JP2012169396A - White light-emitting diode containing fluorescent layer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は一種の白色発光ダイオードに係り、特に一種の、蛍光特性を有する酸化インジウムテルビウム透明導電層を具えた白色発光ダイオードに関する。 The present invention relates to a type of white light emitting diode, and more particularly to a type of white light emitting diode including a transparent conductive layer of indium terbium oxide having fluorescent properties.
発光ダイオードは、高効率の発光特性を有するため、既に発光源及び表示装置に広く応用されている。発光ダイオードの発光原理は、順方向に電圧をかけた時に、p型半導体層とn型半導体層の間のpn接合が電子正孔再結合を発生して電気エネルギーを対応する光エネルギーに変換し、これにより出射光を発生する、というものである。出射光の波長は、バンドギャップの大きさにより決まり、ゆえに、適当な組成のp型半導体層とn型半導体を組み合わせることにより、必要なバンドギャップを実現して、必要な可視光を発生することができる。 Since light emitting diodes have high efficiency light emission characteristics, they have already been widely applied to light emitting sources and display devices. The light emission principle of a light emitting diode is that when a voltage is applied in the forward direction, the pn junction between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer generates electron-hole recombination and converts the electrical energy into the corresponding light energy. In this way, emitted light is generated. The wavelength of the emitted light is determined by the size of the band gap. Therefore, by combining a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor having an appropriate composition, the necessary band gap can be realized and the necessary visible light can be generated. Can do.
一般の発光ダイオードの発生する出射光は、紫外光成分を有し、このため、通常は、透明蛍光樹脂体層中に添加した蛍光粉の蛍光作用を利用して、高エネルギーの紫外光を比較的低エネルギーの可視光に変換して使用に供する。 The emitted light generated by a general light emitting diode has an ultraviolet light component. Therefore, usually, high-energy ultraviolet light is compared using the fluorescent action of fluorescent powder added to the transparent fluorescent resin layer. Converted into visible light of low energy for use.
しかし、上述の周知の技術の欠点は、透明蛍光樹脂体層は、樹脂体の老化の問題を有し、発光ダイオードの出射光品質に影響を与えることにある。このため半導体工程で蛍光作用を有する半導体蛍光層を具えた白色発光ダイオードを製造し、上述の周知の技術の問題を解決することが必要とされている。 However, a drawback of the above-described known technique is that the transparent fluorescent resin body layer has a problem of aging of the resin body and affects the emitted light quality of the light emitting diode. For this reason, it is necessary to manufacture a white light emitting diode having a semiconductor fluorescent layer having a fluorescent action in a semiconductor process, and to solve the above-mentioned problems of the known technology.
本発明の主要な目的は、蛍光層を具えた白色発光ダイオードを提供することにあり、それは、サファイヤ基板、窒化ガリウムバッファ層、n型窒化ガリウム層、多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層、p型窒化ガリウム層、透明導電層、酸化インジウムテルビウム蛍光層、マイナス極金属接続層、及びプラス極金属接続層を包含する。そのうち、窒化ガリウムバッファ層、n型窒化ガリウム層、多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層、p型窒化ガリウム層、透明導電層、酸化インジウムテルビウム蛍光層は順にサファイヤ基板上に堆積され、マイナス極金属接続層はn型窒化ガリウム層に接続されて、外部マイナス電源端子との接続に用いられ、プラス極金属接続層は酸化インジウムテルビウム蛍光層の上に位置し、並びに酸化インジウムテルビウム蛍光層を貫通して透明導電層に接続され、外部プラス電源端子との接続に用いられ、これにより電流はプラス極金属接続層から透明導電層、p型窒化ガリウム層、酸化インジウムテルビウム蛍光層、n型窒化ガリウム層を流れてマイナス極金属接続層に至り、並びに多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層より光線を発射し、この光線は、p型窒化ガリウム層、透明導電層及び酸化インジウムテルビウム蛍光層をとおり、且つ蛍光特性を具えた酸化インジウムテルビウム蛍光層で白色光に変換されて外部に出射される。 The main object of the present invention is to provide a white light emitting diode having a fluorescent layer, which includes a sapphire substrate, a gallium nitride buffer layer, an n-type gallium nitride layer, a multiple quantum well aluminum gallium nitride layer, a p-type nitride. It includes a gallium layer, a transparent conductive layer, an indium terbium oxide phosphor layer, a negative electrode metal connection layer, and a positive electrode metal connection layer. Among them, the gallium nitride buffer layer, the n-type gallium nitride layer, the multiple quantum well aluminum gallium nitride layer, the p-type gallium nitride layer, the transparent conductive layer, and the indium terbium oxide fluorescent layer are sequentially deposited on the sapphire substrate, and the negative electrode metal connection layer Is connected to the n-type gallium nitride layer and used for connection to the external negative power supply terminal, and the positive electrode metal connection layer is located on the indium terbium oxide fluorescent layer and transparent through the indium terbium oxide fluorescent layer Connected to the conductive layer and used to connect to the external positive power supply terminal, whereby current flows from the positive electrode metal connection layer to the transparent conductive layer, p-type gallium nitride layer, indium terbium oxide fluorescent layer, and n-type gallium nitride layer To the negative electrode metal connection layer, and light is emitted from the multiple quantum well aluminum gallium nitride layer. And, this ray is, p-type gallium nitride layer, as a transparent conductive layer and the indium oxide terbium phosphor layer, is and emitted been converted to white light to the outside equipped with fluorescence properties indium oxide terbium fluorescence layer.
請求項1の発明は、蛍光層を具えた白色発光ダイオードにおいて、該白色発光ダイオードは白色光を発生するのに用いられ、
サファイヤ基板と、
該サファイヤ基板の上に堆積された窒化ガリウムバッファ層と、
該窒化ガリウムバッファ層の上に堆積されたn型窒化ガリウム層と、
該n型窒化ガリウム層の上に堆積され、並びに一部分が露出させられた多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層と、
該多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層の上に堆積されたp型窒化ガリウム層と、 該p型窒化ガリウム層の上に堆積された透明導電層と、
該透明導電層の上に堆積され、且つ貫通孔を有している酸化インジウムテルビウム蛍光層と、
該酸化インジウムテルビウム蛍光層の上に堆積され、並びに該貫通孔を通り電気的に該透明導電層に接続され、且つ外部電源のマイナス端子に電気的に接続されるマイナス極金属接続層と、
該p型窒化ガリウム層の上に堆積され、且つ外部電源のプラス端子に電気的に接続されるプラス極金属接続層と、
を包含したことを特徴とする、白色発光ダイオードとしている。
請求項2の発明は、請求項1記載の白色発光ダイオードにおいて、該酸化インジウムテルビウム蛍光層が含有する酸化インジウムとテルビウムの比例範囲は、In2O3:Tb=95:5から70:30であることを特徴とする、白色発光ダイオードとしている。
請求項3の発明は、請求項1記載の白色発光ダイオードにおいて、該酸化インジウムテルビウム蛍光層はRF反応性磁気制御スパッタ法で堆積されることを特徴とする、白色発光ダイオードとしている。
請求項4の発明は、請求項1記載の白色発光ダイオードにおいて、該多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層は複数の、交替して堆積され且つ異なるバンドギャップの薄状窒化アルミニウムガリウムを具え、且つ低バンドギャップ層が形成する量子井戸を有することを特徴とする、白色発光ダイオードとしている。
The invention of claim 1 is a white light emitting diode having a fluorescent layer, wherein the white light emitting diode is used to generate white light,
A sapphire substrate,
A gallium nitride buffer layer deposited on the sapphire substrate;
An n-type gallium nitride layer deposited on the gallium nitride buffer layer;
A multiple quantum well aluminum gallium nitride layer deposited on the n-type gallium nitride layer and partially exposed;
A p-type gallium nitride layer deposited on the multi-quantum well aluminum gallium nitride layer; a transparent conductive layer deposited on the p-type gallium nitride layer;
An indium terbium oxide phosphor layer deposited on the transparent conductive layer and having a through hole;
A negative electrode metal connection layer deposited on the indium terbium oxide phosphor layer and electrically connected to the transparent conductive layer through the through hole and electrically connected to a negative terminal of an external power source;
A positive electrode metal connection layer deposited on the p-type gallium nitride layer and electrically connected to a positive terminal of an external power source;
A white light-emitting diode characterized by including
According to a second aspect of the present invention, in the white light emitting diode according to the first aspect, the proportional range of indium oxide and terbium contained in the indium terbium oxide phosphor layer is In 2 O 3 : Tb = 95: 5 to 70:30. A white light emitting diode is provided.
According to a third aspect of the present invention, there is provided the white light emitting diode according to the first aspect, wherein the indium terbium oxide phosphor layer is deposited by an RF reactive magnetically controlled sputtering method.
According to a fourth aspect of the present invention, in the white light emitting diode according to the first aspect, the multi-quantum well aluminum gallium nitride layer comprises a plurality of alternately deposited thin aluminum gallium nitrides having different band gaps, and a low band The white light-emitting diode is characterized by having a quantum well formed by a gap layer.
本発明の白色発光ダイオードは蛍光粉を透明樹脂体中に添加して樹脂体蛍光層を形成して紫外線を可視光に転換する必要がなく、RF反応性磁気制御スパッタ法の半導体工程で直接透明導電層の上に蛍光作用を有する酸化インジウムテルビウム蛍光層を堆積させることができ、これにより白色光スペクトルを有する出射光を発生させることができる。 The white light-emitting diode of the present invention does not need to add fluorescent powder into a transparent resin body to form a resin phosphor layer and convert ultraviolet light into visible light, and is transparent directly in the semiconductor process of RF reactive magnetically controlled sputtering. An indium terbium oxide fluorescent layer having a fluorescent action can be deposited on the conductive layer, thereby generating outgoing light having a white light spectrum.
本発明の技術内容、構造特徴、達成する目的を詳細に説明するため、以下に実施例を挙げ並びに図面を組み合わせて説明する。 In order to describe in detail the technical contents, structural features, and objects to be achieved of the present invention, examples will be described below in combination with the drawings.
図1を参照されたい。図1は本発明の蛍光層を具えた白色発光ダイオードの表示図である。本発明の蛍光層を具えた白色発光ダイオードは、サファイヤ基板10、窒化ガリウムバッファ層20、n型窒化ガリウム層30、多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層(Multiple Quantum Well,MQW)40、p型窒化ガリウム層50、透明導電層60、酸化インジウムテルビウム蛍光層70、マイナス極金属接続層80、及びプラス極金属接続層90を包含し、白色光を発生するのに用いられる。
Please refer to FIG. FIG. 1 is a display diagram of a white light emitting diode having a phosphor layer according to the present invention. The white light emitting diode including the fluorescent layer of the present invention includes a sapphire substrate 10, a gallium nitride buffer layer 20, an n-type gallium nitride layer 30, a multiple quantum well aluminum gallium nitride layer (Multiple Quantum Well, MQW) 40, and a p-type gallium nitride. The
窒化ガリウムバッファ層20、n型窒化ガリウム層30、多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層40、p型窒化ガリウム層50、透明導電層60及び酸化インジウムテルビウム蛍光層70は順にサファイヤ基板10上に堆積され、且つ一部のn型窒化ガリウム層30は露出されて、マイナス極金属接続層80を電気的に接続するのに用いられ、マイナス極金属接続層80は外部電源のマイナス端子V−に接続される。
The gallium nitride buffer layer 20, the n-type gallium nitride layer 30, the multiple quantum well aluminum gallium nitride layer 40, the p-type
プラス極金属接続層90は外部電源のプラス端子V+に接続するのに用いられ、且つ酸化インジウムテルビウム蛍光層70の上に位置する。酸化インジウムテルビウム蛍光層70は貫通孔を有し、これによりプラス極金属接続層90は該貫通孔をとおり透明導電層60に電気的に接続される。 The positive electrode metal connection layer 90 is used to connect to the positive terminal V + of the external power source and is located on the indium terbium oxide fluorescent layer 70. The indium terbium oxide phosphor layer 70 has a through hole, whereby the positive electrode metal connection layer 90 is electrically connected to the transparent conductive layer 60 through the through hole.
多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層40は複数の、交替して堆積され且つ異なるバンドギャップの薄状窒化アルミニウムガリウムを具え、そのうち、低バンドギャップ層の形成する量子井戸を利用し、電子及び正孔を容易に一緒に局限し、これにより発光強度を増加できる。 The multi-quantum well aluminum gallium nitride layer 40 includes a plurality of alternately deposited and different band gap thin aluminum gallium nitride layers. Of these, the quantum well formed by the low band gap layer is used to generate electrons and holes. Easily localized together, thereby increasing the emission intensity.
電流がプラス極金属接続層90より透明導電層60、p型窒化ガリウム層50、多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層40、n型窒化ガリウム層30をとおりマイナス極金属接続層80に至る時、多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層40は電子正孔再結合作用により光線を発射し、且つ該光線は、p型窒化ガリウム層50、透明導電層60及び酸化インジウムテルビウム蛍光層70を透過し、並びに蛍光特性を有する酸化インジウムテルビウム蛍光層70で白色光の出射光に変換されて外部に出射される。
When the current reaches the negative electrode
本発明の酸化インジウムテルビウム蛍光層70は透明な薄膜とされ、その主要成分は、酸化インジウムテルビウム(Terbium Indium Oxide)、化学式は、In2O3:Tbであり、一般には、TIOである。そのうち、酸化インジウムとテルビウムの最良の比例範囲は、In2O3:Tb=95:5から5:95である。酸化インジウムテルビウム蛍光層70はRF反応性磁気制御スパッタ法の半導体工程を利用して透明導電層60上に堆積される。 The indium terbium oxide fluorescent layer 70 of the present invention is a transparent thin film, the main component is indium terbium oxide (Terium Indium Oxide), the chemical formula is In 2 O 3 : Tb, and generally TIO. Among them, the best proportional range of indium oxide and terbium is In 2 O 3 : Tb = 95: 5 to 5:95. The indium terbium oxide phosphor layer 70 is deposited on the transparent conductive layer 60 using a semiconductor process of RF reactive magnetic control sputtering.
本発明の特徴を明かにご理解いただくため、図2及び図3を参照されたい。そのうち、図2は本発明の実施例の白色発光ダイオードのホトルミネッセンス(photoluminescence,PL)のスペクトルであり、且つその酸化インジウムとテルビウムの比例は90:10であり、第3図は本発明の別の実施例の白色発光ダイオードのホトルミネッセンスであり、その酸化インジウムとテルビウムの比例は80:20である。図2及び図3は10Kから300K温度範囲内のホトルミネッセンス変化を示し、且つ図2及び図3はそれぞれ575nm及び565nm付近で広い吸収特性を示した。 For a clear understanding of the features of the present invention, please refer to FIGS. Among them, FIG. 2 is a photoluminescence spectrum of the white light emitting diode of the embodiment of the present invention, and the proportion of indium oxide and terbium is 90:10. FIG. The photoluminescence of the white light emitting diode of Example 1 is shown, and the proportion of indium oxide and terbium is 80:20. 2 and 3 show photoluminescence changes in the temperature range from 10 K to 300 K, and FIGS. 2 and 3 show broad absorption characteristics around 575 nm and 565 nm, respectively.
図4及び図5は本発明の実施例の白色発光ダイオード及びその蛍光層のエレクトロルミネッセンス(electroluminescence,EL)のスペクトルを示し、図4の酸化インジウムとテルビウムの比例は90:10であり、電流は100mAである。図4からわかるように、この実施例の白色発光ダイオードは385nmの紫外光を有する。図5からわかるように、その蛍光層は450nmから700nmの軌道遷移を有し、すなわち、D軌道からF軌道への遷移を有し、図中には並びに遷移に対応する波長が示されている。 4 and 5 show the electroluminescence spectrum of the white light emitting diode and the fluorescent layer thereof according to the embodiment of the present invention. The ratio of indium oxide and terbium in FIG. 4 is 90:10, and the current is 100 mA. As can be seen from FIG. 4, the white light emitting diode of this example has 385 nm ultraviolet light. As can be seen from FIG. 5, the fluorescent layer has an orbital transition from 450 nm to 700 nm, that is, a transition from the D orbital to the F orbital, and the wavelength corresponding to the transition is shown in the figure. .
続いて、図6及び図7を参照されたい。これらはそれぞれ本発明の別の実施例の白色発光ダイオード及びその蛍光層のエレクトロルミネッセンススペクトルであり、且つ酸化インジウムとテルビウムの比例は80:20であり、電流は100mAである。図6中、白色発光ダイオードは先の実施例と同様に、385nm紫外光を有し、図7では、その蛍光層は、図5に示されるものと類似し、450nmから700nmの軌道遷移を有し、図中には並びに遷移に対応する波長も示されている。 Next, please refer to FIG. 6 and FIG. These are respectively the electroluminescence spectra of the white light emitting diode and the phosphor layer thereof according to another embodiment of the present invention, and the proportion of indium oxide and terbium is 80:20, and the current is 100 mA. In FIG. 6, the white light emitting diode has 385 nm ultraviolet light as in the previous example, and in FIG. 7, its fluorescent layer has an orbital transition from 450 nm to 700 nm similar to that shown in FIG. In the figure, the wavelength corresponding to the transition is also shown.
これにより、図2から図7のスペクトルから明かに理解されるように、本発明の白色発光ダイオードは確実に白色光を発生でき、高品質の光源を提供するのに用いられ、表示装置のバックライト光源或いは一般の照明光源に適用され得る。上述の本発明の蛍光層を具えた白色発光ダイオードをさらに具体的に表現するため、図8及び図9の写真を参照されたい。そのうち、図8は10%酸化インジウムテルビウム蛍光層(すなわち、酸化インジウムとテルビウムの比例が90:10)を具えた窒化ガリウム白色発光ダイオードが発射する白色光の写真であり、図9は20%酸化インジウムテルビウム蛍光層(すなわち、酸化インジウムとテルビウムの比例が80:20)を具えた窒化ガリウム白色発光ダイオードが発射する白色光の写真であり、且つ導通電流は20mAである。 Accordingly, as clearly understood from the spectra of FIGS. 2 to 7, the white light emitting diode of the present invention can reliably generate white light and is used to provide a high-quality light source. It can be applied to a light source or a general illumination source. In order to more specifically represent the white light emitting diode having the above-described phosphor layer of the present invention, refer to the photographs of FIGS. 8 is a photograph of white light emitted from a gallium nitride white light emitting diode having a 10% indium terbium oxide phosphor layer (ie, the ratio of indium oxide and terbium is 90:10), and FIG. 9 is a 20% oxide. It is a photograph of white light emitted from a gallium nitride white light emitting diode having an indium terbium fluorescent layer (ie, the ratio of indium oxide and terbium is 80:20), and the conduction current is 20 mA.
以上述べたことは、本発明の実施例にすぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲に基づきなし得る同等の変化と修飾は、いずれも本発明の権利のカバーする範囲内に属するものとする。 The above description is only an example of the present invention, and does not limit the scope of the present invention. Any equivalent changes and modifications that can be made based on the scope of the claims of the present invention are all described in the present invention. Shall belong to the scope covered by the rights.
10 サファイヤ基板
20 窒化ガリウムバッファ層
30 n型窒化ガリウム層
40 多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層
50 p型窒化ガリウム層
60 透明導電層
70 酸化インジウムテルビウム蛍光層
80 マイナス極金属接続層
90 プラス極金属接続層
V+ プラス端子
V− マイナス端子
10 sapphire substrate 20 gallium nitride buffer layer 30 n-type gallium nitride layer 40 multiple quantum well aluminum gallium nitride layer 50 p-type gallium nitride layer 60 transparent conductive layer 70 indium terbium
Claims (4)
サファイヤ基板と、
該サファイヤ基板の上に堆積された窒化ガリウムバッファ層と、
該窒化ガリウムバッファ層の上に堆積されたn型窒化ガリウム層と、
該n型窒化ガリウム層の上に堆積され、並びに一部分が露出させられた多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層と、
該多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層の上に堆積されたp型窒化ガリウム層と、 該p型窒化ガリウム層の上に堆積された透明導電層と、
該透明導電層の上に堆積され、且つ貫通孔を有している酸化インジウムテルビウム蛍光層と、
該酸化インジウムテルビウム蛍光層の上に堆積され、並びに該貫通孔を通り電気的に該透明導電層に接続され、且つ外部電源のマイナス端子に電気的に接続されるマイナス極金属接続層と、
該p型窒化ガリウム層の上に堆積され、且つ外部電源のプラス端子に電気的に接続されるプラス極金属接続層と、
を包含したことを特徴とする、白色発光ダイオード。 In a white light emitting diode with a fluorescent layer, the white light emitting diode is used to generate white light,
A sapphire substrate,
A gallium nitride buffer layer deposited on the sapphire substrate;
An n-type gallium nitride layer deposited on the gallium nitride buffer layer;
A multiple quantum well aluminum gallium nitride layer deposited on the n-type gallium nitride layer and partially exposed;
A p-type gallium nitride layer deposited on the multi-quantum well aluminum gallium nitride layer; a transparent conductive layer deposited on the p-type gallium nitride layer;
An indium terbium oxide phosphor layer deposited on the transparent conductive layer and having a through hole;
A negative electrode metal connection layer deposited on the indium terbium oxide phosphor layer and electrically connected to the transparent conductive layer through the through hole and electrically connected to a negative terminal of an external power source;
A positive electrode metal connection layer deposited on the p-type gallium nitride layer and electrically connected to a positive terminal of an external power source;
A white light-emitting diode comprising:
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