JP2015124339A - Method of producing fluorescent body, and fluorescent body and light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蛍光体の製造方法及び蛍光体並びに発光素子に関する。 The present invention relates to a phosphor manufacturing method, a phosphor, and a light emitting device.
化合物半導体のpn接合による発光素子として、LED(発光ダイオード)が広く実用化され、主に、光伝送、表示及び特殊照明用途に用いられている。近年、窒化物半導体と蛍光体を用いた白色LEDも実用化され、今後は一般照明用途への展開が大いに期待されている。しかし、白色LEDにおいては、エネルギー変換効率が既存の蛍光灯と比較して不十分のため、一般照明用途に対しては大幅な効率改善が必要である。さらに、高演色性、低コスト且つ大光束のLEDの実現のためには多くの課題が残されている。現在市販されている白色LEDとして、リードフレームに実装された青色発光ダイオード素子と、この青色発光ダイオード素子に被せられYAG:Ceからなる黄色蛍光体層と、これらを覆いエポキシ樹脂等の透明材料からなるモールドレンズと、を備えたものが知られている。この白色LEDでは、青色発光ダイオード素子から青色光が放出されると、黄色蛍光体を通り抜ける際に青色光の一部が黄色光に変換される。青色と黄色は互いに補色の関係にあることから、青色光と黄色光が交じり合うと白色光となる。この白色LEDでは、効率改善や演色性向上のため、青色発光ダイオード素子の性能向上等が求められている。 As a light emitting element using a pn junction of a compound semiconductor, an LED (light emitting diode) has been widely put into practical use, and is mainly used for optical transmission, display, and special illumination applications. In recent years, white LEDs using nitride semiconductors and phosphors have been put into practical use, and in the future, they are highly expected to be used for general lighting applications. However, in white LEDs, energy conversion efficiency is insufficient as compared with existing fluorescent lamps, so that significant efficiency improvement is necessary for general lighting applications. Furthermore, many problems remain for realizing high color rendering properties, low cost, and high luminous flux LEDs. As a white LED currently on the market, a blue light emitting diode element mounted on a lead frame, a yellow phosphor layer made of YAG: Ce over the blue light emitting diode element, and a transparent material such as an epoxy resin covering them. What is equipped with the mold lens which becomes is known. In this white LED, when blue light is emitted from the blue light emitting diode element, part of the blue light is converted into yellow light when passing through the yellow phosphor. Since blue and yellow are complementary to each other, when blue light and yellow light are mixed, white light is obtained. The white LED is required to improve the performance of the blue light-emitting diode element in order to improve efficiency and improve color rendering.
青色発光ダイオード素子として、n型のSiC基板上に、AlGaNからなるバッファ層、n−GaNからなるn型GaN層、GaInN/GaNからなる多重量子井戸活性層、p−AlGaNからなる電子ブロック層、p−GaNからなるp型コンタクト層が、SiC基板側からこの順で連続的に積層されたものが知られている。さらに、p型コンタクト層の表面にp側電極が形成されるとともに、SiC基板の裏面にn側電極が形成され、p側電極とn側電極との間に電圧を印加して電流を流すことにより、多重量子井戸活性層から青色光が放出される。この青色発光ダイオード素子では、SiC基板に導電性があるため、サファイア基板を用いた青色発光ダイオード素子と異なり、上下に電極を配置することができ、製造工程の簡略化、電流の面内均一性、チップ面積に対する発光面積の有効利用等を図ることができる。 As a blue light-emitting diode element, on an n-type SiC substrate, a buffer layer made of AlGaN, an n-type GaN layer made of n-GaN, a multiple quantum well active layer made of GaInN / GaN, an electron block layer made of p-AlGaN, It is known that a p-type contact layer made of p-GaN is continuously laminated in this order from the SiC substrate side. Further, a p-side electrode is formed on the surface of the p-type contact layer, and an n-side electrode is formed on the back surface of the SiC substrate, and a current is applied by applying a voltage between the p-side electrode and the n-side electrode. Thus, blue light is emitted from the multiple quantum well active layer. In this blue light-emitting diode element, the SiC substrate is conductive, so unlike the blue light-emitting diode element using a sapphire substrate, electrodes can be arranged above and below, simplifying the manufacturing process, and in-plane uniformity of current In addition, it is possible to effectively use the light emitting area with respect to the chip area.
さらに、蛍光体を利用することなく、単独で白色光を生成する発光ダイオード素子が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この発光ダイオード素子では、前述の青色発光ダイオード素子のn型のSiC基板に代えて、ホウ素及び窒素をドープした第1SiC層と、アルミニウム及び窒素をドープした第2SiC層を有する蛍光SiC基板が用いられ、多重量子井戸活性層から近紫外光が放出される。近紫外光は、第1SiC層及び第2SiC層にて吸収され、第1SiC層にて緑色から赤色の可視光に、第2SiC層にて青色から赤色の可視光にそれぞれ変換される。この結果、蛍光SiC基板から演色性が高く太陽光に近い白色光が放出されるようになっている。 Furthermore, a light-emitting diode element that independently generates white light without using a phosphor has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this light emitting diode element, a fluorescent SiC substrate having a first SiC layer doped with boron and nitrogen and a second SiC layer doped with aluminum and nitrogen is used instead of the n-type SiC substrate of the blue light emitting diode element described above. Near ultraviolet light is emitted from the multiple quantum well active layer. Near-ultraviolet light is absorbed by the first SiC layer and the second SiC layer, and is converted from green to red visible light by the first SiC layer, and from blue to red visible light by the second SiC layer. As a result, white light close to sunlight is emitted from the fluorescent SiC substrate.
また、本願発明者らにより、ホウ素及び窒素が添加されたポーラス状の単結晶6H型SiCからなり、半導体発光部から発せられる光により励起されると可視光を発するポーラスSiC部を有する発光ダイオード素子が提案されている(例えば、特許文献2参照)。この発光ダイオード素子によれば、ポーラス化により、通常の6H型SiCにおけるドナー・アクセプタ・ペアの発光波長域よりも短波長側の発光を得ることができる。 In addition, the inventors of the present application made a porous single crystal 6H type SiC doped with boron and nitrogen, and a light emitting diode element having a porous SiC portion that emits visible light when excited by light emitted from a semiconductor light emitting portion. Has been proposed (see, for example, Patent Document 2). According to this light emitting diode element, light emission on the shorter wavelength side than the emission wavelength region of the donor-acceptor pair in ordinary 6H type SiC can be obtained by making it porous.
さらに、本願発明者らは、6H型SiCの発光波長の変化について鋭意研究を重ねていた。特に、6H型SiCの発光波長を任意に変化させることができれば、演色性、色温度等の調整が簡単容易となる。 Furthermore, the inventors of the present application have made extensive studies on changes in the emission wavelength of 6H-type SiC. In particular, if the emission wavelength of 6H-type SiC can be arbitrarily changed, the color rendering properties, the color temperature, etc. can be easily and easily adjusted.
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、演色性、色温度等の調整が簡単容易な蛍光体の製造方法及び蛍光体並びに発光素子を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a phosphor manufacturing method, a phosphor, and a light-emitting element that can easily adjust color rendering, color temperature, and the like. is there.
前記目的を達成するため、本発明では、ドナー不純物及びアクセプタ不純物がドープされ励起光により励起されるとドナー・アクセプタ・ペアにより第1波長光で発光する蛍光体の一部について、前記第1波長光と異なる波長の第2波長光の照射下で結晶構造を変化させて当該第2波長光に対応した新たな準位を形成し、前記蛍光体の一部を前記励起光により励起されると当該第2波長光で発光する補助発光部とし、前記励起光により励起されると、前記第1波長光と前記第2波長光の両方を発する蛍光体の製造方法が提供される。 In order to achieve the above object, according to the present invention, when a donor impurity and an acceptor impurity are doped and excited by excitation light, a part of the phosphor that emits light with the first wavelength light by the donor-acceptor pair is used. When the crystal structure is changed under irradiation of second wavelength light having a wavelength different from that of light to form a new level corresponding to the second wavelength light, and a part of the phosphor is excited by the excitation light A method of manufacturing a phosphor that emits both the first wavelength light and the second wavelength light when the auxiliary light emitting unit emits light with the second wavelength light and is excited by the excitation light is provided.
上記蛍光体の製造方法において、前記蛍光体の一部における結晶構造の変化は、表面形状を変化させて行ってもよい。 In the phosphor manufacturing method, the crystal structure of a part of the phosphor may be changed by changing the surface shape.
上記蛍光体の製造方法において、前記蛍光体の表面形状の変化は、陽極酸化により行われてもよい。 In the phosphor manufacturing method, the surface shape of the phosphor may be changed by anodic oxidation.
上記蛍光体の製造方法において、前記蛍光体の一部における結晶構造の変化は、不純物の分布を変化させて行ってもよい。 In the phosphor manufacturing method, the crystal structure in a part of the phosphor may be changed by changing the distribution of impurities.
上記蛍光体の製造方法において、不純物の分布の変化は、アニールにより行われてもよい。 In the phosphor manufacturing method, the change in the impurity distribution may be performed by annealing.
上記蛍光体の製造方法において、前記結晶構造を変化させる前に、前記蛍光体の一部に追加不純物をドープしてもよい。 In the phosphor manufacturing method, an additional impurity may be doped into a part of the phosphor before changing the crystal structure.
上記蛍光体の製造方法において、前記追加不純物は、前記ドナー不純物及び前記アクセプタ不純物よりも拡散係数が大きくともよい。 In the phosphor manufacturing method, the additional impurity may have a diffusion coefficient larger than that of the donor impurity and the acceptor impurity.
上記蛍光体の製造方法において、前記蛍光体の一部への追加不純物のドープは、イオン注入により行われてもよい。 In the phosphor manufacturing method, the doping of the additional impurity into a part of the phosphor may be performed by ion implantation.
上記蛍光体の製造方法において、前記蛍光体は、6H型SiCからなり、前記ドナー不純物は、窒素であり、前記アクセプタ不純物は、ホウ素とアルミニウムの少なくとも一方であってもよい。 In the phosphor manufacturing method, the phosphor may be made of 6H-type SiC, the donor impurity may be nitrogen, and the acceptor impurity may be at least one of boron and aluminum.
また、本発明では、上記蛍光体の製造方法により製造され、励起光により励起されると前記第1波長光を発するドナー・アクセプタ・ペア発光部と、前記励起光により励起されると前記第2波長光を発する補助発光部と、を備えた蛍光体が提供される。 Further, in the present invention, a donor-acceptor pair light-emitting unit that is manufactured by the phosphor manufacturing method and emits the first wavelength light when excited by excitation light, and the second when excited by the excitation light. There is provided a phosphor including an auxiliary light emitting unit that emits light of a wavelength.
さらに、本発明では、上記蛍光体からなる基板と、前記基板上に形成され前記励起光を発する半導体積層部と、を備える発光素子が提供される。 Furthermore, the present invention provides a light emitting device comprising a substrate made of the above-described phosphor and a semiconductor stacked portion that is formed on the substrate and emits the excitation light.
本発明によれば、新たに形成された準位に基づく発光と、ドナー・アクセプタ・ペア発光を組み合わせることで、演色性、色温度等の調整が簡単容易となる。 According to the present invention, adjustment of color rendering properties, color temperature, and the like can be easily and easily performed by combining light emission based on a newly formed level and donor-acceptor pair light emission.
図1から図4は本発明の第1の実施形態を示すものであり、図1は発光ダイオード素子の模式断面図である。 1 to 4 show a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a light-emitting diode element.
図1に示すように、発光ダイオード素子100は、SiC基板102と、SiC基板102上に形成される窒化物半導体層と、を備えている。半導体発光部としての窒化物半導体層は、バッファ層104、n型層106、多重量子井戸活性層108、電子ブロック層110、p型クラッド層112、p型コンタクト層114をSiC基板102側からこの順に有している。p型コンタクト層114上にはp側電極116が形成され、SiC基板102の裏面側にn側電極118が形成されている。
As shown in FIG. 1, the light
SiC基板102は、単結晶6H型SiCからなり、ドナー・アクセプタ・ペアにより発光する第1蛍光SiC層122と、新たに形成された準位に基づいて発光する第2蛍光SiC層124と、を有する。ドナー・アクセプタ・ペア発光部としての第1蛍光SiC層122は、バルク状であり、ドナー不純物として窒素を含むとともに、アクセプタ不純物としてホウ素を含んでいる。補助発光部としての第2蛍光SiC層124は、ポーラス状に加工され、表面には後述する微細形状が形成されており、通常の単結晶6H型SiCの結晶構造とは異なる準位が形成されている。尚、ここでいうバルク状とは、内部にて他の物質との界面が存在しない状態または界面が存在したとしても物性値の変化が無視できる程度の状態をいう。また、ここでいうポーラス状とは、多孔質状に形成されて内部にて雰囲気との界面が存在する状態をいう。
The
第1蛍光SiC層122は、紫外光により励起されると、ドナー・アクセプタ・ペア発光により、おおよそ黄色から橙色の可視光を発する。第1蛍光SiC層122は、例えば、500nm〜650nmにピークを有する500nm〜750nmの波長の第1波長光を発する。本実施形態においては、第1蛍光SiC層122は、ピーク波長が580nmの光を発するよう調整されている。第1蛍光SiC層122におけるホウ素及び窒素のドーピング濃度は、それぞれ1017/cm3〜1019/cm3である。ここで、第1蛍光SiC層122は、408nm以下の光により励起可能である。
When excited by ultraviolet light, the first
第2蛍光SiC層124は、紫外光により励起されると、新たに形成された準位に基づく発光により、おおよそ青色から緑色の光を発する。第2蛍光SiC層124は、例えば、400nm〜500nmにピークを有する380nm〜700nmの波長の第2波長光を発する。本実施形態においては、第2蛍光SiC層124は、ピーク波長が450nmの光を発するよう調整されている。ここで、第2蛍光SiC層124は、408nm以下の光により励起可能である。
When excited by ultraviolet light, second
バッファ層104は、SiC基板102上に形成され、AlGaNで構成されている。本実施形態においては、バッファ層104は、後述するn型層106等よりも低温にて成長されている。n型層106は、バッファ層104上に形成され、n−GaNで構成されている。
The
多重量子井戸活性層108は、n型層106上に形成され、GalnN/GaNで構成され、電子及び正孔の注入により例えば励起光を発する。本実施形態においては、多重量子井戸活性層108は、Ga0.95ln0.05N/GaNからなり、発光のピーク波長は385nmである。尚、多重量子井戸活性層108におけるピーク波長は任意に変更することができる。
The multiple quantum well
電子ブロック層110は、多重量子井戸活性層108上に形成され、p―AIGaNで構成されている。p型クラッド層112は、電子ブロック層110上に形成され、p−AlGaNで構成されている。p型コンタクト層114は、p型クラッド層112上に形成され、p−GaNで構成されている。
The
バッファ層104からp型コンタクト層114までは、III族窒化物半導体のエピタキシャル成長により形成される。尚、第1導電型層、活性層及び第2導電型層を少なくとも含み、第1導電型層及び第2導電型層に電圧が印加されると、電子及び正孔の再結合により活性層にて光が発せられるものであれば、窒化物半導体層の層構成は任意である。
The
p側電極116は、p型コンタクト層114上に形成され、例えばNi/Auからなり、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等により形成される。n側電極118は、SiC基板102に形成され、例えばTi/Al/Ti/Auからなり、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等により形成される。
The p-
次いで、図2から図4を参照して発光ダイオード素子100の製造方法について説明する。図2はオーミック電極が形成されたSiC基板の模式断面図である。
Next, a method for manufacturing the light emitting
まず、昇華法によりホウ素及び窒素がドープされたバルク状の単結晶6H型SiCからなるSiC基板102を作製する(蛍光SiC準備工程)。このSiC基板102は、ドナー・アクセプタ・ペア発光により可視光を発する蛍光体である。尚、SiC結晶のホウ素及び窒素のドーピング濃度は、結晶成長時の雰囲気ガス中への不純物ガスの添加および原料粉末への不純物元素またはその化合物の添加により制御することができる。SiC基板102の厚さは任意であるが、例えば250μmである。尚、このSiC基板102は、昇華法のバルク成長により30mm程度のバルク結晶を作製しておき、外周研削、スライス、表面研削、表面研磨等の工程を経て作製されている。
First, a
そして、図2に示すように、SiC基板102の一面にオーミック電極201を形成する(電極形成工程)。本実施形態においては、オーミック電極201は、Niからなり、スパッタ法により堆積した後、熱処理が施される。オーミック電極201の厚さは任意であるが、例えば100nmであり、例えば1000℃程度で熱処理される。オーミック電極201をSi面とC面のどちらに形成するかは任意であるが、本実施形態においては、オーミック電極201をSi面に形成している。これは、本実施形態の発光ダイオード素子100ではSi面上に窒化物半導体層が積層されるため、Si面をできるだけ荒らされない状態とすることが望ましいこと、及び、C面の方がSi面に比べて酸化反応の速度が速いため、C面の方が後述する陽極酸化による加工が容易なことによる。
Then, as shown in FIG. 2, an
図3は陽極酸化装置の説明図である。
図3に示すように、陽極酸化装置200は、SiC基板102が載置されるステンレス板202と、ステンレス板202の上方に配置されSiC基板102の直上に形成された開口204を有する容器206と、容器206の内部に配置される白金ワイヤ208と、SiC基板102及び白金ワイヤ208に電圧を印加する直流電源210と、を備えている。容器206は、耐フッ酸性シート212を介してステンレス板202の上に設けられ、内部が溶液214で満たされている。また、容器206は、内部へ光218,220を入射可能な開口216が上部に形成されている。
FIG. 3 is an explanatory view of an anodizing apparatus.
As shown in FIG. 3, the
本実施形態においては、溶液214は、フッ化水素酸を純水で希釈したフッ化水素酸水溶液で、酸化補助剤としての硝酸が加えられたものである。フッ化水素酸の溶媒として、水以外にエタノール等を用いることもできる。また、硝酸を加えるか否かは任意である。硝酸は、SiC結晶の化学的酸化反応を促進する働きを持っていることから、陽極酸化にて第2蛍光SiC層124の形成を促進することができる。尚、酸化補助剤として、硝酸以外に、硫酸、過硫酸カリウム等を用いることができる。
In the present embodiment, the
この陽極酸化装置200にて、SiC基板102を第1蛍光SiC層122が溶液214と接触する状態で、直流電源210によりオーミック電極201に電圧を印加して、SiC基板102と白金ワイヤ208の間に電流を流す。電流が流れ始めると、SiC基板102の表面から内部へ向かって、下記の化学反応が進行する。
In this
SiC+6OH− → SiO2+CO2+2H2O+2H++8e−・・・(1)
SiO2+6F−+2H+ → H2SiF6+2H2O+4e−・・・(2)
SiC + 6OH − → SiO 2 + CO 2 + 2H 2 O + 2H + + 8e − (1)
SiO 2 + 6F − + 2H + → H 2 SiF 6 + 2H 2 O + 4e − (2)
また、電圧の印加と同時に、紫外光218及び誘導光220を、第1蛍光SiC層122と溶液の接触部分に照射する。紫外光218は、陽極酸化の電気化学反応の促進のために照射する。SiCは酸化反応によりSiO2とCO2に変化し、SiO2はさらにフッ素イオンによって水溶性のH2SiF6に変化して溶液に融解する。CO2は気体であることから、そのまま気化によって消失する。これにより、第2蛍光SiC層124の結晶は繊維状となる。
Simultaneously with the voltage application, the
このように、陽極酸化中、SiC基板102の表面は変化可能な状態となり、表面の微細形状はランダムに変化する。すなわち、SiC基板102の一部について結晶構造を変化させることができる状態となる。この結果、誘導光220に基づいてエバネッセント光が発生するのに適した微細形状も取り得ることとなる。そして、SiC基板102の表面に当該微細形状が形成されたときに電圧を印可し続けると、当該微細形状においてエバネッセント光が発生する。ここでいうエバネッセント光は、仮想的な電磁場の意味も含まれていることから、仮想的な電磁場が形成されていることがエバネッセント光の発生を意味するものとして解される。特許文献3によれば、このエバネッセント光が発生することにより非断熱過程が生じるとされている。
Thus, during anodization, the surface of
特許文献3によれば、断熱過程及び非断熱過程について以下のように説明している。まず、断熱過程については、一般に伝播光の波長は分子の寸法に比べると遥かに大きいため、分子レベルでは空間的には一様な電場とみなせるとしている。すなわち、隣り合う電子は同振幅、同位相で振動させられる。ここで原子核は重いため、この電子の振動には追従できず、伝播光では分子振動は起こりにくい。このように伝播光では、分子振動が電子の励起過程に関わることを無視することができる。この過程を断熱過程としている。 According to Patent Document 3, the adiabatic process and the non-adiabatic process are described as follows. First, regarding the adiabatic process, since the wavelength of propagating light is generally much larger than the size of the molecule, it can be regarded as a spatially uniform electric field at the molecular level. That is, adjacent electrons are vibrated with the same amplitude and the same phase. Here, since the nucleus is heavy, it cannot follow the vibration of the electrons, and the molecular vibration hardly occurs in the propagating light. Thus, in propagating light, it can be ignored that molecular vibration is involved in the excitation process of electrons. This process is an adiabatic process.
これに対し、特許文献3によれば、非断熱過程についてはエバネッセント光の空間的な電場勾配は非常に急峻であるとしている。すなわち、エバネッセント光では隣り合う電子に異なる振動が与えられ、異なる電子の振動により重い原子核も振動させられる。このように分子振動を起こすことは、エネルギーが分子振動の形態を取ることに相当し、エバネッセント光では振動準位を介した励起過程が可能となる。このように原子核の振動準位を介した励起過程を、通常の光学応答である断熱過程に対し、原子核が応答し動くため、非断熱過程としている。 On the other hand, according to Patent Literature 3, the spatial electric field gradient of the evanescent light is very steep in the non-adiabatic process. That is, in evanescent light, different electrons are given to adjacent electrons, and heavy nuclei are also vibrated by the vibration of different electrons. The occurrence of molecular vibration in this way corresponds to energy taking the form of molecular vibration, and evanescent light enables an excitation process via vibration levels. In this way, the excitation process via the vibration level of the nucleus is a non-adiabatic process because the nucleus moves in response to the adiabatic process, which is a normal optical response.
そして、電圧を印加し続けることにより、伝導帯における電子密度が、下位準位にある正孔密度と比較して高くなると考えられている。これにより、伝導帯と下位準位との間で、電子密度の差に基づく反転分布が形成されると考えられている。この形成された反転分布により、伝導帯中の電子をエバネッセント光による非断熱過程に基づいて、伝導帯中の電子をバンドギャップの中間に位置する振動準位に仮想的に遷移させることができる。このエバネッセント光は、陽極酸化によりある確率の下で生じた微細形状によるものである。振動準位に遷移した電子は、エバネッセント光によって仮想的に生じた仮想場を廻った後、振動準位から伝導帯へと戻ることになる。 And it is thought that the electron density in the conduction band becomes higher than the hole density in the lower level by continuing to apply the voltage. Thereby, it is considered that an inversion distribution based on the difference in electron density is formed between the conduction band and the lower level. Due to the inversion distribution thus formed, electrons in the conduction band can be virtually transitioned to a vibration level located in the middle of the band gap based on a non-adiabatic process using evanescent light. This evanescent light is due to a fine shape generated at a certain probability by anodic oxidation. The electrons that have transitioned to the vibration level go back to the conduction band from the vibration level after passing through a virtual field virtually generated by the evanescent light.
本実施形態においては、誘導光220の波長に応じて、伝導帯と下位準位の中間に位置する振動準位が形成されることになる。電子は、この振動準位へ一度遷移した後に、誘導放出により下位準位へと遷移する。このときの発光波長は、振動準位と基底準位との間のバンドギャップ差に依存する。本実施形態においては、誘導光220の波長は450nmであり、振動準位と基底準位との間のバンドギャップ差も450nmに対応したものとなる。
In the present embodiment, a vibration level located between the conduction band and the lower level is formed according to the wavelength of the
このような非断熱過程による誘導放出が生じることにより、伝導帯における電子密度が減少する。これにより、エバネッセント光が発生する微細形状については、移動する電子の量は減少することになる。即ち、誘導放出は、電子や正孔のエネルギーを奪うものとなり、陽極酸化の電気化学反応が抑制され、表面形状はそのまま変化することなく固定されることになる。 As a result of stimulated emission due to such a non-adiabatic process, the electron density in the conduction band decreases. As a result, the amount of electrons that move is reduced for a fine shape in which evanescent light is generated. That is, stimulated emission takes away energy of electrons and holes, the electrochemical reaction of anodic oxidation is suppressed, and the surface shape is fixed as it is.
また、SiC基板102の所定箇所にてエバネッセント光が発せられると、この発光自体が誘導光となってSiC基板102の他の箇所でも微細形状によるエバネッセント光が発生しやすくなる。このように、SiC基板102の表面上で場所を移しながら、エバネッセント光の発生と微細形状の固定が繰り返され、全体的に伝導帯と下位準位の中間に位置する振動準位が形成されることになる。これは、単結晶6H型SiCの吸収端波長よりも短い波長の光が照射されると、誘導光220に対応する波長の光を発する蛍光体となる。
In addition, when evanescent light is emitted at a predetermined location on
図4は第2蛍光SiC層が形成されたSiC基板の模式断面図である。
図4に示すように、上述の陽極酸化反応により、第1蛍光SiC層122の表面側から第2蛍光SiC層124が形成されていく(補助蛍光層形成工程)。尚、図4には、第2蛍光SiC層124を形成した後に、オーミック電極201を除去したSiC基板102を図示している。第2蛍光SiC層124の厚さは陽極酸化の時間に比例し、本実施形態においては50μmとしてある。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a SiC substrate on which a second fluorescent SiC layer is formed.
As shown in FIG. 4, the second
また、硝酸を付加することにより、上式(1)の反応が促進され、第2蛍光SiC層124における空洞の数を多くすることができる。これにより、第2蛍光SiC層124の表面積を増大させ、特有の微細形状が形成される領域を増大させることができる。
Moreover, by adding nitric acid, the reaction of the above formula (1) is promoted, and the number of cavities in the second
本実施形態においては、第2蛍光SiC層124を形成した後、SiC基板102の熱処理を行う(表面清浄工程)。具体的には、水素雰囲気中にて850℃以下で熱処理を行うことにより、第2蛍光SiC層124の結晶表面に過剰に析出しているCを除去する。
In the present embodiment, after the second
さらに、本実施形態においては、第2蛍光SiC層124の表面清浄工程の後、保護膜の形成を行う(保護膜形成工程)。具体的には、水素とアンモニアの雰囲気中にて850℃以下で熱処理を行うことにより、清浄な結晶の表面上にSi3N4の保護膜を形成することができ、第2蛍光SiC層124の表面準位を安定的に低減させることができる。尚、第2蛍光SiC層124の結晶表面上にCが析出しないようにするため、表面清浄工程と保護膜形成工程とは同一容器内で連続的に行うことが好ましい。
Furthermore, in the present embodiment, a protective film is formed after the surface cleaning process of the second fluorescent SiC layer 124 (protective film forming process). Specifically, by performing heat treatment at 850 ° C. or less in an atmosphere of hydrogen and ammonia, a protective film of Si 3 N 4 can be formed on the surface of the clean crystal, and the second
このようにして、図4に示すような第2蛍光SiC層124を有するSiC基板102が作製される。この後、SiC基板102にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる。本実施形態においては、例えば有機金属化合物気相成長法によってAlGaNからなるバッファ層104を成長させた後、n−GaNからなるn型層106、多重量子井戸活性層108、電子ブロック層110、p型クラッド層112及びp型コンタクト層114を成長させる。窒化物半導体層を形成した後、各電極116,118を形成し、ダイシングにより複数の発光ダイオード素子100に分割することにより、発光ダイオード素子100が製造される。ここで、図4に示すSiC基板102は、発光ダイオード素子100の基板とせずに、蛍光板として利用することも可能である。
In this way,
以上のように構成された発光ダイオード素子100は、p側電極116とn側電極118に電圧を印加すると、多重量子井戸活性層108から紫外光が放射状に発せられる。多重量子井戸活性層108から発せられる紫外光のうち、p側電極116へ向かうものについては、大部分がp側電極116にて反射してSiC基板102へ向かう。従って、多重量子井戸活性層108から発せられた光は、殆どがSiC基板102へ向かうこととなる。
In the light emitting
SiC基板102へ入射した紫外光は、第2蛍光SiC層124にて青色から緑色の第1可視光に変換され、残りが第1蛍光SiC層122にて黄色から橙色の第2可視光に変換される。このように、新たに形成された準位に基づく発光と、ドナー・アクセプタ・ペア発光を組み合わせることで、演色性、色温度等の調整が簡単容易となる。本実施形態においては、第2蛍光SiC層124が短波長側の発光成分を有し、第1蛍光SiC層122が長波長側の発光成分を有するので、演色性が高い白色光を得ることができる。この光は、太陽光に似た白色光として、SiC基板102から外部へ放出される。
The ultraviolet light incident on the
このように、本実施形態の発光ダイオード素子100によれば、第2蛍光SiC層124にて、新たに形成された準位に基づいて、ホウ素及び窒素がドープされた6H型SiCの発光波長域よりも短波長側の発光を得ることができる。本実施形態においては、SiC基板102にドープする元素をホウ素及び窒素のみとし、SiC基板102の作製を簡単容易に行うことができ、SiC基板102の作製コスト、ひいては発光ダイオード素子100の製造コストを低減することができる。
As described above, according to the light emitting
また、本実施形態によれば、陽極酸化によりSiC基板102の表面形状を変化しやすくし、SiC基板102に誘導光220を照射するようにしたので、エバネッセント光に適した表面形状を比較的容易に得ることができる。また、誘導光220の波長を変化させて第2蛍光SiC層124の発光波長を調整することができ、演色性、色温度の調整が簡単容易である。
In addition, according to the present embodiment, the surface shape of the
尚、前記実施形態においては、SiC基板102の第2蛍光SiC層124を形成してから、SiC基板102上に半導体層を積層するものを示したが、SiC基板102上に半導体層を積層した後に第2蛍光SiC層124を形成するようにしてもよい。例えば、図5に示すように、第1蛍光SiC層122からなるSiC基板102を作製し、SiC基板102上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させ、p側電極116を形成してしまう。そして、前記実施形態のオーミック電極201の代わりにp側電極116を利用してSiC基板102の陽極酸化を行うことにより、図6に示すように、SiC基板102に第2蛍光SiC層124を形成するようにしてもよい。この後、図1に示すように、n側電極118を第2蛍光SiC層124上に形成すれば、発光ダイオード素子100となる。さらには、SiC基板102にオーミック電極201を形成せず、導体基板を貼り付けて陽極酸化を行うようにしてもよい。そして、導体基板上に半導体層を形成して発光ダイオード素子とすることもできる。
In the above embodiment, the semiconductor layer is stacked on the
また、前記実施形態においては、昇華再結晶によりSiC基板102を得るものを示したが、CVD法等によりSiC基板102を得るようにしてもよい。また、SiCの表面形状の変化を陽極酸化により行うものを示したが、反応を促進させる光と、誘導光を組み合わせるものであれば、表面形状を変化させる方法は任意である。
Moreover, in the said embodiment, although what obtained the
また、前記実施形態においては、SiC蛍光体を発光ダイオード素子100の基板として用いるものを示したが、光源と別個の蛍光体として利用することもできる。このSiC蛍光体は、粉末状として利用してもよいし、波長変換用の蛍光板として利用することもできる。
Moreover, in the said embodiment, what used SiC fluorescent substance as a board | substrate of the light emitting
また、ドナー不純物及びアクセプタ不純物として、窒素及びホウ素を用いたものを示したが、他の元素であってもよいことは勿論である。例えば、第1蛍光SiC層のドナー不純物及びアクセプタ不純物を、窒素及びアルミニウムとして青色から緑色の可視光を発するようにし、第2蛍光SiC層が黄色から橙色の可視光を発するようにしても白色光を得ることができる。さらに、ドナー不純物及びアクセプタ不純物として、例えばP、As、Sb、Ga、In等の他のV族元素やIII族元素を用いることもできるし、さらにはTi、Cr等の遷移金属やBe等のII族元素も用いることもでき、SiC結晶中でドナー不純物及びアクセプタ不純物として使用可能な元素であればドナー不純物及びアクセプタ不純物は適宜変更することができる。 Moreover, although the thing using nitrogen and boron was shown as a donor impurity and an acceptor impurity, of course, another element may be sufficient. For example, white light may be emitted even if the first fluorescent SiC layer emits blue to green visible light using nitrogen and aluminum as the donor impurity and acceptor impurity, and the second fluorescent SiC layer emits yellow to orange visible light. Can be obtained. Furthermore, other V group elements and III group elements such as P, As, Sb, Ga, and In can be used as donor impurities and acceptor impurities, and further, transition metals such as Ti and Cr, Be, and the like can be used. Group II elements can also be used, and the donor impurities and acceptor impurities can be appropriately changed as long as they can be used as donor impurities and acceptor impurities in the SiC crystal.
図7から図10は本発明の第2の実施形態を示すものであり、図7は発光ダイオード素子の模式断面図である。 FIGS. 7 to 10 show a second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a light-emitting diode element.
図7に示すように、発光ダイオード素子400は、SiC基板402と、SiC基板402上に形成される窒化物半導体層と、を備えている。半導体発光部としての窒化物半導体層は、AIGaNで構成されたバッファ層404と、n―GaNで構成された第1コンタクト層406と、n−AIGaNで構成された第1クラッド層408と、GalnN/GaNで構成された多重量子井戸活性層410と、p―AIGaNで構成された電子ブロック層412と、p−AIGaNで構成された第2クラッド層414と、p―GaNで構成された第2コンタクト層416と、をSiC基板10側からこの順で連続的に有している。GaN系半導体層420は、SiC基板410上に、例えば有機金属化合物気相成長法によって積層される。また、第2コンタクト層416の表面には、Ni/Auからなるp電極431が形成される。また、第2コンタクト層416から第1コンタクト層406の所定位置まで厚さ方向にエッチングすることにより第1コンタクト層406を露出させ、この露出部分にTi/Al/Ti/Auからなるn電極432が形成される。
As shown in FIG. 7, the light emitting
本実施形態においては、多重量子井戸活性層410は、Ga0.95ln0.05N/GaNからなり、発光のピーク波長は385nmである。尚、多重量子井戸活性層410におけるピーク波長は任意に変更することができる。また、第1導電型層、活性層及び第2導電型層を少なくとも含み、第1導電型層及び第2導電型層に電圧が印加されると、電子及び正孔の再結合により活性層にて光が発せられるものであれば、GaN系半導体層420の層構成は任意である。
In the present embodiment, the multiple quantum well
SiC基板402は、単結晶6H型SiCからなり、ドナー・アクセプタ・ペアにより発光する第1蛍光SiC層422と、新たに形成された準位に基づいて発光する補助発光部としての第2蛍光SiC層424と、を有する。第1蛍光SiC層422は、バルク状であり、ドナー不純物として窒素を含むとともに、アクセプタ不純物としてホウ素を含んでいる。第2蛍光SiC層424は、バルク状であり、後述する所定のドーパント分布を有しており、通常の単結晶6H型SiCの結晶構造とは異なる準位が形成されている。
The
第1蛍光SiC層422は、紫外光により励起されると、ドナー・アクセプタ・ペア発光により、おおよそ黄色から橙色の可視光を発する。第1蛍光SiC層422は、例えば、500nm〜650nmにピークを有する500nm〜750nmの波長の光を発する。本実施形態においては、第1蛍光SiC層422は、ピーク波長が580nmの光を発するよう調整されている。第1蛍光SiC層422におけるホウ素及び窒素のドーピング濃度は、それぞれ1017/cm3〜1019/cm3である。ここで、第1蛍光SiC層422は、408nm以下の光により励起可能である。
When excited by ultraviolet light, the first
第2蛍光SiC層424は、紫外光により励起されると、後述するように追加不純物の分布により新たに形成された準位に基づく発光により、おおよそ青色から緑色の光を発する。本実施形態においては、追加不純物としてベリリウムがドープされている。第2蛍光SiC層424は、例えば、400nm〜500nmにピークを有する380nm〜700nmの波長の光を発する。本実施形態においては、第2蛍光SiC層424は、ピーク波長が450nmの光を発するよう調整されている。ここで、第2蛍光SiC層424は、408nm以下の光により励起可能である。
When excited by ultraviolet light, second
次いで、図8から図10を参照して発光ダイオード素子400の製造方法について説明する。図8はイオン注入領域が形成されたSiC基板の模式断面図である。
Next, a method for manufacturing the light emitting
まず、昇華法によりホウ素及び窒素がドープされたバルク状の単結晶6H型SiCからなるSiC基板402を作製する(蛍光SiC準備工程)。このSiC基板402は、ドナー・アクセプタ・ペア発光により可視光を発する蛍光体である。尚、SiC結晶のホウ素及び窒素のドーピング濃度は、結晶成長時の雰囲気ガス中への不純物ガスの添加および原料粉末への不純物元素またはその化合物の添加により制御することができる。SiC基板402の厚さは任意であるが、例えば250μmである。尚、このSiC基板402は、昇華法のバルク成長により30mm程度のバルク結晶を作製しておき、外周研削、スライス、表面研削、表面研磨等の工程を経て作製されている。
First, a
このSiC基板402に、さらに不純物をイオン注入法によりドープし、イオン注入領域426とする。追加不純物としては、ドナー不純物及びアクセプタ不純物よりも拡散係数が大きな元素が好ましい。本実施形態においては、追加不純物としてホウ素及び窒素よりも拡散係数が大きいベリリウムがイオン注入法によりドープされる。また、本実施形態においては、ベリリウムの濃度は、表面から700nm付近において1019/cm3〜1020/cm3とされる。イオン注入領域426をSi面とC面のどちらに形成するかは任意であるが、本実施形態においては、イオン注入領域426をC面に形成している。これは、本実施形態の発光ダイオード素子100ではSi面上に窒化物半導体層が積層されるため、Si面をできるだけ荒らされない状態とすることが望ましいことによる。
The
そして、図9に示すように、SiC基板402の両面にオーミック電極501,502を形成する(電極形成工程)。本実施形態においては、各オーミック電極501,502は、Niからなり、スパッタ法により堆積した後、熱処理が施される。各オーミック電極501,502の厚さは任意であるが、例えば100nmであり、例えば1000℃程度で熱処理される。
Then, as shown in FIG. 9,
この後、図10に示すように、各オーミック電極501,502へ電圧を印加と同時に、誘導光520をイオン注入領域426へ照射する。ここで、イオン注入領域426は、イオン注入により結晶品質が劣化していることから、他の領域よりも抵抗値が高く、電圧印加時に発熱する。イオン注入領域426が発熱する結果、イオン注入領域426の流動性が増加する。すなわち、SiC基板402の一部について結晶構造を変化させることができる状態となる。
Thereafter, as shown in FIG. 10, a voltage is applied to the
このように、イオン注入領域426の流動性が増加することにより、ドーパント分布はランダムに変化する。この結果、誘導光520に基づいてエバネッセント光が発生するのに適したドーパント分布も取り得ることとなる。そして、イオン注入領域426に当該ドーパント分布が形成されたときに電圧を印可し続けると、当該ドーパント分布においてエバネッセント光が発生する。
In this manner, the dopant distribution changes randomly as the fluidity of the
また、電圧を印加し続けることにより、伝導帯における電子密度が、下位準位にある正孔密度と比較して高くなると考えられている。これにより、伝導帯と下位準位との間で、電子密度の差に基づく反転分布が形成されると考えられている。この形成された反転分布により、伝導帯中の電子をエバネッセント光による非断熱過程に基づいて、伝導帯中の電子をバンドギャップの中間に位置する振動準位に仮想的に遷移させることができる。このエバネッセント光は、イオン注入領域426の発熱によりある確率の下で生じたドーパント分布によるものである。振動準位に遷移した電子は、エバネッセント光によって仮想的に生じた仮想場を廻った後、振動準位から伝導帯へと戻ることになる。
Further, it is considered that the electron density in the conduction band becomes higher than the hole density in the lower level by continuing to apply the voltage. Thereby, it is considered that an inversion distribution based on the difference in electron density is formed between the conduction band and the lower level. Due to the inversion distribution thus formed, electrons in the conduction band can be virtually transitioned to a vibration level located in the middle of the band gap based on a non-adiabatic process using evanescent light. This evanescent light is due to a dopant distribution generated with a certain probability due to heat generation in the
本実施形態においては、誘導光520の波長に応じて、伝導帯と下位準位の中間に位置する振動準位が形成されることになる。電子は、この振動準位へ一度遷移した後に、誘導放出により下位準位へと遷移する。このときの発光波長は、振動準位と基底準位との間のバンドギャップ差に依存する。本実施形態においては、誘導光520の波長は450nmであり、振動準位と基底準位との間のバンドギャップ差も450nmに対応したものとなる。
In the present embodiment, a vibration level positioned between the conduction band and the lower level is formed according to the wavelength of the
このような非断熱過程による誘導放出が生じることにより、伝導帯における電子密度が減少する。これにより、エバネッセント光が発生するドーパント分布が形成された領域については、移動する電子の量は減少することになる。即ち、誘導放出は、電子や正孔のエネルギーを奪うものとなり、発熱が抑制され、ドーパント分布はそのまま変化することなく固定されることになる。 As a result of stimulated emission due to such a non-adiabatic process, the electron density in the conduction band decreases. As a result, the amount of moving electrons is reduced in the region where the dopant distribution in which evanescent light is generated is formed. That is, stimulated emission takes away energy of electrons and holes, heat generation is suppressed, and the dopant distribution is fixed without change.
また、SiC基板102の所定箇所にてエバネッセント光が発せられると、この発光自体が誘導光となってSiC基板102の他の箇所でもドーパント分布によるエバネッセント光が発生しやすくなる。このように、イオン注入領域426内で場所を移しながら、エバネッセント光の発生とドーパント分布の固定が繰り返され、全体的に伝導帯と下位準位の中間に位置する振動準位が形成されることになる。これは、単結晶6H型SiCの吸収端波長よりも短い波長の光が照射されると、誘導光520に対応する波長の光を発する蛍光体となる。
Further, when evanescent light is emitted at a predetermined location on
以上のように構成された発光ダイオード素子400は、p側電極431とn側電極432に電圧を印加すると、多重量子井戸活性層410から紫外光が放射状に発せられる。多重量子井戸活性層410から発せられる紫外光のうち、p側電極431及びn側電極432へ向かうものについては、大部分が各電極431,432にて反射してSiC基板402へ向かう。従って、多重量子井戸活性層410から発せられた光は、殆どがSiC基板402へ向かうこととなる。
The light emitting
SiC基板402へ入射した紫外光は、第2蛍光SiC層424にて青色から緑色の第1可視光に変換され、残りが第1蛍光SiC層422にて黄色から橙色の第2可視光に変換される。このように、第2蛍光SiC層424が短波長側の発光成分を有し、第1蛍光SiC層422が長波長側の発光成分を有するので、演色性が高い白色光を得ることができる。この光は、太陽光に似た白色光として、SiC基板402から外部へ放出される。
The ultraviolet light incident on the
このように、本実施形態の発光ダイオード素子400によれば、第2蛍光SiC層424にて、新たに形成された準位に基づいて、ホウ素及び窒素がドープされた6H型SiCの発光波長域よりも短波長側の発光を得ることができる。
Thus, according to the light-emitting
また、本実施形態によれば、イオン注入により追加不純物をドープしたので、イオン注入領域426の結晶性が損なわれ、イオン注入領域426の結晶の再構成が容易となる。また、結晶性が損なわれていることからイオン注入領域426の抵抗が相対的に高くなり、電圧印加時にイオン注入領域426にて的確に発熱させることができる。
Further, according to the present embodiment, since the additional impurity is doped by ion implantation, the crystallinity of the
また、本実施形態によれば、イオン注入領域426にドープされる追加不純物をドナー不純物及びアクセプタ不純物より拡散係数の大きいものとしたので、SiC中を追加不純物が移動しやすく、エバネッセント光に適したドーパント分布を比較的容易に得ることができる。これに加え、追加不純物をイオン注入法によりドープすることによっても、追加不純物が格子間原子となるのでSiC中を移動しやすくなり、エバネッセント光に適したドーパント分布を容易に得ることができる。また、誘導光520の波長を変化させて第2蛍光SiC層424の発光波長を調整することができ、演色性、色温度の調整が簡単容易である。
Further, according to the present embodiment, since the additional impurity doped in the
尚、前記実施形態においては、電流アニールによりイオン注入領域426をアニールするものを示したが、例えばレーザ照射アニール等など他の方法でアニールしてもよいことは勿論である。また、イオン注入法により追加不純物をドープしたものを示したが、例えばSiCの表面に不純物原料を置いた状態で熱アニールにより不純物を拡散させることも可能である。
In the above embodiment, the
また、前記実施形態においては、ドナー不純物及びアクセプタ不純物と異なる不純物を追加不純物としてイオン注入領域426にドープしたものを示したが、同じ不純物をドープしてもよいことは勿論である。また、アニールにより不純物を拡散させるものを示したが、他の方法で拡散するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the
図11は、本発明の第3の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。
図11に示すように、この発光装置601は、一端に開口602aが形成された円筒状の筐体602と、この開口602aを閉塞するSiC蛍光板603と、筐体602の他端に形成される端子部604と、を有している。本実施形態においては、筐体602の一端側を上方向、他端側を下方向として説明する。筐体602には、端子部604から電力が供給される複数種類のLED素子が収容されており、LED素子から発せられる紫外光によりSiC蛍光板603が励起されて発光するようになっている。尚、LED素子から発せられた青色光、緑色光及び赤色光は、波長変換されることなくSiC蛍光板603を透過する。
FIG. 11 is a schematic longitudinal sectional view of a light emitting device showing a third embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 11, the
筐体602は、無機材料からなり、下端が閉塞され、この閉塞部分が底部602bをなしている。筐体602は、セラミックからなり、本実施形態においてAlNである。底部602bには、紫外LED素子611、青色LED素子612、緑色LED素子613及び赤色LED素子614を搭載する搭載基板610が固定される。搭載基板610の固定方法は任意であるが、本実施形態においては、搭載基板610は底部602bと螺合するねじ605により固定されている。筐体602の開口602aの部分は、段状に形成されており、SiC蛍光板603が段状部に固定されている。また、筐体602は、底部602bから下方へ突出するフランジ602cを有している。本実施形態においては、フランジ602cは、周方向に亘って形成されている。
The
端子部604は、無機材料からなり、電力を供給する所定のソケットに対して螺合可能に構成される。端子部604は、筐体602のフランジ602cの内周面に固定される円筒部604aと、円筒部604aの下端と連続的に形成され下方へ向かって窄む傾斜部604bと、傾斜部604bの下端に設けられ外面に雄ねじが形成される第1電極604cと、第1電極604cの下端と連続的に形成され径方向内側へ延びる絶縁部604dと、絶縁部604dの径方向内側を閉塞する第2電極604eと、を有している。円筒部604a、傾斜部604b及び絶縁部604dは絶縁性を有するセラミックからなり、第1電極604c及び第2電極604eは導電性を有する金属からなる。円筒部604a、傾斜部604b及び絶縁部604dは、筐体602と同じ材料とすることが好ましい。第1電極604c及び第2電極604eは、内部導線606によりねじ605と電気的に接続されている。本実施形態においては、ねじ605は、導電性の金属からなり、搭載基板610と螺合すると、搭載基板610の配線パターンと電気的に接続されるようになっている。
The
SiC蛍光板603は、6H型のSiC結晶からなり、板状に形成されている。SiC蛍光板603は、単結晶6H型SiCからなり、ドナー・アクセプタ・ペアにより発光する第1蛍光SiC層603aと、新たに形成された準位に基づいて発光する補助発光部としての第2蛍光SiC層603bと、を有する。第1蛍光SiC層603aは、バルク状であり、ドナー不純物として窒素を含むとともに、アクセプタ不純物としてホウ素を含んでいる。第2蛍光SiC層603は、ポーラス状に加工され、表面には微細形状が形成されており、通常の単結晶6H型SiCの結晶構造とは異なる準位が形成されている。第1蛍光SiC層603aは紫外光により励起されるとドナー・アクセプタ・ペア発光によりおおよそ黄色から橙色の可視光を発し、第2蛍光SiC層603bは紫外光により励起されると新たに形成された準位に基づく発光によりおおよそ青色から緑色の光を発する。
The
以上のように構成された発光装置601では、端子部604を外部のソケットへ螺合することにより、各LED素子611,612,613,614へ電力を供給可能な状態となる。そして、各LED素子611,612,613,614に電圧を印加すると、各LED素子611,612,613,614から所定波長の光が発せられる。
In the
紫外LED素子611から発せられた紫外光は、SiC蛍光板603へ入射し、SiC蛍光板603に吸収されて白色に変換された後、SiC蛍光板603から装置外部へ出射する。また、紫外LED素子611を除く各LED素子612,613,614から発せられた可視光(本実施形態においては、青色光、緑色光及び赤色光)は、SiC蛍光板603へ入射した後、波長変換されることなくSiC蛍光板603から装置外部へ出射する。
The ultraviolet light emitted from the
このように、各LED素子611,612,613,614へ通電すると、SiC蛍光板603の蛍光による白色光と、SiC蛍光板603を透過した青色光、緑色光及び赤色光と、の混合光が外部へ放出される。従って、SiC蛍光板603の純白色の蛍光に加えて、青色成分、緑色成分及び赤色成分を青色LED素子612、緑色LED素子613及び赤色LED素子614で補うことができ、極めて高い演色性を有する白色光を得ることができる。
As described above, when the
また、本実施形態の発光装置601によれば、第2蛍光SiC層603bにて、ドナー・アクセプタ・ペア発光以外の方法で、ホウ素及び窒素がドープされた6H型SiCの発光波長域よりも短波長側の発光を得ることができる。また、誘導光の波長を変化させて第2蛍光SiC層603bの発光波長を調整することができ、演色性、色温度の調整が簡単容易である。
Further, according to the
尚、例えば図12に示すように、搭載基板610をSiC蛍光基板710とすることも可能である。図12は、本発明の第4の実施形態を示す発光装置の模式断面図である。図12の発光装置701においては、SiC蛍光板603の代わりに、透明なレンズ703により筐体602の開口602aを閉塞している。
For example, as shown in FIG. 12, the mounting
SiC蛍光基板710は、単結晶6H型SiCからなり、ドナー・アクセプタ・ペアにより発光する第1蛍光SiC層710aと、新たに形成された準位に基づいて発光する補助発光部としての第2蛍光SiC層710bと、を有する。第1蛍光SiC層710aは、バルク状であり、ドナー不純物として窒素を含むとともに、アクセプタ不純物としてホウ素を含んでいる。第2蛍光SiC層710bは、ポーラス状に加工され、表面には微細形状が形成されており、通常の単結晶6H型SiCの結晶構造とは異なる準位が形成されている。第1蛍光SiC層710aは紫外光により励起されるとドナー・アクセプタ・ペア発光によりおおよそ黄色から橙色の可視光を発し、第2蛍光SiC層710bは紫外光により励起されると新たに形成された準位に基づく発光によりおおよそ青色から緑色の光を発する。
The
レンズ703は、ガラスからなり、出射面が上方へ凸の形状を呈して筐体602から出射される光を集光する。ここで、ガラスは、透過する光に紫外光が含まれる場合、単体で例えば70%以上の紫外光をカットする。また、本実施形態においては、レンズ703の筐体602の内側の面に、紫外LED素子611から発せられた光を反射し無機材料からなる多層反射膜(DBR膜)が形成されている。多層反射膜は、例えばSiO2/TiO2の構成とすることができる。尚、多層反射膜でなく、紫外光に対してガラスよりも反射率の高い無機材料を、レンズ703のガラスの内側の面に塗布してもよい。
The
以上のように構成された発光装置701においては、各LED素子611,612,613,614へ通電すると、SiC蛍光基板710の蛍光による白色光と、各LED素子612,613,614から発せられる青色光、緑色光及び赤色光と、の混合光が外部へ放出される。従って、SiC蛍光基板710の純白色の蛍光に加えて、青色成分、緑色成分及び赤色成分を青色LED素子612、緑色LED素子613及び赤色LED素子614で補うことができ、極めて高い演色性を有する白色光を得ることができる。
In the
また、本実施形態の発光装置701によれば、第2蛍光SiC層710bにて、ドナー・アクセプタ・ペア発光以外の方法で、ホウ素及び窒素がドープされた6H型SiCの発光波長域よりも短波長側の発光を得ることができる。また、誘導光の波長を変化させて第2蛍光SiC層710bの発光波長を調整することができ、演色性、色温度の調整が簡単容易である。
Further, according to the
100 発光ダイオード素子
102 SiC基板
122 第1蛍光SiC層
124 第2蛍光SiC層
220 誘導光
400 発光ダイオード素子
402 SiC基板
422 第1蛍光SiC層
424 第2蛍光SiC層
520 誘導光
601 発光装置
603 SiC蛍光板
603a 第1蛍光SiC層
603b 第2蛍光SiC層
701 発光装置
710 SiC蛍光基板
710a 第1蛍光SiC層
710b 第2蛍光SiC層
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記励起光により励起されると、前記第1波長光と前記第2波長光の両方を発する蛍光体の製造方法。 When a donor impurity and an acceptor impurity are doped and excited by excitation light, a part of the phosphor that emits light with the first wavelength light by the donor-acceptor pair is irradiated with the second wavelength light having a wavelength different from that of the first wavelength light. An auxiliary light emitting unit that changes the crystal structure below to form a new level corresponding to the second wavelength light and emits the phosphor with the second wavelength light when excited by the excitation light. age,
A method of manufacturing a phosphor that emits both the first wavelength light and the second wavelength light when excited by the excitation light.
前記ドナー不純物は、窒素であり、
前記アクセプタ不純物は、ホウ素とアルミニウムの少なくとも一方である請求項1から8のいずれか1項に記載の蛍光体の製造方法。 The phosphor is made of 6H SiC.
The donor impurity is nitrogen;
The method for manufacturing a phosphor according to claim 1, wherein the acceptor impurity is at least one of boron and aluminum.
励起光により励起されると前記第1波長光を発するドナー・アクセプタ・ペア発光部と、
前記励起光により励起されると前記第2波長光を発する補助発光部と、を備えた蛍光体。 It is manufactured by the method for manufacturing a phosphor according to any one of claims 1 to 9,
A donor-acceptor pair light-emitting unit that emits the first wavelength light when excited by excitation light;
A phosphor comprising: an auxiliary light emitting unit that emits the second wavelength light when excited by the excitation light.
前記基板上に形成され前記励起光を発する半導体積層部と、を備える発光素子。 A substrate comprising the phosphor according to claim 10;
A light emitting element comprising: a semiconductor stacked portion that is formed on the substrate and emits the excitation light.
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