of this wavelength is made to be a desired white light emitting device illustrating the quantitative configuring below.

図4は、白色発光装置の発光スペクトルIとCIE1931等色関数R(赤)、G(緑)、B(青)及び網膜損傷アクションスペクトルDを表す。 Figure 4 represents an emission spectrum I and CIE1931 color matching function R (red), G (green), B (blue) and retinal damage action spectrum D of the white light emitting device. 図の太線のグラフが改良前の白色発光装置の発光スペクトルIである。 Thick line in the graph of FIG. Is a light emitting spectrum I of the improved front of a white light emitting device. スペクトルDとの比較でもわかるように、Dのピーク波長付近の発光スペクトル成分の強さも高いので、網膜損傷のリスクが高まる。 As it can be seen by comparison with the spectrum D, since higher intensity of emission spectral component in the vicinity of the peak wavelength and D, increased risk of retinal damage. そこで、網膜損傷のリスクを低減し、所望の白色光を形成するために、白色発光装置からの放射光のスペクトルを網膜損傷アクションスペクトルDと網膜感度スペクトルとを用いて定量化し、この定量化した数値に基づいて装置を構成していく。 Therefore, to reduce the risk of retinal damage, in order to form a desired white light, the spectrum of the emitted light from the white light emitting device quantified using a retinal damage action spectrum D and the retina sensitivity spectrum, and the quantification It will constitute a device based on the numerical values.

まず、図4の発光スペクトルIを波長λの関数で表してI(λ)とする。 First, the I (lambda) represents the emission spectrum I in FIG. 4 as a function of wavelength lambda. また、DをD(λ)と波長の関数で表しておく。 Also, should represent D as a function of wavelength and D (lambda). I(λ)のうち、D(λ)に寄与する成分I は、まず、ID=I(λ)×D(λ)と掛け算を行い、IDを積分することにより求められる。 Of I (λ), D (λ ) to the components that contribute I D first performs a multiplication with ID = I (λ) × D (λ), is determined by integrating the ID. したがって、I =∫(ID)となる。 Therefore, I D = ∫ (ID). ここで、∫は積分記号を表す。 Here, ∫ represents the integral sign.

次に、色度図の色度座標にも用いられる3刺激値と呼ばれる数値を求める。 Next, determine the number called a tristimulus value used in the chromaticity coordinates of the chromaticity diagram. 人間の目にある3種類の色受容器(色センサ)の分光感度特性は波長λの関数、x(λ)、y(λ)、z(λ)として定義されている。 In the human eye three color receptors function of the spectral sensitivity characteristic wavelength lambda of (color sensor), x (λ), y (λ), is defined as z (lambda). これらが、CIE1931等色関数と呼ばれるもので、図4の青色等色関数B、緑色等色関数G、赤色等色関数Rと対比すれば、x(λ)=B(λ)、y(λ)=G(λ)、z(λ)=R(λ)となる。 These are what is called CIE1931 color matching function, a blue color matching function B in FIG. 4, the green color matching function G, when compared with the red color matching function R, x (λ) = B (λ), y (λ ) = G (λ), a z (λ) = R (λ). 人間の目にある3つのセンサの受光量は3刺激値X、Y、Zと呼ばれ、光源の分光分布Iに等色関数x(λ)、y(λ)、z(λ)を掛け合わせ、積算することにより求められる。 The amount of light received three sensors in the human eye, called tristimulus values ​​X, Y, and Z, a color matching the spectral distribution I of the light source function x (lambda), multiplied by the y (λ), z (λ) It is obtained by integrating. したがって、図4の記号を用いれば,3刺激値X、Y、Zは次式で表される。 Therefore, the use of the symbol of FIG. 4, tristimulus values ​​X, Y, Z can be expressed by the following equation.
X=∫I(λ)B(λ)、Y=∫I(λ)G(λ)、Z=∫I(λ)R(λ) X = ∫I (λ) B (λ), Y = ∫I (λ) G (λ), Z = ∫I (λ) R (λ)
ここで、積分区間は波長380nm〜780nmである。 Here, the integral interval is the wavelength 380 nm to 780 nm.

次に、定量化された評価指標として相対ダメージRを定義する。 Next, define the relative damage R as an evaluation index which is quantified. 相対ダメージRは、目のセンサへの感度に対するダメージを意味するもので、R=I /(X+Y+Z)となる。 Relative damage R is intended to mean damage to sensitivity to the eye of the sensor, and R = I D / (X + Y + Z). 上記のように定量化された相対ダメージRが、小さければ、網膜ダメージが網膜感度に比べて相対的に小さくなっていると言える。 Quantified relative damage R as described above is smaller, it can be said that retinal damage is relatively smaller than the retina sensitivity. 逆に、相対ダメージが大きくなっていれば、網膜ダメージが相対的に大きくなっていると言える。 Conversely, if the relative damage is increased, it can be said that retinal damage is relatively large.

図19は、CIE1931の等色関数による色度図を表し、図20は図19の黒体輻射の色軌跡における白色ランクを示す。 Figure 19 represents the chromaticity diagram according to the color matching functions of CIE 1931, FIG. 20 shows the white rank in the color locus of black body radiation in FIG. ところで、色度図の色度座標(CIE ,CIE )は、前述した3刺激値X、Y、Zにより、次のように表される。 Meanwhile, the chromaticity coordinates of the chromaticity diagram (CIE X, CIE Y) are tristimulus values X as described above, Y, the Z, is expressed as follows.
CIE =X/(X+Y+Z)、CIE =Y/(X+Y+Z) CIE X = X / (X + Y + Z), CIE Y = Y / (X + Y + Z)
図4の発光スペクトルIを図19の色度座標(CIE ,CIE )で表すと、色度範囲は、(0.31,0.34)であり、相対ダメージRは0.21となった。 Expressing the emission spectrum I in FIG. 4 chromaticity coordinates (CIE X, CIE Y) of FIG. 19, the chromaticity range is (0.31,0.34), relative damage R is a 0.21 It was.

次に、図5に示すように、スペクトル成分除去手段、すなわち図1の構成であればフィルター23を用いて、約440nm以下の波長領域における発光スペクトル成分をすべてカットし、発光スペクトルI1の形状にする。 Next, as shown in FIG. 5, the spectral component removing means, namely through a filter 23 with the configuration of FIG. 1, to cut all of the emission spectrum component at about 440nm or less wavelength region, the shape of the emission spectrum I1 to. この状態で、上記同様、相対ダメージRを求めると0.16となり、値は小さくなり網膜損傷のリスクは低減した。 In this state, the same, when determining the relative damage R 0.16, and the risk of retinal damage value becomes smaller was reduced. しかし、色度範囲は、(0.33,0.37)となり、色度範囲が図4の状態より悪くなっている。 However, the chromaticity range is worse than (0.33,0.37), and the chromaticity range of 4 states. これを図4の状態、(0.31,0.34)に戻すためには、LED20の発光強度を強くして、スペクトル成分の高さを高くしてやることにより、図6のような発光スペクトル分布I2を得ることができる。 This of 4 states, in order to return to (0.31,0.34), the strong emission intensity of LED 20, by I'll make increasing the height of the spectral components, the emission spectrum distribution as shown in FIG. 6 it is possible to obtain the I2.

図6の発光スペクトルは、図5と比較すると、450nm〜500nmにかけて発光スペクトル強度が高くなっていることがわかる。 The emission spectrum of FIG. 6, when compared with FIG. 5, it can be seen that the emission spectrum intensity is higher toward 450Nm~500nm. しかも、約440nm以下の波長についてはフィルター23ですべてカットされるので、網膜損傷リスクは図4のとき程上昇しない。 Moreover, since for wavelengths below about 440nm is cut all in filter 23, retinal damage risk does not rise as when the FIG. この場合の色度範囲は、(0.31,0.34)であり、相対ダメージRは0.19であった。 Chromaticity range in this case is (0.31,0.34), relative damage R was 0.19.

このようにして、網膜損傷に寄与する波長をカットし、一方、網膜損傷に寄与する波長をカットしたために失われる発光スペクトル成分をあらかじめ計算し、青色等色関数を考慮して、どの程度人間の眼で感度が失われるかを算出し、それを補うために、白色光源(上記例ではLED20)の発光強度を大きくすることにより、色度範囲が最適で、網膜損傷のリスクが少ない白色発光装置を作製することができる。 In this way, by cutting the contributing wavelength retinal damage, whereas, in advance to calculate the emission spectrum components are lost because of the cuts that contribute wavelength retinal damage, considering the blue color matching functions, of how human calculating whether sensitivity eye is lost, in order to make up for it, by increasing the emission intensity of (LED 20 in the above example) a white light source, the chromaticity range optimal, the risk of retinal damage is small white light emitting device it can be prepared.

上述のように、400〜450nmにおける寄与成分量I B1よりも450〜500nmにおける寄与成分量I B2の方が大きくするようにして、白色の色度を最適にするように構成するが、さらに、色度範囲を最適にする一方で網膜損傷のリスクを低減するためには、青色等色関数に基づく、発光スペクトル成分の400〜450nmにおける寄与成分量I B1が、450〜500nmにおける寄与成分量I B2の50%以下であることが望ましい。 As described above, as towards the contribution component amount I B2 is greatly in 450~500nm than contribution component amount I B1 of 400 to 450 nm, but be configured to optimize the chromaticity of white color, further, to reduce the risk of retinal damage while optimizing the chromaticity range is based on the blue color matching function, the contribution component amount I B1 of 400~450nm the emission spectrum components, contributing components in 450~500nm amount I it is desirable B2 is 50% or less. この方法を白色光源からの光の出射角度によって行えば、出射方位毎の定量化を行うことができる。 By performing this method by the outgoing angle of light from the white light source, it is possible to perform the quantification of each outgoing direction.

上記のように、明るさの感度量/網膜ダメージを決定してから逆算していくことで、白色光源と、スペクトル除去手段を適切に形成することができ、白色発光装置からの放射光のスペクトルが、CIE1931の等色関数で評価した場合、図19の色度図でCIExが0.3〜0.5の範囲内で、かつCIEyが0.3〜0.44の範囲内に含まれるように設計することが可能となる。 As described above, by going backward from to determine the sensitivity weight / retinal damage brightness, and white light source, it is possible to properly form a spectrum removal means, spectrum of the emitted light from the white light emitting device but when evaluated with color matching functions of the CIE 1931, in the range of CIEx is 0.3 to 0.5 in the chromaticity diagram of FIG. 19, and so the CIEy are included within the scope of 0.3 to 0.44 it is possible to design to.

次に、網膜損傷アクションスペクトルDと異なる種類の網膜感度スペクトルとを用いて白色発光装置からの放射光のスペクトルを定量化し、この定量化した数値に基づいてスペクトル除去手段を構成し、修正後のスペクトルが、色度図上で設計されたとおりの白色スペクトルとなるように形成する方法を以下に説明する。 Next, with reference to the different types of retinal sensitivity spectrum retinal damage action spectrum D quantify the spectrum of the emitted light from the white light emitting device, to configure the spectral removing means on the basis of the quantified numerical, the modified spectrum, a method of forming such a white spectrum as designed on the chromaticity diagram below.

図13は前述した光励起反応による網膜の損傷のしやすさを示す網膜損傷アクションスペクトルDと、網膜感度スペクトルの一種である比視感度スペクトルSとを表す。 Figure 13 represents a retinal injury action spectrum D indicating the ease of retinal damage by photoexcitation reaction described above, the ratio and luminosity spectrum S is a type of retinal sensitivity spectrum. 比視感度スペクトルSは、人間の眼が明るいと感じる波長領域と相対感度を示すものである。 Relative luminous efficiency spectrum S shows the wavelength region and the relative sensitivity to feel human eye is bright. Sは緑色等色関数にほぼ相当するものであり、DとSとは、重なる波長領域がほとんどないので、Dの感度が高い波長領域を避けつつ、Sの感度が高い波長領域に含まれる成分を大きくするようにする。 S is one that corresponds approximately to the green color matching function, the D and S, so there is little wavelength regions overlapping, while avoiding the sensitivity of the D is high wavelength region, the sensitivity of S is included in the high wavelength region component a so as to be increased.

外部から入ってくる光情報は、人間の目の角膜、瞳孔、水晶体、硝子体を順に通り、網膜で受容される。 Light information coming from the outside, the human eye of the cornea, pupil, lens, in turn passes through the glass body, it is received by the retina. 光を感じる視細胞には明暗を認識する桿体細胞(Rods)と、色を認識する錐体細胞(Cones)がある。 And recognizing the light and dark in the visual cells feel light rod cells (Rods), there is a recognized pyramidal cells (Cones) color. しかし、照明を考える場合には、明順応した場合を考えて設計することもできる。 However, when considering the lighting, it can also be designed to consider the case when you light adaptation. つまり、錐体細胞のみを考慮し、明順応視感度である上記比視感度スペクトルSを用れば良い。 That is, considering only the cone cells, Re use the luminous efficiency spectrum S which is the photopic spectral luminous efficiency.

例えば、図14のような発光スペクトルの発光があったとし、この発光スペクトルを波長λの関数で表してI(λ)とする。 For example, suppose there is a light emission of the light-emitting spectrum as shown in FIG. 14, and I (lambda) represents the emission spectrum as a function of wavelength lambda. また、DをD(λ)、SをS(λ)と波長の関数で表しておく。 Also, the D D (lambda), previously represents S as a function of wavelength and S (lambda). 図15(a)のように、I(λ)のうち、D(λ)に寄与する成分I は、まず、ID=I(λ)×D(λ)と掛け算を行い、IDを積分することにより求められる。 As shown in FIG. 15 (a), the out of I (lambda), component contributing I D to D (lambda) first performs a multiplication with ID = I (λ) × D (λ), integrates the ID It is determined by. したがって、∫(ID)となる。 Therefore, the ∫ (ID). ここで、∫は積分記号を表す。 Here, ∫ represents the integral sign. 一方、図15(b)のように、I(λ)のうち、S(λ)に寄与する成分I を求めると、∫(IS)となる。 On the other hand, as shown in FIG. 15 (b), the out of I (lambda), when obtaining the components contributing I S to S (lambda), ∫ a (IS). ここで、IS=I(λ)×S(λ)である。 Here, an IS = I (λ) × S (λ). そしてI /I 、すなわち、明るさの感度量/網膜ダメージの比を求める。 And I S / I D, i.e., determining the ratio of the sensitivity volume / retinal damage brightness. この比が、大きければ、明るく感じられるとともに、網膜ダメージが相対的に小さくなっていると言える。 This ratio is greater, along with the feel bright, it can be said that the retina damage is relatively small. 逆に、比の値が小さくなっていれば、明るさがそれほど感じられず、網膜ダメージが相対的に大きくなっていると言える。 On the other hand, if the value of the ratio is reduced, it not felt the brightness is so, it can be said that the retina damage is relatively large.

以上のようにして、白色光のうち、I /I の比を大きくするように形成する。 As described above, among the white light is formed so as to increase the ratio of I S / I D. 例えば、電球の発光スペクトルは、黒体輻射スペクトルに近いことで知られているが、図16のIのようになる。 For example, the emission spectrum of the light bulb is known by close to black body radiation spectrum is as shown in I in FIG. 16. この場合、IDとISは図のようになり、網膜ダメージに寄与する成分は非常に小さく、かつ、明るさの感度に寄与する成分は大きい。 In this case, ID and IS is as shown in FIG, components that contribute to retinal damage is very small, and components that contribute to the sensitivity of the brightness is large. /I の比は5.5となる。 The ratio of I S / I D becomes 5.5. 一方、紫外線が多く含まれることで知られている太陽光の発光スペクトルは図17のIのようになる。 On the other hand, the emission spectrum of sunlight are known to contain many ultraviolet is as I in Figure 17. ここで、IDとISは図のようになり、網膜ダメージに寄与する成分も大きく、かつ、明るさの感度に寄与する成分も大きい。 Here, ID and IS is as shown in FIG, components that contribute to retinal damage is large, and even large components contributing to the sensitivity of the brightness. この場合には、I /I は1.5となる。 In this case, I S / I D is 1.5.

次に、白色LEDとして良く用いられる青色LEDとYAG等の蛍光体を用いて、青色光と黄色光を混色して白色とした装置の発光スペクトルを図18のIで示す。 Next, using the phosphor of the blue LED and YAG or the like is often used as a white LED, an emission spectrum of the device was white by mixing blue light and yellow light by I in FIG. 18. ここで、IDとISは図のようになり、網膜ダメージに寄与する成分はそれほど小さくなく、かつ、明るさの感度に寄与する成分も普通である。 Here, ID and IS is as shown in FIG, components that contribute to retinal damage is not so small, and components that contribute to the sensitivity of the brightness is also common. この場合には、I /I は1.9となる。 In this case, I S / I D becomes 1.9. これでは、まだ、網膜ダメージの成分がかなりあるので、本発明のように、波長カットフィルター23を設けて、380〜480nmの波長領域の少なくとも一部の領域における成分をカットするようにして、I /I 値を向上させるようにする。 This is still, since components of the retina damage is considerable, as in the present invention, by providing a wavelength cut filter 23, so as to cut the component in at least a partial region of the wavelength region of 380 to 480 nm, I to improve the S / I D value. 一方、波長カットフィルター23を設けることで、一部の発光スペクトル成分が失われて、色度範囲が悪くなることが考えられるが、その場合には、上記同様、青色LEDの発光強度を大きくすれば良い。 On the other hand, by providing the wavelength cut filter 23, lost part of the emission spectrum components, although the chromaticity range is considered to become worse, in that case, it is the same, increasing the emission intensity of the blue LED if may.

なお、以上述べた白色発光装置の形成方法は、後述する第2の白色発光装置、第3の白色発光装置等、本発明のすべての白色発光装置に適用することができる。 In addition, the method of forming the above-mentioned white light emitting device can be applied the second white light-emitting device, the third white light emitting device to be described later, to all of the white light-emitting device of the present invention.

次に、白色発光装置から発生する白色光の構成について考察する。 Next, consider the structure of the white light generated from the white light emitting device. 第1の白色発光装置では、上記実施例のように、近紫外又は紫領域の発光で励起し、励起された蛍光体からの3色の光を混合して白色とする構成としたが、第2の白色発光装置は青緑領域の発光と、赤色領域の発光とを混合して白色光を作り出す。 In the first white light-emitting device, as in the above embodiments, excited by emission of near-ultraviolet rays or ultraviolet region, but by mixing the three colors of light from the excited phosphor is configured to be white, the 2 of white light emitting device and light emission of blue green region, creating a white light by mixing the light emission in the red region. 図12は、既に述べたD、B、G、Rの波長に対する相対感度曲線であるが、B曲線とG曲線との交点C1(約500nm)は、人間の眼の色センサに相当する青色受容器と緑色受容器との感度が同じになるので、この波長付近にピーク波長が存在するスペクトル分布を形成するように青緑の光源を構成し、C1と同じ感度におけるR曲線の交点C2(約650nm)の波長付近にピーク波長が存在するスペクトル分布を形成するように赤色の光源を構成する。 12, D already mentioned, B, G, is a relative sensitivity curve for wavelengths of R, B curve and the intersection C1 (about 500 nm) and G curve, blue receiving corresponding to the color sensor of the human eye the sensitivity of the container and green receptors are the same, constitute a blue-green light source to form a spectral distribution with a peak wavelength in the vicinity of this wavelength, the intersection of the R curve at the same sensitivity as the C1 C2 (about constituting the red light source to form a spectral distribution with a peak wavelength in the vicinity of a wavelength of 650 nm).

ここで、C1付近の波長とは、500nm±20nm(480nm〜520nm)であり、C2付近の波長とは、650nm±20nm(630nm〜670nm)である。 Here, the wavelengths around C1, a 500nm ± 20nm (480nm~520nm), the wavelength in the vicinity of C2, a 650nm ± 20nm (630nm~670nm). 以上のように、青緑の光源と赤色の光源を作製してこれら2つの光源の光出力を同じにし、同時に光らせて混色させると、C1付近の発光波長では青色と緑色とを同じ感度で受感でき、また、C2付近の発光波長では赤色を青色及び緑色と同じ感度で受感できるので、青、緑、赤の3原色ともに同様な強さで感じることができ、理想的な白色光を形成できる。 As described above, blue-green light and red to produce a light source with two light sources of the light output same west and is mixed flashing simultaneously, receiving a blue and green at the same sensitivity at the emission wavelength of the near C1 can sensitive, also, since the emission wavelength of around C2 can sensitive red with the same sensitivity as the blue and green, blue, green, can feel the same strength to the three primary colors both red, the ideal white light It can be formed. また、波長480nm未満の網膜に損傷を与える成分は弱くなるので、網膜損傷のリスクを抑えることができる。 Further, since the component of damage to the retina than the wavelength 480nm is weakened, it is possible to suppress the risk of retinal damage.

以上のように白色発光装置を具体的に構成するために、青緑色と赤色の光源を発光ダイオード(LED)で構成する第2の白色発光装置の場合と、レーザダイオード(LD)で構成する第3の白色発光装置の場合とを説明する。 To specifically configure the white light emitting device as described above, in the case of the second white light emitting device constituting the blue-green and red light light-emitting diode (LED), a first constituted by a laser diode (LD) and the case of 3 of the white light emitting device will be described.

まず、発光ダイオードで構成する第2の白色発光装置の場合は、青緑色のLEDとして、図2の構成と同じものを単体で用いる。 First, in the case of the second white light-emitting device constituting a light emitting diode, a blue-green LED, it is used alone the same as the configuration of FIG. 異なるのは、InGaN/GaN活性層3のInGaN井戸層におけるIn組成比率である。 The difference is the In composition ratio in the InGaN well layer of InGaN / GaN active layer 3. 青色発光のときよりも、In組成比率を高くして、青色の発光波長よりも長波長とし、例えば20%以上とする。 Than when the blue emission, by increasing the In composition ratio than the blue light wavelength is a long wavelength, for example, 20% or more.

一方、赤色のLEDについては、図7のように、4元混晶AlInGaP系半導体で構成される。 On the other hand, the red LED, as shown in FIG. 7, composed of a quaternary mixed crystal AlInGaP-based semiconductor. また、各半導体層の結晶成長は、既知の有機金属気相成長法(MOVPE)によって行われる。 The crystal growth of the semiconductor layers is carried out by known metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE). 傾斜n型GaAs基板51上に、n型GaAsバッファ層52、n型AlGaInPクラッド層53、AlGaInP活性層54、p型AlGaInPクラッド層55、ITO等からなる透明電極56が積層され、n型GaAs基板51の裏側にはn電極58が、透明電極56上にはp電極57が形成されている。 On the inclined n-type GaAs substrate 51, n-type GaAs buffer layer 52, n-type AlGaInP cladding layer 53, AlGaInP active layer 54, p-type AlGaInP cladding layer 55 transparent electrode 56 made of, ITO or the like is stacked, an n-type GaAs substrate n electrode 58 on the back side of 51, p electrode 57 is formed on the transparent electrode 56. n型GaAs基板51には、その結晶方位が、(001)から10〜15度傾斜しているものを用いる。 The n-type GaAs substrate 51, the crystal orientation, use those inclined 10-15 degrees from the (001).

AlGaInP活性層54は、例えば、(Al 0.5 Ga 0.50.5 In 0.5 Pで形成され、n型AlGaInPクラッド層53にはn型不純物Siが、p型AlGaInPクラッド層55には、p型不純物Znがドーピングされている。 AlGaInP active layer 54, for example, (Al 0.5 Ga 0.5) formed by 0.5 an In 0.5 P, an n-type impurity Si in the n-type AlGaInP cladding layer 53, p-type AlGaInP cladding layer 55 the, p-type impurity Zn is doped. p電極57はTiとAuの多層金属膜が、n電極58はAu、Ge、Niの合金層とTiとAuの多層金属膜が用いられる。 p electrode 57 is a multilayer metal film of Ti and Au is, n electrode 58 is Au, Ge, multilayer metal film of the alloy layer and the Ti and Au and Ni is used. なお、AlGaInP活性層54の組成比率を変えることにより、上述したC2付近の波長650nm±20nm(630nm〜670nm)の範囲内で発光させることができる。 Incidentally, by changing the composition ratio of the AlGaInP active layer 54, it is possible to emit light in a wavelength range of 650 nm ± 20 nm in the vicinity of C2 described above (630nm~670nm).

以上の2つのLEDを並べて支持基板等に配置し、同時に発光させることで、混色が発生し、白色光が得られる。 More side by side two LED arranged on the supporting substrate, etc., by emitting at the same time, color mixing occurs, white light is obtained.

次に、レーザダイオード(LD)で構成する第3の白色発光装置の場合を説明する。 Next, the case of the third white light emitting device configured with as a laser diode (LD). 図8は、青緑色のレーザダイオード構成を、図10は図8の青緑色LDの斜視図を示す。 8, the laser diode structure of blue-green, FIG. 10 shows a perspective view of a blue-green LD of FIG. 青緑色LDは、III−V族GaN系半導体で構成される。 Blue-green LD is composed of a group III-V GaN-based semiconductor.

GaN単結晶基板61上に、n型GaNコンタクト層62(例えば膜厚2μm)、n型AlGaNクラッド層63(膜厚1.5μm以下、例えば1.0μm厚)、n型GaN光ガイド層64(例えば膜厚0.1μm)、InGaN活性層(発光層)65が順に形成されている。 On the GaN single crystal substrate 61, n-type GaN contact layer 62 (thickness, for example 2 [mu] m), n-type AlGaN cladding layer 63 (thickness 1.5μm or less, for example, 1.0μm thick), n-type GaN optical guide layer 64 ( For example the thickness 0.1 [mu] m), InGaN active layer (light emitting layer) 65 are sequentially formed. 次に、p型半導体層として、活性層65の上に、p型AlGaN電子ブロック層66(例えば膜厚20nm)、p型GaN光ガイド層67(例えば膜厚0.1μm)、p型AlGaNクラッド層68(膜厚1.5μm以下、例えば0.4μm厚)、p型GaNコンタクト層69(例えば膜厚0.05μm)が順に積層されている。 Next, a p-type semiconductor layer, on the active layer 65, p-type AlGaN electron blocking layer 66 (e.g., thickness 20 nm), a p-type GaN optical guide layer 67 (thickness, for example 0.1 [mu] m), p-type AlGaN cladding layer 68 (thickness 1.5μm or less, for example, 0.4μm thick), p-type GaN contact layer 69 (thickness, for example 0.05 .mu.m) are stacked in this order.

ここで、GaN単結晶基板61は、m面を主面としており、この主面上における結晶成長によって、III族窒化物半導体であるGaN系半導体層が積層される。 Here, GaN single crystal substrate 61 is for the major surface defined by an m-plane, the crystal growth in the major surface, GaN-based semiconductor layer is a group III nitride semiconductor are stacked. したがって、GaN単結晶基板61のm面上に結晶成長されるGaN系半導体層だけでなく、最上層のp型GaNコンタクト層69に至るまですべてのGaN系半導体層の成長主面はm面となる。 Therefore, not only the GaN-based semiconductor layer to be grown on the m-plane of the GaN single crystal substrate 61, the principal growth of all up to the uppermost layer of the p-type GaN contact layer 69 of GaN-based semiconductor layer and the m-plane Become.

上記のように、結晶成長主面を非極性面であるm面としているので、ヘテロ接合の界面においては、自然分極よる電界や格子歪みに基づくピエゾ電界は発生せず、発光効率の低下が抑制される。 As described above, since the crystal growth principal surface is an m-plane is a nonpolar plane, at the interface of a heterojunction, the piezoelectric field based on an electric field and lattice distortion by spontaneous polarization does not occur, lowering of light emission efficiency suppressed It is. したがって、青緑色領域の発振波長を発生せるために、InGaN活性層65中のIn組成比率を高くしても、分極電界が強くなることもなく、良好な青緑色光源として使用することができる。 Therefore, in order to generate the oscillation wavelength of the blue-green region, also by increasing the In composition ratio in the InGaN active layer 65, it no polarization electric field is strong, can be used as a good blue-green light. もちろん、波長によっては、従来のc面成長を用いることもできる。 Of course, depending on the wavelength, it can also be used conventional c-plane growth.

n型GaNコンタクト層62およびp型GaNコンタクト層69は、それぞれn電極72およびp電極71とのオーミックコンタクトをとるための低抵抗層である。 n-type GaN contact layer 62 and the p-type GaN contact layer 69 is a low-resistance layer for ohmic contact between the n electrode 72 and the p electrode 71, respectively. n型GaNコンタクト層62は、GaNに例えばn型ドーパントSiが3×10 18 cm −3ドーピングされた半導体層であり、また、p型GaNコンタクト層69は、GaNに例えばp型ドーパントMgが3×10 19 cm −3ドーピングされた半導体層である。 n-type GaN contact layer 62 is a semiconductor layer GaN, for example, n-type dopant Si was 3 × 10 18 cm -3 doping, also, the p-type GaN contact layer 69 is GaN, for example, p-type dopant Mg 3 × 10 19 cm -3 is doped semiconductor layer.

n型AlGaNクラッド層63およびp型AlGaNクラッド層68は、活性層65からの光をそれらの間に閉じ込める光閉じ込め効果を生じるものである。 n-type AlGaN cladding layer 63 and the p-type AlGaN cladding layer 68, a light confining effect to confine light from the active layer 65 therebetween. n型AlGaNクラッド層63は、AlGaNに例えばn型ドーパントSiが3×10 18 cm −3ドーピングされた半導体層であり、また、p型AlGaNクラッド層68は、AlGaNに例えばp型ドーパントMgが3×10 19 cm −3ドーピングされた半導体層である。 n-type AlGaN cladding layer 63 is a semiconductor layer for example n-type dopant Si was 3 × 10 18 cm -3 doping AlGaN, also, p-type AlGaN cladding layer 68, AlGaN, for example, p-type dopant Mg 3 × 10 19 cm -3 is doped semiconductor layer. また、AlGaNクラッド層63、68は、Al組成比率が7%以下で作製される。 Furthermore, AlGaN cladding layer 63 and 68 is, Al composition ratio is prepared as follows 7%. n型AlGaNクラッド層63は、n型GaN光ガイド層64よりもバンドギャップが広く、p型AlGaNクラッド層68は、p型GaN光ガイド層67よりもバンドギャップが広い。 n-type AlGaN cladding layer 63 has a wider band gap than the n-type GaN optical guide layer 64, p-type AlGaN cladding layer 68, a band gap than the p-type GaN optical guide layer 67 is wide. これにより、良好な閉じ込めを行うことができ、低閾値および高効率の半導体レーザダイオードを実現できる。 Thus, good confinement can be performed, it is possible to realize a low threshold and high efficiency semiconductor laser diode.

n型GaN光ガイド層64およびp型GaN光ガイド層67は、活性層65にキャリア(電子および正孔)を閉じ込めるためのキャリア閉じ込め効果を生じる半導体層である。 n-type GaN optical guide layer 64 and the p-type GaN optical guide layer 67 are semiconductor layers providing a carrier confining effect for confining carriers (electrons and holes) in the active layer 65. これにより、発光層65における電子および正孔の再結合の効率が高められるようになっている。 Thus, efficiency of recombination of electrons and holes in the light emitting layer 65 is adapted to be enhanced. n型GaN光ガイド層64は、GaNに例えばn型ドーパントSiが3×10 18 cm −3ドーピングされた半導体層、p型GaN光ガイド層67は、GaNに例えばp型ドーパントMgが5×10 18 cm −3ドーピングされた半導体層である。 n-type GaN optical guide layer 64, GaN, for example, n-type dopant Si is 3 × 10 18 cm -3 doped semiconductor layer, p-type GaN optical guide layer 67, GaN, for example, p-type dopant Mg is 5 × 10 18 cm -3 is doped semiconductor layer. 光ガイド層64、67は、数%以下のInを含むInGaNで構成しても良い。 Optical guide layer 64 and 67 may be constituted by InGaN containing several% or less of In.

p型ドーパントMgが、例えば5×10 18 cm −3ドープされたp型AlGaN電子ブロック層66は、活性層65からの電子の流出を防いで、電子および正孔の再結合効率を高めている。 p-type dopant Mg is, for example, 5 × 10 18 cm -3 doped p-type AlGaN electron blocking layer 66 has the prevent electrons from flowing out of the active layer 65, and improves the efficiency of recombination of electrons and holes . p型AlGaN電子ブロック層66のAl組成比率は5〜30%で形成される。 Al composition ratio of p-type AlGaN electron blocking layer 66 is formed of 5-30%.

活性層65は、例えばInGaNを含むMQW(multipule-quantum well)構造(多重量子井戸構造)を有しており、電子と正孔とが再結合することにより光が発生し、その発生した光を増幅させるための層である。 The active layer 65 is, for example InGaN has a MQW (multipule-quantum well) structure (a multiple quantum well structure) including, a light light is generated and that the generated by electrons and holes are recombined it is a layer for amplifying. 活性層65は、具体的には、InGaN井戸層(たとえば3nm厚)とGaNバリア層(たとえば9nm厚)とを交互に2〜7周期程度繰り返し積層して構成されている。 The active layer 65 is specifically being InGaN well layer (e.g. 3nm thick) and GaN barrier layers (e.g. 9nm thick) and alternately with 2-7 cycles of about repeatedly stacked configuration. この場合に、InGaN井戸層は、Inの組成比を5%以上とすることにより、バンドギャップが比較的小さくなり、量子井戸層を構成する。 In this case, InGaN well layer is, by the composition ratio of In 5% or more, the band gap is relatively small, constituting the quantum well layer. 一方、GaNバリア層はバンドギャップが比較的大きな障壁層として機能する。 Meanwhile, GaN barrier layer bandgap acts as a relatively large barrier layer.

発光波長は、InGaN井戸層におけるInの組成比が高くなるように調整することによって、青緑色領域の発振波長480nm〜520nmが得られるようにしている。 Emission wavelength, by adjusting to be higher composition ratio of In in the InGaN well layer, so that the oscillation wavelength 480nm~520nm blue-green region can be obtained. 例えばInGaN井戸層のIn組成は20%以上とし、InGaN井戸層を30Å前後とすることが望ましい。 An In composition of the InGaN well layer is set to 20% or more, an InGaN well layer is preferably set to the front and rear 30 Å. なお、前記MQW構造は、Inを含む量子井戸の数が3以下とされることが好ましい。 Incidentally, the MQW structure, it is preferable that the number of quantum wells containing In is 3 or less.

p型AlGaN電子ブロック層66〜p型GaNコンタクト層69までのp型半導体積層体は、その一部がメサエッチングによって除去されることにより、リッジストライプAを形成している。 p-type semiconductor lamination to the p-type AlGaN electron blocking layer 66~p type GaN contact layer 69, by a portion is removed by mesa etching to form a ridge stripe A. より具体的には、p型コンタクト層69、p型AlGaNクラッド層68およびp型GaN光ガイド層67の一部がエッチング除去され、メサ形のリッジストライプAが形成される。 More specifically, a portion of the p-type contact layer 69, p-type AlGaN cladding layer 68 and p-type GaN optical guide layer 67 is etched away, the ridge stripe A mesa-shaped is formed. このリッジストライプAは、図10に示すように、c軸方向に沿って形成されている。 The ridge stripe A, as shown in FIG. 10, is formed along the c-axis direction. リッジストライプAの長手方向(c軸方向)両端における劈開により形成された一対の端面は、互いに平行であり、いずれもc軸に垂直で、c面及び−c面を構成する。 A pair of end faces formed by cleavage in the longitudinal direction (c-axis direction) at both ends of the ridge stripe A are parallel to each other, both perpendicular to the c axis, constituting a c-plane and the -c-plane. これらの端面の間で共振器が構成され、活性層65で発生した光は、共振器端面の間を往復しながら、誘導放出によって増幅される。 Configured the resonator between these end faces, the light generated in the active layer 65 reciprocates between the cavity end face, and is amplified by induced emission. そして、増幅された光の一部が、共振器端面からレーザ光として素子外に取り出すために、以下のように構成した。 Part of the amplified light, in order to take out the elements outside as a laser beam from the resonator facet, was constructed as follows.

+c面である共振器端面を被覆するように形成された絶縁膜81は、例えば、ZrO の単膜からなる。 + Insulating film 81 formed so as to cover the c-plane in which the cavity end face, for example, made of a single film of ZrO 2. これに対し、−c面である共振器端面に形成された絶縁膜80は、たとえばSiO 膜とZrO 膜とを交互に複数回繰り返し積層した多重反射膜で構成されている。 In contrast, an insulating film 80 formed on the cavity end face is -c plane is formed by a multiple reflection layer, for example the repeated several times stacked and SiO 2 film and ZrO 2 film alternately. 絶縁膜81を構成するZrO の単膜は、その厚さがλ/2n (ただし、λは活性層65の発光波長。n はZrO の屈折率)とされている。 A single film of ZrO 2 constituting the insulating film 81 has a thickness of lambda / 2n 1 (however, lambda is the emission wavelength .n 1 of the active layer 65 has a refractive index of ZrO 2) is a. 一方、絶縁膜80を構成する多重反射膜は、薄膜λ/4n (但しn はSiO の屈折率)のSiO 膜と、膜厚λ/4n のZrO 膜とを交互に積層した構造となっている。 On the other hand, multiple reflection film constituting the insulating film 80, a thin film lambda / 4n 2 (where n 2 is the refractive index of SiO 2) laminating a SiO 2 film, a ZrO 2 film with a thickness of lambda / 4n 1 alternately and it has a structure.

このような構造により、+c面の端面における反射率は小さく、−c面の端面における反射率が大きくなっている。 This structure, the reflectance of an end face of the + c-plane is small, the reflectance of an end face of the -c plane is large. より具体的には、たとえば、+c面の端面の反射率は20%程度とされ、−c面の端面における反射率は99.5%程度(ほぼ100%)となる。 More specifically, for example, + the reflectivity of the end face of the c-plane is about 20%, the reflectance of an end face of the -c plane is about 99.5% (approximately 100%). したがって、+c面の端面から、より大きなレーザ出力が出射されることになる。 Therefore, from the end surface of the + c plane, a larger laser output is emitted. しかも、レーザでは、スペクトル幅がnmオーダーであり、シャープになるので、網膜損傷に大きく寄与する成分は全くなくなるので、網膜損傷のリスクを抑えることができる。 Moreover, the laser is a spectral width nm order, since a sharp, large component that contributes to retinal damage so completely eliminated, it is possible to suppress the risk of retinal damage.

n電極72は、例えばAl金属で、p電極71は、例えば、Al金属、Pd/Au合金で形成されており、それぞれp型コンタクト層69およびGaN単結晶基板61にオーミック接続されている。 n electrode 72 is, for example an Al metal, p electrode 71 is, for example, Al metal, is formed with Pd / Au alloy, is ohmically connected to the p-type contact layer 69 and the GaN single crystal substrate 61, respectively. p電極71がリッジストライプAの頂面(ストライプ状の接触領域)のp型GaNコンタクト層69だけに接触するように、p型GaN光ガイド層67およびp型AlGaNクラッド層68の露出面を覆う絶縁層70が設けられている。 As the p-electrode 71 is in contact only with the p-type GaN contact layer 69 of the top surface of the ridge stripe A (striped contact area), to cover the exposed surface of the p-type GaN optical guide layer 67 and the p-type AlGaN cladding layer 68 insulating layer 70 is provided. これにより、リッジストライプAに電流を集中させることができるので、効率的なレーザ発振が可能になる。 This makes it possible to concentrate the current to the ridge stripe A, thereby enabling efficient laser oscillation. 絶縁層70は、屈折率が1よりも大きな絶縁材料、たとえば、SiO やZrO で構成することができる。 Insulating layer 70, a large insulating material than the refractive index of 1, for example, it can be composed of SiO 2 and ZrO 2.

さらに、リッジストライプAの頂面はm面となっていて、このm面にp電極71が形成されている。 Further, the top surface of the ridge stripe A can have a m-plane, p electrode 71 is formed on the m-plane. そして、n電極72が形成されているGaN単結晶基板61の裏面もm面である。 Then, the back surface of the GaN single crystal substrate 61 n-electrode 72 is formed also an m-plane. このように、p電極71およびn電極72のいずれもがm面に形成されているので、レーザの高出力化や高温動作に十分に耐えられる信頼性を実現できる。 Thus, since both the p-electrode 71 and n electrode 72 is formed on the m-plane, it can be realized sufficiently withstand reliability high output and high-temperature operation of the laser.

図8の半導体レーザダイオードを作製する際、まず、m面を主面とするGaN単結晶基板61は、c面を主面としたGaN単結晶から切り出して作製することができる。 Making the semiconductor laser diode of FIG. 8, first, a GaN single crystal substrate 61 having a major surface defined by an m plane can be produced by cutting a GaN single crystal having a major surface defined by a c plane. 切り出された基板のm面は、たとえば、化学的機械的研磨処理によって研磨され、(0001)方向および(11−20)方向の両方に関する方位誤差が、±1°以内(好ましくは±0.3°以内)とされる。 The m-plane of the cut substrate is, for example, are polished by chemical mechanical polishing, (0001) direction and (11-20) direction of orientation error for both, ± 1 ° or less (preferably ± 0.3 ° it is within). こうして、m面を主面とし、かつ、転位や積層欠陥といった結晶欠陥のないGaN単結晶基板61が得られる。 Thus, the m-plane as a principal plane, and no crystal defects such as dislocations and stacking faults GaN single crystal substrate 61 is obtained.

次に、赤色LDの具体的構造を図9に示す。 Next, a specific structure of the red LD in FIG. 赤色LDは、AlInGaP系半導体で構成される。 Red LD is composed of AlInGaP-based semiconductor. また、各半導体層の結晶成長は、既知の有機金属気相成長法(MOVPE)によって行われる。 The crystal growth of the semiconductor layers is carried out by known metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE). 傾斜n型GaAs基板32上に、n型AlGaInPクラッド層33、AlGaInP光ガイド層34、MQW活性層35、AlGaInP光ガイド層36、p型AlGaInP第1クラッド層37、AlGaInPエッチングストップ層38、n型AlGaInPブロック層41、p型AlGaAs第2クラッド層39、p型GaAsコンタクト層40、p電極42が積層され、n型GaAs基板32の裏側にはn電極31が形成されている。 On the inclined n-type GaAs substrate 32, n-type AlGaInP cladding layer 33, AlGaInP optical guide layer 34, MQW active layer 35, AlGaInP optical guide layer 36, p-type AlGaInP first cladding layer 37, AlGaInP etching stop layer 38, n-type AlGaInP block layer 41, p-type AlGaAs second cladding layer 39, p-type GaAs contact layer 40, p electrode 42 are laminated, n electrode 31 on the back side of the n-type GaAs substrate 32 is formed. n型GaAs基板32には、その結晶方位が、(001)から10〜15度傾斜しているものを用いる。 The n-type GaAs substrate 32, the crystal orientation, use those inclined 10-15 degrees from the (001).

MQW活性層35は、3層のGaInP井戸層と2層のアンドープの(Al 0.5 Ga 0.50.5 In 0.5 Pバリア層で形成されている。 MQW active layer 35 is formed of undoped (Al 0.5 Ga 0.5) 0.5 In 0.5 P barrier layer of GaInP well layers and two layers of three layers. n型AlGaInPクラッド層33はn型不純物Siドープの(Al 0.7 Ga 0.30.5 In 0.5 P、AlGaInP光ガイド層34とAlGaInP光ガイド層36はアンドープの(Al 0.5 Ga 0.50.5 In 0.5 P、p型AlGaInP第1クラッド層37はp型不純物Znドープの(Al 0.7 Ga 0.30.5 In 0.5 P、AlGaInPエッチングストップ層38はp型不純物Znドープの無歪の(Al 0.1 Ga 0.90.5 In 0.5 Pを3層とp型不純物Znドープの(Al 0.4 Ga 0.60.5 In 0.5 Pを2層用いてこれらを交互に積層した層、p型AlGaAs第2クラッド層39はp型不純物ZnドープのAl 0.5 GaAs、p型GaAsコンタク n-type AlGaInP cladding layer 33 of n-type impurity Si-doped (Al 0.7 Ga 0.3) 0.5 In 0.5 P, AlGaInP light guiding layer 34 and the AlGaInP light guiding layer 36 is an undoped (Al 0. 5 Ga 0.5) 0.5 in 0.5 P , p -type AlGaInP first cladding layer 37 of p-type impurity Zn-doped (Al 0.7 Ga 0.3) 0.5 in 0.5 P, AlGaInP (Al 0.4 Ga 0 of the etching stop layer 38 is of no strain in the p-type impurity Zn-doped (Al 0.1 Ga 0.9) 0.5 in 0.5 P a 3-layer and p-type impurity Zn-doped. 6) 0.5 in 0.5 P with two layers layers are alternately stacked, a p-type AlGaAs second cladding layer 39 is p-type impurity Zn-doped Al 0.5 GaAs, p-type GaAs contactor 層40はp型不純物ZnドープのGaAs、n型AlGaInPブロック層41はn型不純物Siドープの(Al 0.8 Ga 0.20.5 In 0.5 Pにより構成されている。 Layer 40 is p-type impurity Zn-doped GaAs, the n-type AlGaInP block layer 41 is composed of n-type impurity Si-doped (Al 0.8 Ga 0.2) 0.5 In 0.5 P. p電極42はTiとAuの多層金属膜が、n電極31はAu、Ge、Niの合金層とTiとAuの多層金属膜が用いられる。 p electrode 42 is a multilayer metal film of Ti and Au is, n electrode 31 is Au, Ge, multilayer metal film of the alloy layer and the Ti and Au and Ni is used.

MQW活性層35を、両側からAlGaInP光ガイド層34、36で挟み込んだ構造としている。 The MQW active layer 35, and from both sides and sandwiched between an AlGaInP optical guide layer 34, 36. これら光ガイド層は垂直方向に光を閉じ込めるために形成されているもので、光ガイド層の組成や厚さによって垂直広がり角度を制御できる。 These optical guide layer is one which is formed to confine the light in a vertical direction, it controls the vertical divergence angle by the composition and thickness of the optical guide layer. この垂直方向の光閉じ込めを弱めると、発光スポットが垂直方向に拡大し、出射ビームの垂直広がり角度(FFPの積層方向の大きさ)が低減する。 When weakened confinement this vertical light emitting spot is enlarged in the vertical direction, the vertical divergence angle of the output beam (the size of the stacking direction of the FFP) is reduced.

図9に示す高出力赤色半導体レーザダイオードは、p型AlGaAs第2クラッド層39とp型GaAsコンタクト層40とで、ストライプ状のリッジ部分Bを形成し、このリッジ部分Bの両側をn型AlGaInPブロック層41で覆った埋め込みリッジ構造を有している。 High-power red semiconductor laser diode shown in FIG. 9, in the p-type AlGaAs second cladding layer 39 and the p-type GaAs contact layer 40, to form a stripe-shaped ridge portion B, n-type AlGaInP on both sides of the ridge portion B and a ridge structure embedded covered with blocking layer 41. 電流は、逆バイアスとなるn型AlGaInPブロック層41及びその下部には流れず、ストライプ状のリッジ部Bを流れる。 Current, n-type AlGaInP block layer 41 is reverse biased and does not flow to the lower portion, through the stripe-shaped ridge portion B.

以上のように、構成した青緑色LDを、仮にLD1とし、赤色LDをLD2とすると、図11のように、支持基板90上にLD1とLD2を配置して、同時に発光させ、レーザ光の出射面側に光カップラ等を設けて(図示せず)、レーザ光を混合させれば、図12からわかるように、網膜損傷のリスクが低減された白色発光装置を形成することができる。 As described above, the structure was blue-green LD, if the LD1, the red LD and LD2, as in FIG. 11, and the LD1 and LD2 on the support substrate 90 is disposed, to emit light at the same time, emission of the laser beam on the side provided with the optical coupler or the like (not shown), if mixed with the laser beam, as can be seen from FIG. 12, it is possible to form a white light emitting device risk of retinal damage has been reduced.

他の例として、GaN系半導体により構成されるLEDを用い、蛍光体やフィルターの種類を変更すれば、白色発光装置を、例えば、波長380nm〜420nmの範囲に発光スペクトルのピークを有する光源と、波長480nm〜500nmの範囲に発光スペクトルのピークを有する光源と、波長520nm〜670nmの範囲に発光スペクトルのピークを有する光源の3種類で構成し、フィルターにより網膜損傷の影響が高い波長420nm〜480nmの範囲における発光スペクトル成分を除去するように作製することもできる。 As another example, an LED composed of a GaN-based semiconductor, by changing the phosphor or filter type, the white light emitting device, for example, a light source having a peak of emission spectrum in the wavelength range of 380 nm to 420 nm, a light source having a range to the peak of the emission spectrum of a wavelength 480Nm~500nm, constituted by three kinds of light sources with a peak of emission spectrum in the wavelength range of 520Nm~670nm, the influence of retinal damage by the filter is higher wavelengths 420nm~480nm It can be made to eliminate the emission spectral components in the range.

例えば、図2の窒化物半導体で構成されるLEDを2個用いることとし、第1のLEDは、InGaN/GaN活性層3のInGaN井戸層におけるIn組成比率を変化させて波長380nm〜420nmの範囲に発光スペクトルのピークを有するように形成し、第2のLEDについては、InGaN/GaN活性層3のInGaN井戸層におけるIn組成比率を上記第1のLEDよりも高くして波長480nm〜500nmの範囲に発光スペクトルのピークを有するように形成することができる。 For example, we decided to use two LED composed of a nitride semiconductor of Figure 2, the first LED is a range of wavelengths 380nm~420nm by varying the In composition ratio in the InGaN well layer of InGaN / GaN active layer 3 the formed so as to have a peak of emission spectrum, for the second LED, the wavelength range of 480nm~500nm the in composition ratio to be higher than the first LED in the InGaN well layer of InGaN / GaN active layer 3 it can be formed so as to have a peak of emission spectrum. 波長520nm〜670nmの範囲に発光スペクトルのピークを有する光源については、図1のように半導体発光ダイオードと蛍光体を用いる構造にして波長520nm〜670nmの範囲の光が放射されるようにして、これらの3個の光源に対して、フィルターを設けるようにすれば良い。 The light source with a peak of emission spectrum in the wavelength range of 520Nm~670nm, as light in the range of the semiconductor light-emitting diode and a phosphor wavelength 520Nm~670nm in the structures using is emitted as shown in FIG. 1, these against three light sources, it is only necessary to provide a filter. また、前記波長520nm〜670nmの範囲に発光スペクトルのピークを有する光源は、AlGaInP系等の半導体からなる赤色光を出力する発光ダイオードで構成しても良い。 The light source with a peak of emission spectrum in the range of the wavelength 520nm~670nm may be constituted by a light emitting diode for outputting a red light formed of a semiconductor of AlGaInP-based or the like.

本発明の第1の白色発光装置の断面構造を示す図である。 It is a diagram showing a sectional structure of the first white light-emitting device of the present invention. 第1の白色発光装置に用いられるLEDの断面構造を示す図である。 It is a diagram showing a sectional structure of an LED used in the first white light-emitting device. 網膜損傷アクションスペクトルと青色等色関数とを示す図である。 It is a diagram illustrating a retinal damage action spectrum and the blue color matching function. 改良前の白色発光スペクトルを示す図である。 Is a diagram illustrating a white light emitting spectrum before improvement. 網膜損傷に関するスペクトル成分を除去した後の白色発光スペクトルを示す図である。 Is a diagram illustrating a white light emitting spectrum after removal of the spectral components associated retinal damage. 図5から発光強度を増加させた後の白色発光スペクトルを示す図である。 Is a diagram illustrating a white light emitting spectrum after increasing the emission intensity from FIG. 白色発光装置に用いられる半導体発光ダイオードの断面構造を示す図である。 It is a diagram showing a sectional structure of a semiconductor light-emitting diodes used in the white light emitting device. 白色発光装置に用いられる半導体レーザダイオードの断面構造を示す図である。 It is a view showing a sectional structure of a semiconductor laser diode used in the white light emitting device. 白色発光装置に用いられる半導体レーザダイオードの断面構造を示す図である。 It is a view showing a sectional structure of a semiconductor laser diode used in the white light emitting device. 図7の半導体レーザダイオードの斜視図である。 It is a perspective view of a semiconductor laser diode of FIG. 半導体レーザダイオードを2種類用いた場合の白色発光装置を示す図である。 Is a diagram illustrating a white light emitting device in the case of using two types of semiconductor laser diodes. R、G、Bの各等色関数の相対感度が同じになる波長域を示す図である。 R, is a diagram illustrating G, a wavelength region in which the relative sensitivity is the same for each color matching function of B. 網膜アクションスペクトルと比視感度スペクトルとを示す図である。 It is a diagram illustrating a retinal action spectrum and relative luminous efficiency spectrum. 白色発光スペクトルの一例を示す図である。 Is a diagram illustrating an example of a white emission spectrum. 図13の白色発光スペクトル成分中で網膜アクションスペクトルに寄与する部分と比視感度スペクトルに寄与する部分とを示す図である。 It is a diagram showing a portion contributing to white emission spectrum portion contributing to the retina action spectrum component and relative luminous efficiency spectrum of Figure 13. 電球の発光スペクトルに対して網膜アクションスペクトルに寄与する部分と比視感度スペクトルに寄与する部分とを示す図である。 It is a diagram showing a portion contributing to the portion contributing and relative luminous efficiency spectrum to the retina action spectrum against emission spectrum of the light bulb. 太陽光の発光スペクトルに対して網膜アクションスペクトルに寄与する部分と比視感度スペクトルに寄与する部分とを示す図である。 It is a diagram showing a portion contributing to the portion contributing and relative luminous efficiency spectrum to the retina action spectrum against emission spectrum of sunlight. 白色LEDの発光スペクトルに対して網膜アクションスペクトルに寄与する部分と比視感度スペクトルに寄与する部分とを示す図である。 It is a diagram showing a portion contributing to the portion contributing and relative luminous efficiency spectrum to the retina action spectrum against emission spectrum of the white LED. 色度図を示す図である。 It is a diagram showing a chromaticity diagram. 図19の色度図中の白色分類を示す図である。 Is a diagram showing a white classification in the chromaticity diagram of FIG. 19. 等色関数を示す図である。 It is a diagram illustrating a color matching function.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 GaN単結晶基板2 n型GaN層3 InGaN/GaN活性層4 GaNファイナルバリア層5 p型AlGaN層6 p型GaN層7 透明電極8 p側電極9 n側電極10 金属配線11 ボンディングワイヤ12 金属配線13 ボンディングワイヤ20 LED 1 GaN single crystal substrate 2 n-type GaN layer 3 InGaN / GaN active layer 4 GaN final barrier layer 5 p-type AlGaN layer 6 p-type GaN layer 7 transparent electrode 8 p-side electrode 9 n-side electrode 10 metal wires 11 bonding wire 12 metal wire 13 bonding wire 20 LED
21 パッケージ22 蛍光体23 フィルター 21 package 22 phosphor 23 filters

Claims (18)

  1. 波長350nm〜700nmの範囲内に発光スペクトル成分を有する白色光源と、 A white light source having an emission spectrum components within the wavelength range of 350 nm to 700 nm,
    前記白色光源からの放射光のうち、波長380nm〜480nm未満の範囲内の少なくとも一部の波長領域における発光スペクトル成分を除去するスペクトル成分除去手段とを備えたことを特徴とする白色発光装置。 Wherein among the light emitted from the white light source, a white light emitting device is characterized in that a spectral component removing means for removing the emission spectral components in at least part of the wavelength region in the range of less than the wavelength 380Nm~480nm.
  2. 前記スペクトル成分除去手段はフィルターで構成されていることを特徴とする請求項1記載の白色発光装置。 The white light emitting device according to claim 1, wherein the said spectral component removing means, characterized in that it is constituted by a filter.
  3. 前記白色光源は、発光スペクトルのピークが波長350nm〜420nmの範囲内にある半導体発光ダイオードと、該半導体発光ダイオードからの放射光の一部を吸収して該放射光よりも長波長の光を発光する蛍光体とからなることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載の白色発光装置。 The white light source, a semiconductor light emitting diode peak emission spectrum is within the range of wavelengths 350Nm~420nm, light and absorbs a portion of the longer wavelength than the radiation emitted light from the semiconductor light emitting diode emitting white light emitting device according to any one of claims 1 or claim 2, characterized in that comprising a phosphor.
  4. 波長350nm〜700nmの範囲内に発光スペクトル成分を有する白色光源が、波長480nm〜520nmの範囲と波長630nm〜670nmの範囲に各々発光スペクトルのピークを有する半導体発光ダイオードを備えていることを特徴とする白色発光装置。 White light source having an emission spectrum components within the wavelength 350nm~700nm, characterized in that it comprises a semiconductor light emitting diode having a peak of each emission spectrum in the range of range and wavelength 630nm~670nm wavelength 480nm~520nm white light emitting device.
  5. 前記波長480nm〜520nmの範囲に発光スペクトルのピークを有する半導体発光ダイオードはm面を結晶成長の主面とする窒化物半導体からなることを特徴とする請求項4記載の白色発光装置。 The semiconductor light-emitting diode white light emitting device according to claim 4, characterized in that a nitride semiconductor having a major surface of the crystal growth m-plane with a peak of emission spectrum in the range of the wavelength 480Nm~520nm.
  6. 波長350nm〜700nmの範囲内に発光スペクトル成分を有する白色光源が、波長480nm〜520nmの範囲と波長630nm〜670nmの範囲に各々発光スペクトルのピークを有する半導体レーザダイオードを備えていることを特徴とする白色発光装置。 White light source having an emission spectrum components within the wavelength 350nm~700nm, characterized in that it comprises a semiconductor laser diode having a peak of each emission spectrum in the range of range and wavelength 630nm~670nm wavelength 480nm~520nm white light emitting device.
  7. 前記波長480nm〜520nmの範囲に発光スペクトルのピークを有する半導体レーザダイオードはm面を結晶成長の主面とする窒化物半導体からなることを特徴とする請求項6記載の白色発光装置。 The semiconductor laser diode white light emitting device according to claim 6, characterized in that a nitride semiconductor having a major surface of the crystal growth m-plane with a peak of emission spectrum in the wavelength range of 480Nm~520nm.
  8. 前記白色光源は波長380nm〜420nm、波長480nm〜500nm、波長520nm〜670nmの各範囲に各々発光スペクトルのピークを有し、波長420nm〜480nmの範囲における発光スペクトル成分は含まれていないことを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載の白色発光装置。 The white light source wavelength 380 nm to 420 nm, the wavelength 480Nm~500nm, has a peak of each emission spectrum each range of wavelengths 520Nm~670nm, and characterized in that it does not include emission spectral component in the wavelength range of 420nm~480nm white light emitting device according to any one of claims 1 or claim 2.
  9. 前記波長380nm〜420nmの範囲に発光スペクトルのピークを有する発光源、波長480nm〜500nmの範囲に発光スペクトルのピークを有する発光源、波長520nm〜670nmの範囲に発光スペクトルのピークを有する発光源は、半導体発光ダイオードからなることを特徴とする請求項8記載の白色発光装置。 Emitting source having a peak of emission spectrum in the range of the wavelength 380 nm to 420 nm, emission source having an emission peak in the wavelength range of 480Nm~500nm, light emitting source having a peak of emission spectrum in the wavelength range of 520nm~670nm is white light emitting device according to claim 8, characterized in that it consists of a semiconductor light emitting diode.
  10. 前記波長380nm〜420nm、波長480nm〜500nmの範囲に発光スペクトルのピークを有する半導体発光ダイオードは、窒化物半導体からなることを特徴とする請求項9記載の白色発光装置。 The wavelength 380 nm to 420 nm, the semiconductor light emitting diode having a peak emission spectrum in the wavelength range of 480nm~500nm a white light emitting device according to claim 9, characterized in that a nitride semiconductor.
  11. 前記白色発光装置からの放射光のスペクトルが、CIE1931の等色関数で評価した場合、色度図でCIExが0.3〜0.5の範囲内で、かつCIEyが0.3〜0.44の範囲内に含まれることを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の白色発光装置。 Spectrum of the emitted light from the white light emitting device, when evaluated by the color matching functions of the CIE 1931, within the CIEx chromaticity diagram 0.3-0.5, and CIEy is 0.3 to 0.44 white light emitting device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that within the scope of.
  12. 前記発光装置からの放射光のスペクトル成分におけるCIE1931青色等色関数への寄与成分量のうち、波長400nm〜450nm範囲における第1寄与成分量よりも波長450nm〜500nm範囲における第2寄与成分量の方が大きいことを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の白色発光装置。 Of contribution component amounts to CIE1931 blue color matching function in the spectral components of light emitted from the light emitting device, towards the second contribution component quantity in the wavelength 450nm~500nm range than the first contribution component amount in the wavelength 400nm~450nm range white light emitting device according to any one of claims 1 to 11, wherein the large.
  13. 前記第1寄与成分量は、前記第2寄与成分量の半分以下であることを特徴とする請求項12記載の白色発光装置。 The first contribution component amounts, white light emitting device according to claim 12, characterized in that less than half of the second contribution component quantity.
  14. 波長350nm〜700nmの範囲内に発光スペクトル成分を有する白色光源と、 A white light source having an emission spectrum components within the wavelength range of 350 nm to 700 nm,
    一部の波長領域における発光スペクトル成分を除去するスペクトル成分除去手段とを備えた白色発光装置の形成方法であって、 A method of forming a white light emitting device that includes a spectral component removing means for removing the emission spectrum components in some wavelength regions,
    前記白色発光装置からの放射光のスペクトルを網膜損傷アクションスペクトルと網膜感度スペクトルとを用いて定量化し、この定量化した数値に基づいて網膜損傷の程度を下げるように前記スペクトル成分除去手段を構成することを特徴とする白色発光装置の形成方法。 The spectrum of the emitted light from the white light emitting device quantified using a retinal damage action spectrum and the retina sensitivity spectrum, constituting said spectral component removing means to reduce the degree of retinal damage on the basis of the quantified numerical method of forming a white light emitting device, characterized in that.
  15. 前記定量化した数値に基づいて前記白色光源を構成することを特徴とする請求項14記載の白色発光装置の形成方法。 Method of forming a white light emitting device according to claim 14, wherein the configuring the white light source based on a value obtained by the quantification.
  16. 前記定量化した数値は、前記網膜損傷アクションスペクトルをD、前記網膜感度スペクトルをS、前記放射光のスペクトルをIとした場合に、D×Iの積分値とS×Iの積分値との比であることを特徴とする請求項14又は請求項15のいずれか1項に記載の白色発光装置の形成方法。 The ratio of the value obtained by the quantification, the retinal damage action spectra D, and the retinal sensitivity spectrum S, the spectrum of the emitted light when the I, and the integrated value of the integrated value and S × I of D × I method of forming a white light emitting device according to any one of claims 14 or claim 15, characterized in that it.
  17. 1つ又は複数の種類の等色関数で定義される色度座標と、前記網膜損傷アクションスペクトルを用い、前記白色光源の白色の色分類を決定し、かつ前記スペクトル成分除去手段を構成する請求項14〜請求項16のいずれか1項に記載の白色発光装置の形成方法。 And one or more types of chromaticity coordinates defined by the color matching function, using the retinal damage action spectrum, claims the white determining the color classification of the white light source, and forming the spectral component removing means method of forming a white light emitting device according to any one of 14 claims 16.
  18. 前記白色光源からの光の出射方向により、前記定量化した数値を決定する請求項14〜請求項17のいずれか1項に記載の白色発光装置の形成方法。 Wherein the emission direction of light from the white light source, the method of forming the white light emitting device according to any one of claims 14 to 17 for determining the numerical values ​​described above quantified.
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