JP3087743B2 - 中間色ｌｅｄ - Google Patents
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- JP3087743B2 JP3087743B2 JP10321605A JP32160598A JP3087743B2 JP 3087743 B2 JP3087743 B2 JP 3087743B2 JP 10321605 A JP10321605 A JP 10321605A JP 32160598 A JP32160598 A JP 32160598A JP 3087743 B2 JP3087743 B2 JP 3087743B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73265—Layer and wire connectors
Landscapes
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- Led Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、単一素子で、赤と
青の中間色である赤紫色やピンク色の光を発することの
できる新規な半導体発光素子の構造に関する。
青の中間色である赤紫色やピンク色の光を発することの
できる新規な半導体発光素子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】発光ダイオード（ＬＥＤ）は半導体の禁
制帯（バンドギャップ）間を遷移する電子によって光を
発する。活性層のバンドギャップが光の波長を決める。
発光ダイオード（ＬＥＤ）の材料は色によって異なる。
バンドギャップ遷移を利用する従来の発光ダイオードは
いずれも単色光を出すものであった。高輝度赤色ＬＥＤ
としては、ＡｌＧａＡｓやＧａＡｓＰなどを発光層とす
る素子が実用化されている。数Ｃｄ（カンデラ）以上の
高い輝度のものが低コストＬＥＤによって実現されてい
る。
制帯（バンドギャップ）間を遷移する電子によって光を
発する。活性層のバンドギャップが光の波長を決める。
発光ダイオード（ＬＥＤ）の材料は色によって異なる。
バンドギャップ遷移を利用する従来の発光ダイオードは
いずれも単色光を出すものであった。高輝度赤色ＬＥＤ
としては、ＡｌＧａＡｓやＧａＡｓＰなどを発光層とす
る素子が実用化されている。数Ｃｄ（カンデラ）以上の
高い輝度のものが低コストＬＥＤによって実現されてい
る。
【０００３】赤色以外のＬＥＤについても、緑色・黄緑
色用のＧａＰ、青色用のＳｉＣ、青色・緑色用のＧａＩ
ｎＮ、橙色・黄色用のＡｌＧａＩｎＰなどがいずれも低
コストのＬＥＤとして実用化されている。つまり次のよ
うな色と活性層の組み合わせになるＬＥＤが実用化され
ている。
色用のＧａＰ、青色用のＳｉＣ、青色・緑色用のＧａＩ
ｎＮ、橙色・黄色用のＡｌＧａＩｎＰなどがいずれも低
コストのＬＥＤとして実用化されている。つまり次のよ
うな色と活性層の組み合わせになるＬＥＤが実用化され
ている。
【０００４】（１）赤色…ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ （２）緑色・黄緑色用…ＧａＰ （３）青色用…ＳｉＣ （４）青色・緑色用…ＧａＩｎＮ （５）橙色・黄色用…ＡｌＧａＩｎＰ
【０００５】これらは発光と、活性層の材料の対応を示
す。波長を決めるのは活性層の材料である。格子整合な
どの条件を満たし、所望のバンドギャップを有する結晶
を活性層に選ぶ。しかしながら、これらのＬＥＤは単色
のＬＥＤである。全て単一の半導体材料を発光層に用い
ているから、原理的に単色のＬＥＤとなる。
す。波長を決めるのは活性層の材料である。格子整合な
どの条件を満たし、所望のバンドギャップを有する結晶
を活性層に選ぶ。しかしながら、これらのＬＥＤは単色
のＬＥＤである。全て単一の半導体材料を発光層に用い
ているから、原理的に単色のＬＥＤとなる。
【０００６】従来のＬＥＤでは、原色か、限られた原色
の中間色しか発光させることはできない。単一材料から
のバンドギャップ発光に依存している従来のＬＥＤで出
る色は、赤色、橙色、黄色、黄緑色、緑色、青緑色、青
色、青紫色、紫色などである。これらの内、赤色、緑
色、青色は原色である。橙色、黄色、黄緑色の３つは赤
と緑の中間色である。青緑色、青紫色、紫色、は青と緑
の中間色である。つまり波長が隣接するような光の中間
色はＬＥＤによって作る事ができる。波長が連続する原
色（赤と緑、もしくは緑と青）同士の中間色は結局のと
ころ単色なのである。
の中間色しか発光させることはできない。単一材料から
のバンドギャップ発光に依存している従来のＬＥＤで出
る色は、赤色、橙色、黄色、黄緑色、緑色、青緑色、青
色、青紫色、紫色などである。これらの内、赤色、緑
色、青色は原色である。橙色、黄色、黄緑色の３つは赤
と緑の中間色である。青緑色、青紫色、紫色、は青と緑
の中間色である。つまり波長が隣接するような光の中間
色はＬＥＤによって作る事ができる。波長が連続する原
色（赤と緑、もしくは緑と青）同士の中間色は結局のと
ころ単色なのである。
【０００７】ところが従来のバンドギャップ遷移型発光
素子は、赤と青の中間色、赤と緑と青の中間色を発生す
ることができない。赤と青は緑を間にはさみ波長が著し
く異なる。このように波長が隣接しない中間色は単色で
ない。複合色である。だからバンドギャップ遷移によっ
ては原理的に生成できない。
素子は、赤と青の中間色、赤と緑と青の中間色を発生す
ることができない。赤と青は緑を間にはさみ波長が著し
く異なる。このように波長が隣接しない中間色は単色で
ない。複合色である。だからバンドギャップ遷移によっ
ては原理的に生成できない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】照明用途や装飾用など
の一部の表示用途には、上記の単色の光源ではなく、赤
と青の中間色（赤紫色やピンク色）や、赤と青と緑の中
間色（白色）の光源が求められている。上述のように通
常のバンドギャップ遷移を利用しただけのＬＥＤは単色
光源にしかならない。上記の説明で原色と、原色の中間
色という表現をしているが、中間色といっても単色なの
である。単一波長の光が出ているにすぎないからであ
る。
の一部の表示用途には、上記の単色の光源ではなく、赤
と青の中間色（赤紫色やピンク色）や、赤と青と緑の中
間色（白色）の光源が求められている。上述のように通
常のバンドギャップ遷移を利用しただけのＬＥＤは単色
光源にしかならない。上記の説明で原色と、原色の中間
色という表現をしているが、中間色といっても単色なの
である。単一波長の光が出ているにすぎないからであ
る。
【０００９】本発明でいう中間色というのは、赤ー青の
間の中間の単色というのではなくて、単色でない中間色
を意味している。だからこれら赤青中間色、赤緑青中間
色の光源としては、依然として白熱球や蛍光灯、ネオン
ランプなどが用いられる。これらは長い実績があり取扱
いも容易でしかも安価である。しかしながら白熱球はあ
まりに寿命が短い。発光効率が低い。蛍光灯は周辺機器
も含めるとサイズが大きすぎ重すぎる。ＬＥＤはそれに
対してサイズが小さく寿命が長く発光効率も良いものが
ある。しかし実用化されているＬＥＤは何れも単色の光
しか発生できない。
間の中間の単色というのではなくて、単色でない中間色
を意味している。だからこれら赤青中間色、赤緑青中間
色の光源としては、依然として白熱球や蛍光灯、ネオン
ランプなどが用いられる。これらは長い実績があり取扱
いも容易でしかも安価である。しかしながら白熱球はあ
まりに寿命が短い。発光効率が低い。蛍光灯は周辺機器
も含めるとサイズが大きすぎ重すぎる。ＬＥＤはそれに
対してサイズが小さく寿命が長く発光効率も良いものが
ある。しかし実用化されているＬＥＤは何れも単色の光
しか発生できない。
【００１０】ただ一つ白色ＬＥＤの試みがなされてい
る。ＧａＩｎＮを用いた青色ＬＥＤと、ＹＡＧを用いた
黄色蛍光材を組み合わせて白色のＬＥＤを作製するとい
うアイデアである。つまりＬＥＤ＋ＹＡＧになる複合Ｌ
ＥＤである。これは「光機能材料マニュアル」（光機能
材料マニュアル編集幹事会編、オプトロニクス社、１９
９７年６月刊）に紹介されている。
る。ＧａＩｎＮを用いた青色ＬＥＤと、ＹＡＧを用いた
黄色蛍光材を組み合わせて白色のＬＥＤを作製するとい
うアイデアである。つまりＬＥＤ＋ＹＡＧになる複合Ｌ
ＥＤである。これは「光機能材料マニュアル」（光機能
材料マニュアル編集幹事会編、オプトロニクス社、１９
９７年６月刊）に紹介されている。
【００１１】図１（ａ）、（ｂ）にその構造をしめす。
この素子は青色ＬＥＤチップをＹＡＧ蛍光材に埋め込ん
だ構造をしている。透明樹脂１の内部にステム２、３が
埋め込まれている。一方のステム２の頂部には窪み４が
あってここにＧａＩｎＮ系青色ＬＥＤ５が取り付けられ
る。ｎ側電極、ｐ側電極はワイヤ７、８によってステム
２、３に接続される。ＧａＩｎＮ−ＬＥＤの全体を覆う
ように窪み４にはＹＡＧ蛍光材６が充填される。
この素子は青色ＬＥＤチップをＹＡＧ蛍光材に埋め込ん
だ構造をしている。透明樹脂１の内部にステム２、３が
埋め込まれている。一方のステム２の頂部には窪み４が
あってここにＧａＩｎＮ系青色ＬＥＤ５が取り付けられ
る。ｎ側電極、ｐ側電極はワイヤ７、８によってステム
２、３に接続される。ＧａＩｎＮ−ＬＥＤの全体を覆う
ように窪み４にはＹＡＧ蛍光材６が充填される。
【００１２】ＬＥＤからは青色光Ｅが出る。青色Ｅの一
部を蛍光材が吸収して黄色蛍光Ｆを出す。ＬＥＤから発
せられる青色の単色光と、青色の一部によって励起され
た蛍光材からの黄色光が合成されて白色光が得られると
いうのである。ＧａＩｎＮ系というが、ＧａＮ層の上
に、ＧａＮとＩｎＮの混晶である発光層が堆積してい
る。ＧａＮの大型基板が製造できないからサファイヤ基
板の上にＧａＮ薄膜を成長させ、その上にＧａＩｎＮ発
光層を載せている。絶縁性サファイヤの上にあるから底
部より電極を出すことができない。ｎ側電極、ｐ側電極
ともにワイヤによって接続するのはそのような理由から
である。
部を蛍光材が吸収して黄色蛍光Ｆを出す。ＬＥＤから発
せられる青色の単色光と、青色の一部によって励起され
た蛍光材からの黄色光が合成されて白色光が得られると
いうのである。ＧａＩｎＮ系というが、ＧａＮ層の上
に、ＧａＮとＩｎＮの混晶である発光層が堆積してい
る。ＧａＮの大型基板が製造できないからサファイヤ基
板の上にＧａＮ薄膜を成長させ、その上にＧａＩｎＮ発
光層を載せている。絶縁性サファイヤの上にあるから底
部より電極を出すことができない。ｎ側電極、ｐ側電極
ともにワイヤによって接続するのはそのような理由から
である。
【００１３】図２はそのような複合ＬＥＤの発光スペク
トルである。横軸は波長、縦軸は光強度である。４６０
ｎｍ近傍に鋭い青色ＧａＩｎＮ−ＬＥＤ発光ピークが現
れる。５５０ｎｍを中心として黄色ＹＡＧ蛍光材からの
ブロードな発光も見られる。青色と黄色が合成されて出
てくるので人間の目には白色として見える、というわけ
である。これは従来のＬＥＤとは違い、単色ＬＥＤでな
い。二つのピークを合成したものである。白色ＬＥＤと
して提案されているのはこれだけである。
トルである。横軸は波長、縦軸は光強度である。４６０
ｎｍ近傍に鋭い青色ＧａＩｎＮ−ＬＥＤ発光ピークが現
れる。５５０ｎｍを中心として黄色ＹＡＧ蛍光材からの
ブロードな発光も見られる。青色と黄色が合成されて出
てくるので人間の目には白色として見える、というわけ
である。これは従来のＬＥＤとは違い、単色ＬＥＤでな
い。二つのピークを合成したものである。白色ＬＥＤと
して提案されているのはこれだけである。
【００１４】しかしＧａＩｎＮ＋ＹＡＧの白色ＬＥＤに
は次のような難点がある。 （１）透明度が悪い蛍光材（ＹＡＧ）分散層をＬＥＤの
上に充填し、ＬＥＤを埋め込むから発光の取りだし効率
が低い。これに用いられたＬＥＤ自身は輝度１Ｃｄ以
上、外部量子効率が５％以上という特性であるのに、複
合した白色ＬＥＤは輝度０．５Ｃｄ、外部量子効率が
３．５％程度である。
は次のような難点がある。 （１）透明度が悪い蛍光材（ＹＡＧ）分散層をＬＥＤの
上に充填し、ＬＥＤを埋め込むから発光の取りだし効率
が低い。これに用いられたＬＥＤ自身は輝度１Ｃｄ以
上、外部量子効率が５％以上という特性であるのに、複
合した白色ＬＥＤは輝度０．５Ｃｄ、外部量子効率が
３．５％程度である。
【００１５】（２）蛍光材の光変換効率が約１０％しか
ない。変換効率が低いから黄色成分が弱い。見た目の白
色光の色調を暖色系の白色光にするため黄色発光の強度
を上げようとすると、蛍光材の厚みを増やす必要があ
る。不透明な蛍光材厚みを増やすとますます輝度が低下
する。
ない。変換効率が低いから黄色成分が弱い。見た目の白
色光の色調を暖色系の白色光にするため黄色発光の強度
を上げようとすると、蛍光材の厚みを増やす必要があ
る。不透明な蛍光材厚みを増やすとますます輝度が低下
する。
【００１６】（３）波長の短い光によって蛍光材を励起
し波長のより長い蛍光を発するような構造であるが、発
光材と蛍光材が異種材料であるために製作工程が複雑で
ある。
し波長のより長い蛍光を発するような構造であるが、発
光材と蛍光材が異種材料であるために製作工程が複雑で
ある。
【００１７】（４）ＧａＩｎＮ−ＬＥＤの上に、ＹＡＧ
蛍光材を充填塗布するから、材料コストが嵩む。またス
テムもＹＡＧ充填の為に複雑な形状をしている。異種の
蛍光体を使うのでコストを切り下げることができない。
蛍光材を充填塗布するから、材料コストが嵩む。またス
テムもＹＡＧ充填の為に複雑な形状をしている。異種の
蛍光体を使うのでコストを切り下げることができない。
【００１８】ＬＥＤには軽量小型安価低電圧長寿命とい
う利点がある。その利点を生かした赤青中間色、赤青緑
中間色を発生する光源を提供することが本発明の目的で
ある。
う利点がある。その利点を生かした赤青中間色、赤青緑
中間色を発生する光源を提供することが本発明の目的で
ある。
【００１９】本発明者は、既に特願平１０−１９４１５
６号においてＺｎＳｅ基板上にＺｎＳｅ系ホモエピタキ
シャル層を形成した白色ＬＥＤを提案している。これは
エピタキシャル層から青色を出し、ＺｎＳｅ基板で青色
によりＳＡ発光させ、両方の光を合成して白色光を作り
出すものである。
６号においてＺｎＳｅ基板上にＺｎＳｅ系ホモエピタキ
シャル層を形成した白色ＬＥＤを提案している。これは
エピタキシャル層から青色を出し、ＺｎＳｅ基板で青色
によりＳＡ発光させ、両方の光を合成して白色光を作り
出すものである。
【００２０】本発明はその先願と目的とする色合いが異
なる。図５の色度図によって説明する。色度図において
の部分の白色光を合成するのが先願の発明であった。
本発明はそれより下方の紫色、赤紫色、紫がかっ
たピンク色、ピンク色、黄色がかったピンク色など
の色を発するＬＥＤを提供する。
なる。図５の色度図によって説明する。色度図において
の部分の白色光を合成するのが先願の発明であった。
本発明はそれより下方の紫色、赤紫色、紫がかっ
たピンク色、ピンク色、黄色がかったピンク色など
の色を発するＬＥＤを提供する。
【００２１】一般的な色度図を図１７によって説明す
る。色度図は、一般の可視の光源色もしくは物体色につ
いて、三原色である赤、緑、青に対する刺激値（人間の
目の中にある「すい体」と呼ばれる三種類の視感覚器が
感じる刺激量）を数値化することにより、平面座標上で
表示するために工夫された図である。任意の光源の発光
スペクトルをＱ（λ）とすると、これにそれぞれの色を
認識する視感覚器の分光感度特性に相当する等色関数を
乗じたものが、それぞれの色の刺激値となる。すなわ
ち、赤に対応する等色関数をｒ（λ）、緑に対応する等
色関数をｇ（λ）、青に対応する等色関数をｂ（λ）と
すると、赤の刺激量ＸはＸ＝∫Ｑ（λ）ｒ（λ）ｄλ、
緑の刺激量ＹはＹ＝∫Ｑ（λ）ｇ（λ）ｄλ、青の刺激
量ＺはＺ＝∫Ｑ（λ）ｂ（λ）ｄλとなる。これらを総
刺激量で規格化した、ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）、ｙ＝Ｙ
／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）により張られる平面座標が図１７に示
した色度図である。原理上、この座標系ではいかなるス
ペクトルを有する色も、座標上の（０，０）、（１，
０）、（０，１）を結んでできる直角二等辺三角形の内
部にある一点として表される。
る。色度図は、一般の可視の光源色もしくは物体色につ
いて、三原色である赤、緑、青に対する刺激値（人間の
目の中にある「すい体」と呼ばれる三種類の視感覚器が
感じる刺激量）を数値化することにより、平面座標上で
表示するために工夫された図である。任意の光源の発光
スペクトルをＱ（λ）とすると、これにそれぞれの色を
認識する視感覚器の分光感度特性に相当する等色関数を
乗じたものが、それぞれの色の刺激値となる。すなわ
ち、赤に対応する等色関数をｒ（λ）、緑に対応する等
色関数をｇ（λ）、青に対応する等色関数をｂ（λ）と
すると、赤の刺激量ＸはＸ＝∫Ｑ（λ）ｒ（λ）ｄλ、
緑の刺激量ＹはＹ＝∫Ｑ（λ）ｇ（λ）ｄλ、青の刺激
量ＺはＺ＝∫Ｑ（λ）ｂ（λ）ｄλとなる。これらを総
刺激量で規格化した、ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）、ｙ＝Ｙ
／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）により張られる平面座標が図１７に示
した色度図である。原理上、この座標系ではいかなるス
ペクトルを有する色も、座標上の（０，０）、（１，
０）、（０，１）を結んでできる直角二等辺三角形の内
部にある一点として表される。
【００２２】色度図上において、単色光は、図１７中の
太いＣ型の実線で示される。この形は、等色関数の形状
から決まるもので、例えば５５０ｎｍ以長の波長領域で
は、青の感度が０であるので、単色光の色度はｘ＋ｙ＝
１の直線上に存在する。また５０５ｎｍ以短の波長領域
では、青が増大するとともにし、赤に相当する分光感度
もわずかに増えてゆくので、図のように直線ｘ＝０（つ
まりｙ軸）からずれた曲線を描く。Ｃ型曲線上の長波長
の極限点と短波長の極限点は直線で結ばれているが、こ
の直線は単色光に対応するものではなく、純紫軌跡と呼
ばれている。このＣ型の曲線と純紫軌跡との囲まれる領
域の内部の点が中間色を表すことになる。この中間色の
中心部が白色の領域である。図１７から分かるとおり、
白色の領域はｘ＝０．２１〜０．４９、ｙ＝０．２〜
０．４６程度の範囲に存在する。本発明で目的とする色
は、図５から分かるとおり、この白色領域よりも下、即
ちｙが小さい領域に存在する中間色である。
太いＣ型の実線で示される。この形は、等色関数の形状
から決まるもので、例えば５５０ｎｍ以長の波長領域で
は、青の感度が０であるので、単色光の色度はｘ＋ｙ＝
１の直線上に存在する。また５０５ｎｍ以短の波長領域
では、青が増大するとともにし、赤に相当する分光感度
もわずかに増えてゆくので、図のように直線ｘ＝０（つ
まりｙ軸）からずれた曲線を描く。Ｃ型曲線上の長波長
の極限点と短波長の極限点は直線で結ばれているが、こ
の直線は単色光に対応するものではなく、純紫軌跡と呼
ばれている。このＣ型の曲線と純紫軌跡との囲まれる領
域の内部の点が中間色を表すことになる。この中間色の
中心部が白色の領域である。図１７から分かるとおり、
白色の領域はｘ＝０．２１〜０．４９、ｙ＝０．２〜
０．４６程度の範囲に存在する。本発明で目的とする色
は、図５から分かるとおり、この白色領域よりも下、即
ちｙが小さい領域に存在する中間色である。
【００２３】
【課題を解決するための手段】上記の課題に対し、本発
明は、ＬＥＤチップに別異材料の蛍光材を載せるという
のではなく、基板そのものを蛍光体とする。本発明は、
ＬＥＤの発光構造をその上にエピタキシャル成長させる
半導体結晶基板自体を蛍光材として用いる。ＬＥＤは必
ず基板結晶がありその上に発光層（活性層）を成長さ
せ、発光層からある特定の色を発生させている。基板は
発光にはまったく与らないというのが従来のＬＥＤであ
る。基板は何をしていたのか？基板は、発光層を保持し
発光層に電流を供給し電極を保有する、というぐらいの
役割しかなかった。いわば裏方といってよかった。
明は、ＬＥＤチップに別異材料の蛍光材を載せるという
のではなく、基板そのものを蛍光体とする。本発明は、
ＬＥＤの発光構造をその上にエピタキシャル成長させる
半導体結晶基板自体を蛍光材として用いる。ＬＥＤは必
ず基板結晶がありその上に発光層（活性層）を成長さ
せ、発光層からある特定の色を発生させている。基板は
発光にはまったく与らないというのが従来のＬＥＤであ
る。基板は何をしていたのか？基板は、発光層を保持し
発光層に電流を供給し電極を保有する、というぐらいの
役割しかなかった。いわば裏方といってよかった。
【００２４】本発明は基板を積極的に利用する。ある不
純物を基板にドーピングして基板を蛍光材として利用す
るのである。発光層から波長の短い光を出させ、基板に
当て基板からより長い波長の蛍光を出すようにする。短
波長の光と長波長の光が組合わさって、所望の中間色を
発生するようになる。従来の単色ＬＥＤになんら新しい
構造物を付加する事なく２色の発光を可能にする巧みな
中間色ＬＥＤを与えるのが本発明の骨子である。
純物を基板にドーピングして基板を蛍光材として利用す
るのである。発光層から波長の短い光を出させ、基板に
当て基板からより長い波長の蛍光を出すようにする。短
波長の光と長波長の光が組合わさって、所望の中間色を
発生するようになる。従来の単色ＬＥＤになんら新しい
構造物を付加する事なく２色の発光を可能にする巧みな
中間色ＬＥＤを与えるのが本発明の骨子である。
【００２５】本発明のＬＥＤの発光は、活性層発光と基
板蛍光という組み合わせで起こる。一光子遷移の場合、
蛍光はもとの励起光より必ず波長が長くなる。励起光は
エネルギーの高い青色が適する。エネルギーが低い励起
光と蛍光の組み合わせでは白色にならないし赤青の中間
色にもならない。励起光が青色であるということはそれ
を発生する発光層の種類が限られる。青色に対応するバ
ンドギャップをもつものでないといけない。青色発光層
として知られているものには、ＧａＩｎＮ系とＺｎＳｅ
系がある。本発明はそのうちＺｎＳｅ系の発光層を採用
する。基板はその上に成長させる発光層と格子整合する
ものである必要がある。発光層をＺｎＳｅ系と決めてし
まえば結晶成長の条件からは、基板はＺｎＳｅがもっと
も良いということになる。
板蛍光という組み合わせで起こる。一光子遷移の場合、
蛍光はもとの励起光より必ず波長が長くなる。励起光は
エネルギーの高い青色が適する。エネルギーが低い励起
光と蛍光の組み合わせでは白色にならないし赤青の中間
色にもならない。励起光が青色であるということはそれ
を発生する発光層の種類が限られる。青色に対応するバ
ンドギャップをもつものでないといけない。青色発光層
として知られているものには、ＧａＩｎＮ系とＺｎＳｅ
系がある。本発明はそのうちＺｎＳｅ系の発光層を採用
する。基板はその上に成長させる発光層と格子整合する
ものである必要がある。発光層をＺｎＳｅ系と決めてし
まえば結晶成長の条件からは、基板はＺｎＳｅがもっと
も良いということになる。
【００２６】ＺｎＳｅ基板はそれ以外の条件からも好ま
しいものであることがわかる。ＺｎＳｅ基板は、ヨウ
素、アルミニウム、塩素、臭素、ガリウム、インジウム
などをドープすることによってＳＡ（self-activated）
発光体となることが分かった。ＺｎＳｅのＳＡ発光とい
うのは５１０ｎｍより短い波長の光をあてると、５５０
ｎｍ〜６５０ｎｍのブロードなピークを持つ光を発生す
るという現象である。この光は黄色や橙色にみえる。Ｓ
Ａ発光の発光中心波長、発光スペクトルの半値幅は、ド
ーパントの種類や、ドーピング量によって調整すること
ができる。ＺｎＳｅ系の発光層は５１０ｎｍ以下の波長
の青色光を発生することができる。
しいものであることがわかる。ＺｎＳｅ基板は、ヨウ
素、アルミニウム、塩素、臭素、ガリウム、インジウム
などをドープすることによってＳＡ（self-activated）
発光体となることが分かった。ＺｎＳｅのＳＡ発光とい
うのは５１０ｎｍより短い波長の光をあてると、５５０
ｎｍ〜６５０ｎｍのブロードなピークを持つ光を発生す
るという現象である。この光は黄色や橙色にみえる。Ｓ
Ａ発光の発光中心波長、発光スペクトルの半値幅は、ド
ーパントの種類や、ドーピング量によって調整すること
ができる。ＺｎＳｅ系の発光層は５１０ｎｍ以下の波長
の青色光を発生することができる。
【００２７】さればＺｎＳｅ系発光層とＺｎＳｅ基板を
組み合わせ、青色と黄色橙色の２色を発生する素子を作
る事が出来る。このように本発明は、ＺｎＳｅに適当な
ドーパントを添加してＳＡ発光を起こすことができると
いう性質と、ＺｎＳｅ系発光層の光は青色でＳＡ光を励
起できるという性質を有効に利用するものである。
組み合わせ、青色と黄色橙色の２色を発生する素子を作
る事が出来る。このように本発明は、ＺｎＳｅに適当な
ドーパントを添加してＳＡ発光を起こすことができると
いう性質と、ＺｎＳｅ系発光層の光は青色でＳＡ光を励
起できるという性質を有効に利用するものである。
【００２８】前記のＺｎＳｅにＳＡ発光体としての性質
を与えるドーパント（ヨウ素、アルミニウム、塩素、臭
素、ガリウム、インジウム）はＺｎＳｅにｎ型の導電性
をも与える。他にｎ型の不純物を添加することなくｎ型
になるから、その上にｎ型バッファ層、ｎ型クラッド
層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層をエピ
タキシャル成長させることによってＬＥＤを作製するこ
とができる。両方のクラッド層は屈折率が活性層より小
さく、バンドギャップが大きい。キャリヤと光を活性層
内に閉じ込める役割がある。活性層が波長を決める。活
性層、クラッド層を含め発光構造と呼ぶ。
を与えるドーパント（ヨウ素、アルミニウム、塩素、臭
素、ガリウム、インジウム）はＺｎＳｅにｎ型の導電性
をも与える。他にｎ型の不純物を添加することなくｎ型
になるから、その上にｎ型バッファ層、ｎ型クラッド
層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層をエピ
タキシャル成長させることによってＬＥＤを作製するこ
とができる。両方のクラッド層は屈折率が活性層より小
さく、バンドギャップが大きい。キャリヤと光を活性層
内に閉じ込める役割がある。活性層が波長を決める。活
性層、クラッド層を含め発光構造と呼ぶ。
【００２９】ＺｎＳｅ基板の上にホモエピタキシャル成
長によってＺｎＳｅ系の発光構造を作製することができ
る。ここでＺｎＳｅ系の発光構造というのは、次の活性
層を持つものを意味する。 （１）ＺｎＳｅ （２）ＺｎＣｄＳｅ （３）ＺｎＳｅＴｅ
長によってＺｎＳｅ系の発光構造を作製することができ
る。ここでＺｎＳｅ系の発光構造というのは、次の活性
層を持つものを意味する。 （１）ＺｎＳｅ （２）ＺｎＣｄＳｅ （３）ＺｎＳｅＴｅ
【００３０】これらの活性層をもつＺｎＳｅ系発光構造
は４６０ｎｍ〜４９５ｎｍの青色を発生する事が出来
る。何れも５１０ｎｍ以下であり、ＺｎＳｅのＳＡ中心
にＳＡ発光を起こさせることができる。（１）は純粋の
ＺｎＳｅ活性層であり４６５ｎｍの光を発生できる。
（２）はＺｎＳｅとＣｄＳｅの混晶であるが混晶比ｘの
表示は略している。（３）はＺｎＳｅとＺｎＴｅの混晶
である。これも混晶比の表示を省略している。（２）、
（３）の混晶比を変えることによって、４６０ｎｍ〜４
９５ｎｍの光を発生できるのである。
は４６０ｎｍ〜４９５ｎｍの青色を発生する事が出来
る。何れも５１０ｎｍ以下であり、ＺｎＳｅのＳＡ中心
にＳＡ発光を起こさせることができる。（１）は純粋の
ＺｎＳｅ活性層であり４６５ｎｍの光を発生できる。
（２）はＺｎＳｅとＣｄＳｅの混晶であるが混晶比ｘの
表示は略している。（３）はＺｎＳｅとＺｎＴｅの混晶
である。これも混晶比の表示を省略している。（２）、
（３）の混晶比を変えることによって、４６０ｎｍ〜４
９５ｎｍの光を発生できるのである。
【００３１】ＳＡ発光を引き起こすためのドーパントに
よってＺｎＳｅ基板はｎ型になるから、その上にｎ型の
クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト
層をエピタキシャル成長させると、基板の上にｐｎ接合
を作製できる。基板側にｎ側電極を、ｐ型層のほうにｐ
側電極を形成することによって発光素子とすることがで
きる。光はいずれから出しても良い。発光構造（ｐ側）
から光を出す場合は、ｐ側電極を小さいドット状電極に
するか、中央の開いたリング電極、或いは透明電極にす
る。基板側（ｎ側）から光を出すときはｎ側電極を小さ
いドット状電極、透明電極、或いはリング電極にする。
光を出さない方の電極は全面電極にしても良い。すると
ステムに直接にボンディングできる。
よってＺｎＳｅ基板はｎ型になるから、その上にｎ型の
クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト
層をエピタキシャル成長させると、基板の上にｐｎ接合
を作製できる。基板側にｎ側電極を、ｐ型層のほうにｐ
側電極を形成することによって発光素子とすることがで
きる。光はいずれから出しても良い。発光構造（ｐ側）
から光を出す場合は、ｐ側電極を小さいドット状電極に
するか、中央の開いたリング電極、或いは透明電極にす
る。基板側（ｎ側）から光を出すときはｎ側電極を小さ
いドット状電極、透明電極、或いはリング電極にする。
光を出さない方の電極は全面電極にしても良い。すると
ステムに直接にボンディングできる。
【００３２】ｐｎ接合に電流を流すと、活性層がそのバ
ンドギャップに応じた青色を出す。それが基板のドーパ
ントに一部吸収されＳＡ発光（黄、橙）を誘起する。Ｌ
ＥＤ発光の青色とＳＡ発光の黄色・橙色がまざって中間
色あるいは白色になる。
ンドギャップに応じた青色を出す。それが基板のドーパ
ントに一部吸収されＳＡ発光（黄、橙）を誘起する。Ｌ
ＥＤ発光の青色とＳＡ発光の黄色・橙色がまざって中間
色あるいは白色になる。
【００３３】図３に本発明の概念図を示す。図３（ａ）
はＬＥＤの全体図、（ｂ）はＬＥＤ部分図である。Ｚｎ
Ｓｅ系ＬＥＤ９がΓ型ステム１０の頂部に固定される。
ステム１１がその側方に平行に設けられる。図３（ｂ）
に示すようにＬＥＤ９はＺｎＳｅ基板１２の上にエピタ
キシャル発光構造１３を成長させたものである。ＺｎＳ
ｅ基板にはヨウ素（Ｉ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂ
ｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、ガ
リウム（Ｇａ）などＳＡ発光中心となる元素がドープさ
れている。ＺｎＳｅ基板１２の底面がｎ側電極でありス
テム１０に直付きになっている。ステム１０がカソード
である。エピタキシャル発光構造１３はｎ型クラッド
層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層などを
含む総称である。その上面にリング状或いはドット状の
ｐ側電極がある。ｐ側電極がワイヤ１４によってステム
１１に接続される。これがアノードになる。
はＬＥＤの全体図、（ｂ）はＬＥＤ部分図である。Ｚｎ
Ｓｅ系ＬＥＤ９がΓ型ステム１０の頂部に固定される。
ステム１１がその側方に平行に設けられる。図３（ｂ）
に示すようにＬＥＤ９はＺｎＳｅ基板１２の上にエピタ
キシャル発光構造１３を成長させたものである。ＺｎＳ
ｅ基板にはヨウ素（Ｉ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂ
ｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、ガ
リウム（Ｇａ）などＳＡ発光中心となる元素がドープさ
れている。ＺｎＳｅ基板１２の底面がｎ側電極でありス
テム１０に直付きになっている。ステム１０がカソード
である。エピタキシャル発光構造１３はｎ型クラッド
層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層などを
含む総称である。その上面にリング状或いはドット状の
ｐ側電極がある。ｐ側電極がワイヤ１４によってステム
１１に接続される。これがアノードになる。
【００３４】ＬＥＤ駆動電流を流すと、エピタキシャル
発光構造は、青色光Ｂを発生する。そのまま上方へ出る
光は青色Ｂのままである。一部は下方に向かう。下方に
向かった青色光はＺｎＳｅ基板のＳＡ発光中心Ｄ（ヨウ
素、塩素、臭素、アルミニウム、インジウム、ガリウ
ム）に当たり、黄色橙色のＳＡ発光Ｙを引き起こす。Ｓ
Ａ発光Ｙは上方に出て行く。ＬＥＤの上面に出る光は、
青色ＢとＳＡ発光Ｙとである。人間の目にはこれが合成
されたもの（Ｂ＋Ｙ）が見える。合成光は白色光または
中間色である。中間色というのはここでは赤と青の中間
色であるピンク色、赤紫色などである。
発光構造は、青色光Ｂを発生する。そのまま上方へ出る
光は青色Ｂのままである。一部は下方に向かう。下方に
向かった青色光はＺｎＳｅ基板のＳＡ発光中心Ｄ（ヨウ
素、塩素、臭素、アルミニウム、インジウム、ガリウ
ム）に当たり、黄色橙色のＳＡ発光Ｙを引き起こす。Ｓ
Ａ発光Ｙは上方に出て行く。ＬＥＤの上面に出る光は、
青色ＢとＳＡ発光Ｙとである。人間の目にはこれが合成
されたもの（Ｂ＋Ｙ）が見える。合成光は白色光または
中間色である。中間色というのはここでは赤と青の中間
色であるピンク色、赤紫色などである。
【００３５】またＬＥＤの構造としては、基板とエピタ
キシャル構造をひっくり返した構造であってもよい。エ
ピタキシャル層がステムに固着されるからエピダウン構
造と呼ぶことができよう。図４にこれを示す。図４
（ｂ）にＺｎＳｅ−ＬＥＤ９をしめすが、ＺｎＳｅ基板
１２が上になっており、エピタキシャル発光構造１３が
ステムに固着される。ＺｎＳｅ基板は、先述のように、
Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｉ、Ｂｒ、ＣｌなどＳＡ発光中心が
ドープされている。Γ型のステム２０の頂部にエピタキ
シャル層の方を下にして取り付けられる。この場合エピ
タキシャル層のｐ側電極がステムに直付けになる。Ｚｎ
Ｓｅ基板のｎ側電極がワイヤ２２によってステム２１に
接続される。これらの全体が透明樹脂２３によってモー
ルドされている。
キシャル構造をひっくり返した構造であってもよい。エ
ピタキシャル層がステムに固着されるからエピダウン構
造と呼ぶことができよう。図４にこれを示す。図４
（ｂ）にＺｎＳｅ−ＬＥＤ９をしめすが、ＺｎＳｅ基板
１２が上になっており、エピタキシャル発光構造１３が
ステムに固着される。ＺｎＳｅ基板は、先述のように、
Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｉ、Ｂｒ、ＣｌなどＳＡ発光中心が
ドープされている。Γ型のステム２０の頂部にエピタキ
シャル層の方を下にして取り付けられる。この場合エピ
タキシャル層のｐ側電極がステムに直付けになる。Ｚｎ
Ｓｅ基板のｎ側電極がワイヤ２２によってステム２１に
接続される。これらの全体が透明樹脂２３によってモー
ルドされている。
【００３６】エピタキシャル発光構造１３からの青色光
は全てＺｎＳｅ基板１２を通過する。そのまま青色光Ｂ
として外部に出るものもある。ＺｎＳｅ基板のＳＡ発光
中心に吸収されて黄色橙色のＳＡ発光Ｙに変換されるも
のもある。Ｂ＋Ｙの合成光となって外部に出る。これが
白色または中間色となって見える。図３のエピアップ
（正立）の場合は青色光の半分しか基板に入らずＳＡ発
光が弱い。図４のエピダウン（倒立）のものは青色光の
全部が基板に入るからＳＡ発光が増強される。つまり黄
色橙色の蛍光成分を高めることができる。同じように白
色または中間色といっても青が勝ったもの、黄色が勝っ
たもので色調が異なる。
は全てＺｎＳｅ基板１２を通過する。そのまま青色光Ｂ
として外部に出るものもある。ＺｎＳｅ基板のＳＡ発光
中心に吸収されて黄色橙色のＳＡ発光Ｙに変換されるも
のもある。Ｂ＋Ｙの合成光となって外部に出る。これが
白色または中間色となって見える。図３のエピアップ
（正立）の場合は青色光の半分しか基板に入らずＳＡ発
光が弱い。図４のエピダウン（倒立）のものは青色光の
全部が基板に入るからＳＡ発光が増強される。つまり黄
色橙色の蛍光成分を高めることができる。同じように白
色または中間色といっても青が勝ったもの、黄色が勝っ
たもので色調が異なる。
【００３７】
【実施例】［実施例１（ヨウ素ドープ、５８５ｎｍ蛍
光、ＺｎＳｅ活性層、４６５ｎｍ発光、エピアップ）］
導電性ＺｎＳｅ基板として、ヨウ素をドープしたｎ型Ｚ
ｎＳｅ基板を採用した。ヨウ素を活性キャリヤ濃度にし
て１×１０１８ｃｍ−３程度ドーピングしたＺｎＳｅ基
板は、バンドテーリング現象により、本来のバンドギャ
ップエネルギーに対応する波長である４６０ｎｍよりも
長い５１０ｎｍより短い波長の光を吸収し、ＳＡ発光と
して、５８５ｎｍにブロードなピークを持つ蛍光を発す
る。通常の半導体において欠陥がない場合、バンドギャ
ップＥｇより小さいエネルギーの光を半導体は吸収でき
ない。つまりλ＞λｇ（＝ｈｃ／Ｅｇ）の光は吸収でき
ない筈である。ところが実際には不純物などが存在する
と不純物準位がバンドギャップの両端に発生する。不純
物準位−価電子帯間、或いは伝導帯−不純物準位間の遷
移が起こるから、基板がバンドギャップ以下のエネルギ
ーのλ＞λｇの光をも吸収できるようになる。するとバ
ンドギャップ発光の光λｇ自身をも吸収できるようにな
る。つまり基板と同じ組成の発光層が発する光に対して
基板が不透明になるのである。これがバンドテーリング
現象である。この不純物準位をつくるのは前記のアルミ
ニウム、ヨウ素、塩素…などのｎ型ドーパントである。
光、ＺｎＳｅ活性層、４６５ｎｍ発光、エピアップ）］
導電性ＺｎＳｅ基板として、ヨウ素をドープしたｎ型Ｚ
ｎＳｅ基板を採用した。ヨウ素を活性キャリヤ濃度にし
て１×１０１８ｃｍ−３程度ドーピングしたＺｎＳｅ基
板は、バンドテーリング現象により、本来のバンドギャ
ップエネルギーに対応する波長である４６０ｎｍよりも
長い５１０ｎｍより短い波長の光を吸収し、ＳＡ発光と
して、５８５ｎｍにブロードなピークを持つ蛍光を発す
る。通常の半導体において欠陥がない場合、バンドギャ
ップＥｇより小さいエネルギーの光を半導体は吸収でき
ない。つまりλ＞λｇ（＝ｈｃ／Ｅｇ）の光は吸収でき
ない筈である。ところが実際には不純物などが存在する
と不純物準位がバンドギャップの両端に発生する。不純
物準位−価電子帯間、或いは伝導帯−不純物準位間の遷
移が起こるから、基板がバンドギャップ以下のエネルギ
ーのλ＞λｇの光をも吸収できるようになる。するとバ
ンドギャップ発光の光λｇ自身をも吸収できるようにな
る。つまり基板と同じ組成の発光層が発する光に対して
基板が不透明になるのである。これがバンドテーリング
現象である。この不純物準位をつくるのは前記のアルミ
ニウム、ヨウ素、塩素…などのｎ型ドーパントである。
【００３８】ＺｎＳｅ基板は、５０μｍ厚（イ）、２５
０μｍ厚（ロ）、５００μｍ厚（ハ）の３種類の厚みの
異なるものを準備した。基板厚みによってＳＡ発光の程
度が異なるはずであり、それを調べるために厚みの異な
る基板についてＬＥＤ構造を作製する。
０μｍ厚（ロ）、５００μｍ厚（ハ）の３種類の厚みの
異なるものを準備した。基板厚みによってＳＡ発光の程
度が異なるはずであり、それを調べるために厚みの異な
る基板についてＬＥＤ構造を作製する。
【００３９】このＺｎＳｅ基板に図６に示すような発光
構造をＭＢＥ法によってホモエピタキシャル成長させ
た。ＺｎＳｅ−ＬＥＤ９のエピタキシャル発光構造は、
ｎ型ＺｎＳｅ基板１２の方から、ｎ型ＺｎＳｅバッファ
層２４、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層２５、ＺｎＳｅ
から成るダブルヘテロ活性層２６、ｐ型ＢｅＺｎＭｇＳ
ｅ層２７、ｐ型ＺｎＴｅとＺｎＳｅの積層超格子構造か
らなるｐ型コンタクト層２８よりなる。
構造をＭＢＥ法によってホモエピタキシャル成長させ
た。ＺｎＳｅ−ＬＥＤ９のエピタキシャル発光構造は、
ｎ型ＺｎＳｅ基板１２の方から、ｎ型ＺｎＳｅバッファ
層２４、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層２５、ＺｎＳｅ
から成るダブルヘテロ活性層２６、ｐ型ＢｅＺｎＭｇＳ
ｅ層２７、ｐ型ＺｎＴｅとＺｎＳｅの積層超格子構造か
らなるｐ型コンタクト層２８よりなる。
【００４０】混晶比も正確に記すと以下のようである。 （１） Ｉ−ドープＺｎＳｅ基板１２ （２） ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２４ （３） ｎ型Ｚｎ０．８５Ｍｇ０．１５Ｓ０．１０Ｓｅ
０．９０クラッド層２５ （４） ＺｎＳｅダブルヘテロ活性層２６ （５） ｐ型Ｂｅ０．２０Ｍｇ０．２０Ｚｎ０．６０Ｓ
ｅクラッド層２７ （６） ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子コンタクト層２
８
０．９０クラッド層２５ （４） ＺｎＳｅダブルヘテロ活性層２６ （５） ｐ型Ｂｅ０．２０Ｍｇ０．２０Ｚｎ０．６０Ｓ
ｅクラッド層２７ （６） ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子コンタクト層２
８
【００４１】基板にヨウ素をドープするのは、ＳＡ発光
を起こさせるためである。本発明の特徴はそこにあると
言って良い。ヨウ素をドープするとｎ型になるから基板
にｎ側電極を取り付けることができる。ＺｎＳｅバッフ
ァ層をエピタキシャル成長させるのは、基板表面の格子
構造には乱れがあり上質のエピタキシャル層を重ねて規
則正しい単結晶構造を作るためである。活性層をＺｎＳ
ｅにしたのは、そのバンドギャップに対応する４６５ｎ
ｍの光を発生させ、これによりＳＡ発光を励起させると
いう意図に基づく。
を起こさせるためである。本発明の特徴はそこにあると
言って良い。ヨウ素をドープするとｎ型になるから基板
にｎ側電極を取り付けることができる。ＺｎＳｅバッフ
ァ層をエピタキシャル成長させるのは、基板表面の格子
構造には乱れがあり上質のエピタキシャル層を重ねて規
則正しい単結晶構造を作るためである。活性層をＺｎＳ
ｅにしたのは、そのバンドギャップに対応する４６５ｎ
ｍの光を発生させ、これによりＳＡ発光を励起させると
いう意図に基づく。
【００４２】活性層のＺｎＳｅはノンドープである。活
性層の両側にクラッド層がある。クラッドは屈折率が活
性層より低い材料であり、光を活性層に閉じ込める作用
がある。それだけでなく、クラッドは活性層よりバンド
ギャップが広いものを選び、キャリヤを活性層に閉じ込
めるという作用もある。ｎ型クラッド層は、ＺｎＳｅ、
ＺｎＳ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅの混晶である。混晶比を決め
るパラメータは自由度が２であるが、格子整合条件とバ
ンドギャップ、屈折率の条件によって決まってしまう。
ｐ型クラッド層はＢｅＳｅ、ＭｇＳｅ、ＺｎＳｅの混晶
である。これも混晶比の自由度が２であるが、格子整
合、バンドギャップ、屈折率などで混晶比は決まる。両
側にｐ型、ｎ型のクラッド層があるから、活性層を介し
たｐｎ接合ができる。
性層の両側にクラッド層がある。クラッドは屈折率が活
性層より低い材料であり、光を活性層に閉じ込める作用
がある。それだけでなく、クラッドは活性層よりバンド
ギャップが広いものを選び、キャリヤを活性層に閉じ込
めるという作用もある。ｎ型クラッド層は、ＺｎＳｅ、
ＺｎＳ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅの混晶である。混晶比を決め
るパラメータは自由度が２であるが、格子整合条件とバ
ンドギャップ、屈折率の条件によって決まってしまう。
ｐ型クラッド層はＢｅＳｅ、ＭｇＳｅ、ＺｎＳｅの混晶
である。これも混晶比の自由度が２であるが、格子整
合、バンドギャップ、屈折率などで混晶比は決まる。両
側にｐ型、ｎ型のクラッド層があるから、活性層を介し
たｐｎ接合ができる。
【００４３】ＬＥＤのチップサイズを２５０μｍ×２５
０μｍとする。このエピタキシャルウエハ−のｐ型コン
タクト層２８の上に、Ｐｄ／Ａｕからなるドット状のｐ
側電極を２５０μｍ×２５０μｍの周期で形成する。Ｐ
ｄ／ＡｕにするのはこれがＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ超格子に
対しオーミック接合する材料だからである。「ドット状
電極を形成」というのは１チップあたり一つの丸い電極
を作るという事であるが、チップが縦横に多数並んでい
るからドット状に見える。ｐ側電極の方から光を出すよ
うにするので不透明なＰｄ／Ａｕ電極の面積は小さい方
がよい。ドットが小さければチップの中心にあっても、
周辺部に偏っていても良い。
０μｍとする。このエピタキシャルウエハ−のｐ型コン
タクト層２８の上に、Ｐｄ／Ａｕからなるドット状のｐ
側電極を２５０μｍ×２５０μｍの周期で形成する。Ｐ
ｄ／ＡｕにするのはこれがＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ超格子に
対しオーミック接合する材料だからである。「ドット状
電極を形成」というのは１チップあたり一つの丸い電極
を作るという事であるが、チップが縦横に多数並んでい
るからドット状に見える。ｐ側電極の方から光を出すよ
うにするので不透明なＰｄ／Ａｕ電極の面積は小さい方
がよい。ドットが小さければチップの中心にあっても、
周辺部に偏っていても良い。
【００４４】さらにＰｄ／Ａｕの上に全面に２０ｎｍ以
下の厚みのＡｕ薄膜電極を形成した。Ｐｄ／Ａｕの上に
Ａｕを重ねるのは、電流を拡散させるためである。Ａｕ
の厚みが２０ｎｍ以下であると光が充分に透過する。こ
の上層のＡｕ自体もコンタクト層に対しオーミック電極
となる。リードとつなぐためのワイヤは、ドット状のＰ
ｄ／Ａｕ電極上につける。
下の厚みのＡｕ薄膜電極を形成した。Ｐｄ／Ａｕの上に
Ａｕを重ねるのは、電流を拡散させるためである。Ａｕ
の厚みが２０ｎｍ以下であると光が充分に透過する。こ
の上層のＡｕ自体もコンタクト層に対しオーミック電極
となる。リードとつなぐためのワイヤは、ドット状のＰ
ｄ／Ａｕ電極上につける。
【００４５】ＺｎＳｅ基板の裏面には、Ｉｎからなるｎ
側電極を形成した。Ｉｎはｎ型ＺｎＳｅに対してオーミ
ック接合する。これは全面に付けても良いし部分的でも
よい。エピアップであり、基板底面の全体をステムにつ
けるので何れでも良いのである。以上の工程はウエハ−
のまま行われる。
側電極を形成した。Ｉｎはｎ型ＺｎＳｅに対してオーミ
ック接合する。これは全面に付けても良いし部分的でも
よい。エピアップであり、基板底面の全体をステムにつ
けるので何れでも良いのである。以上の工程はウエハ−
のまま行われる。
【００４６】電極形成後のＺｎＳｅエピウエハ−を２５
０μｍ×２５０μｍ角のサイズに切り出して多数のチッ
プに分離した。チップを図３のように、エピタキシャル
発光構造を上に基板を下にしてステム頂部に固定した。
ｎ側電極はステム１０に直接に接続される。ドット状の
ｐ側電極はワイヤボンディングしてステム１１に接続さ
れる。さらにステムの全体を透明樹脂１５によってモー
ルドしてＬＥＤ素子を完成した。
０μｍ×２５０μｍ角のサイズに切り出して多数のチッ
プに分離した。チップを図３のように、エピタキシャル
発光構造を上に基板を下にしてステム頂部に固定した。
ｎ側電極はステム１０に直接に接続される。ドット状の
ｐ側電極はワイヤボンディングしてステム１１に接続さ
れる。さらにステムの全体を透明樹脂１５によってモー
ルドしてＬＥＤ素子を完成した。
【００４７】このＬＥＤを定電流モードで駆動し光出力
を測定した。高輝度の紫色及び紫がかったピンク色およ
びピンク色の発光を得ることができた。典型的な発光強
度は、２０ｍＡで１．５ｍＷであった。基板厚みによっ
て色調が異なる。それぞれの対応は
を測定した。高輝度の紫色及び紫がかったピンク色およ
びピンク色の発光を得ることができた。典型的な発光強
度は、２０ｍＡで１．５ｍＷであった。基板厚みによっ
て色調が異なる。それぞれの対応は
【００４８】（イ）基板厚み ５０μｍ …… 紫色 （ロ）基板厚み２５０μｍ …… 紫がかったピンク色 （ハ）基板厚み５００μｍ …… ピンク色 であった。
【００４９】このＬＥＤの発光スペクトルを図７に示
す。横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は強度である。４６５ｎ
ｍの鋭いピークは、ＺｎＳｅ活性層からのバンドギャッ
プ発光である。基板厚みによらず活性層からの発光強度
は一定である。このエピタキシャル発光構造の発光ピー
クの他に、より長波長のピークが３つ描いてある。長波
長の成分はＺｎＳｅ基板のＳＡ発光によるものである。
何れも５５０ｎｍ〜６７０ｎｍ程度に亘る鈍いピークで
ある。基板厚みが５０μｍ（イ）のものはＳＡ発光が弱
い。これは基板が薄くてＳＡ発光中心も少ないからであ
る。基板厚みが２５０μｍ（ロ）のものはＳＡ発光がよ
り強くなっている。基板厚みが５００μｍ（ハ）のもの
はＳＡ発光が最大になっている。基板が厚くなりＳＡ発
光中心が増えるからである。つまり基板厚みに比例して
５８５ｎｍにピークを持つ発光の強度が増加する。この
スペクトル変化によって基板からＳＡ発光が出ていると
いう事が立証される。
す。横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は強度である。４６５ｎ
ｍの鋭いピークは、ＺｎＳｅ活性層からのバンドギャッ
プ発光である。基板厚みによらず活性層からの発光強度
は一定である。このエピタキシャル発光構造の発光ピー
クの他に、より長波長のピークが３つ描いてある。長波
長の成分はＺｎＳｅ基板のＳＡ発光によるものである。
何れも５５０ｎｍ〜６７０ｎｍ程度に亘る鈍いピークで
ある。基板厚みが５０μｍ（イ）のものはＳＡ発光が弱
い。これは基板が薄くてＳＡ発光中心も少ないからであ
る。基板厚みが２５０μｍ（ロ）のものはＳＡ発光がよ
り強くなっている。基板厚みが５００μｍ（ハ）のもの
はＳＡ発光が最大になっている。基板が厚くなりＳＡ発
光中心が増えるからである。つまり基板厚みに比例して
５８５ｎｍにピークを持つ発光の強度が増加する。この
スペクトル変化によって基板からＳＡ発光が出ていると
いう事が立証される。
【００５０】この発光スペクトルを、色度図上で表した
ものを図８に示す。 （イ）基板厚み５０μｍ… 色度（ｘ，ｙ）＝（０．２
４，０．１５）の紫色 （ロ）基板厚み２５０μｍ…（ｘ，ｙ）＝（０．３６，
０．２７）紫がかったピンク色 （ハ）基板厚み５００μｍ…（ｘ，ｙ）＝（０．４０，
０．３１）ピンク色
ものを図８に示す。 （イ）基板厚み５０μｍ… 色度（ｘ，ｙ）＝（０．２
４，０．１５）の紫色 （ロ）基板厚み２５０μｍ…（ｘ，ｙ）＝（０．３６，
０．２７）紫がかったピンク色 （ハ）基板厚み５００μｍ…（ｘ，ｙ）＝（０．４０，
０．３１）ピンク色
【００５１】図８には、エピタキシャル発光構造のみか
らの発光の色度（△）と、基板のＳＡ発光のみの発光の
色度（□）をも示す。これらイ、ロ、ハの素子の色度
は、これらの２点を結ぶ線分の上に乗っている。つまり
二つの色（□、△）を単に合成したものであるという事
である。３つの素子で、ＳＡ発光の割合が異なるから異
なる色になっている。基板が薄い（イ）と、バンドギャ
ップ発光（４６５ｎｍ）に近い紫になり、基板が厚い
（ハ）とＳＡ発光（５８５ｎｍ）に近いピンク色になる
のである。
らの発光の色度（△）と、基板のＳＡ発光のみの発光の
色度（□）をも示す。これらイ、ロ、ハの素子の色度
は、これらの２点を結ぶ線分の上に乗っている。つまり
二つの色（□、△）を単に合成したものであるという事
である。３つの素子で、ＳＡ発光の割合が異なるから異
なる色になっている。基板が薄い（イ）と、バンドギャ
ップ発光（４６５ｎｍ）に近い紫になり、基板が厚い
（ハ）とＳＡ発光（５８５ｎｍ）に近いピンク色になる
のである。
【００５２】［実施例２（アルミニウムドープ、６１０
ｎｍ蛍光、ＺｎＳｅ活性層、４６５ｎｍ発光、エピアッ
プ）］導電性ＺｎＳｅ基板として、アルミニウムをドー
プしたｎ型ＺｎＳｅ基板を採用した。アルミニウムを活
性キャリヤ濃度にして１×１０１７ｃｍ−３程度ドーピ
ングしたＺｎＳｅ基板は、バンドテーリング現象によ
り、本来のバンドギャップエネルギーに対応する波長で
ある４６０ｎｍよりも長い４８０ｎｍより短い波長の光
を吸収し、ＳＡ発光として、６１０ｎｍにブロードなピ
ークを持つ蛍光を発する。ＺｎＳｅ基板は、２５０μｍ
厚（ニ）、１０００μｍ（１ｍｍ）厚（ホ）の２種類の
厚みの異なるものを準備した。基板厚みによってＳＡ発
光の程度が異なるはずであり、それを調べるために厚み
の異なる基板ニ、ホについてＬＥＤ構造を作製する。
ｎｍ蛍光、ＺｎＳｅ活性層、４６５ｎｍ発光、エピアッ
プ）］導電性ＺｎＳｅ基板として、アルミニウムをドー
プしたｎ型ＺｎＳｅ基板を採用した。アルミニウムを活
性キャリヤ濃度にして１×１０１７ｃｍ−３程度ドーピ
ングしたＺｎＳｅ基板は、バンドテーリング現象によ
り、本来のバンドギャップエネルギーに対応する波長で
ある４６０ｎｍよりも長い４８０ｎｍより短い波長の光
を吸収し、ＳＡ発光として、６１０ｎｍにブロードなピ
ークを持つ蛍光を発する。ＺｎＳｅ基板は、２５０μｍ
厚（ニ）、１０００μｍ（１ｍｍ）厚（ホ）の２種類の
厚みの異なるものを準備した。基板厚みによってＳＡ発
光の程度が異なるはずであり、それを調べるために厚み
の異なる基板ニ、ホについてＬＥＤ構造を作製する。
【００５３】実施例１はドーパントがヨウ素であったの
で４６０ｎｍ〜５１０ｎｍの光を吸収して５８５ｎｍに
ピークをもつＳＡ発光を励起した。実施例２ではドーパ
ントをアルミニウムとするので、４６０ｎｍ〜４８０ｎ
ｍの光を吸収して６１０ｎｍピークのＳＡ発光を引き起
こす。ドーパントを変え、基板厚みを変えた、という以
外は実施例１とほぼ同じとした。
で４６０ｎｍ〜５１０ｎｍの光を吸収して５８５ｎｍに
ピークをもつＳＡ発光を励起した。実施例２ではドーパ
ントをアルミニウムとするので、４６０ｎｍ〜４８０ｎ
ｍの光を吸収して６１０ｎｍピークのＳＡ発光を引き起
こす。ドーパントを変え、基板厚みを変えた、という以
外は実施例１とほぼ同じとした。
【００５４】活性層はやはり４６５ｎｍを発生するＺｎ
Ｓｅとした。クラッド層、コンタクト層も実施例１と同
じで図９の構造を持つ。ＭＢＥ法によってこれらのエピ
タキシャル構造を作製した。
Ｓｅとした。クラッド層、コンタクト層も実施例１と同
じで図９の構造を持つ。ＭＢＥ法によってこれらのエピ
タキシャル構造を作製した。
【００５５】（１） ｎ型Ａｌ−ドープＺｎＳｅ基板１
２ （２） ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２４ （３） ｎ型Ｚｎ０．８５Ｍｇ０．１５Ｓ０．１０Ｓｅ
０．９０クラッド層２５ （４） ＺｎＳｅダブルヘテロ活性層２６ （５） ｐ型Ｂｅ０．２０Ｍｇ０．２０Ｚｎ０．６０Ｓ
ｅクラッド層２７ （６） ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子コンタクト層２
８
２ （２） ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２４ （３） ｎ型Ｚｎ０．８５Ｍｇ０．１５Ｓ０．１０Ｓｅ
０．９０クラッド層２５ （４） ＺｎＳｅダブルヘテロ活性層２６ （５） ｐ型Ｂｅ０．２０Ｍｇ０．２０Ｚｎ０．６０Ｓ
ｅクラッド層２７ （６） ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子コンタクト層２
８
【００５６】実施例１と同じウエハ−プロセスによって
ＬＥＤ構造を作製した。つまりｐ型コンタクト層にはＰ
ｄ／Ａｕのドット状のオーミック電極を２５０μｍ×２
５０μｍの周期でつけ、さらに２０ｎｍ以下の厚みの金
層で覆いｐ側電極とした。ＺｎＳｅ基板底面にはＩｎの
ｎ側電極を全面に付けた。ウエハ−プロセスによって同
等のＬＥＤを多数作製したのち、２５０μｍ×２５０μ
ｍのチップに切りだした。チップを図３のように基板を
下にしてステム１０に固定した（エピアップ）。ｐ側電
極はワイヤ１４でステム１１に接続した。透明樹脂１５
によって全体を覆った。
ＬＥＤ構造を作製した。つまりｐ型コンタクト層にはＰ
ｄ／Ａｕのドット状のオーミック電極を２５０μｍ×２
５０μｍの周期でつけ、さらに２０ｎｍ以下の厚みの金
層で覆いｐ側電極とした。ＺｎＳｅ基板底面にはＩｎの
ｎ側電極を全面に付けた。ウエハ−プロセスによって同
等のＬＥＤを多数作製したのち、２５０μｍ×２５０μ
ｍのチップに切りだした。チップを図３のように基板を
下にしてステム１０に固定した（エピアップ）。ｐ側電
極はワイヤ１４でステム１１に接続した。透明樹脂１５
によって全体を覆った。
【００５７】このＬＥＤを定電流モードで駆動し光出力
を測定した。高輝度の赤紫色の発光を得ることができ
た。典型的な発光強度は、２０ｍＡで１．５ｍＷであっ
た。基板厚みによって色調が異なる。それぞれの対応は （ニ）ＺｎＳｅ基板厚み ２５０μｍ …… （紫に近
い）赤紫色 （ホ）ＺｎＳｅ基板厚み１０００μｍ …… （赤に近
い）赤紫色 であった。
を測定した。高輝度の赤紫色の発光を得ることができ
た。典型的な発光強度は、２０ｍＡで１．５ｍＷであっ
た。基板厚みによって色調が異なる。それぞれの対応は （ニ）ＺｎＳｅ基板厚み ２５０μｍ …… （紫に近
い）赤紫色 （ホ）ＺｎＳｅ基板厚み１０００μｍ …… （赤に近
い）赤紫色 であった。
【００５８】このＬＥＤの発光スペクトルを図１０に示
す。横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は強度である。４６５ｎ
ｍの鋭いピークは、ＺｎＳｅ活性層からのバンドギャッ
プ発光である。基板厚みによらず活性層からの発光強度
は一定である。このエピタキシャル発光構造の発光ピー
ク（４６５ｎｍ）の他に、より長波長のピークが２つ
（ホ、ニ）描いてある。長波長の成分はＡｌドープＺｎ
Ｓｅ基板のＳＡ発光によるものである。何れも５７０ｎ
ｍ〜６８０ｎｍ程度に広がり６１０ｎｍに鈍いピークを
持つ分布である。基板厚みが２５０μｍ（ニ）のものは
ＳＡ発光が弱い。これは基板が薄くてＳＡ発光中心も少
ないからである。基板厚みが１０００μｍ（ホ）のもの
はＳＡ発光がより強くなっている。基板厚みにほぼ比例
してＳＡ発光が増えるということが分かる。
す。横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は強度である。４６５ｎ
ｍの鋭いピークは、ＺｎＳｅ活性層からのバンドギャッ
プ発光である。基板厚みによらず活性層からの発光強度
は一定である。このエピタキシャル発光構造の発光ピー
ク（４６５ｎｍ）の他に、より長波長のピークが２つ
（ホ、ニ）描いてある。長波長の成分はＡｌドープＺｎ
Ｓｅ基板のＳＡ発光によるものである。何れも５７０ｎ
ｍ〜６８０ｎｍ程度に広がり６１０ｎｍに鈍いピークを
持つ分布である。基板厚みが２５０μｍ（ニ）のものは
ＳＡ発光が弱い。これは基板が薄くてＳＡ発光中心も少
ないからである。基板厚みが１０００μｍ（ホ）のもの
はＳＡ発光がより強くなっている。基板厚みにほぼ比例
してＳＡ発光が増えるということが分かる。
【００５９】図１１はこの発光を色度図上に表したもの
である。 （ニ）基板厚み２５０μｍ… 色度（ｘ，ｙ）＝（０．
３６，０．１８）紫に近い赤紫色（赤みがかかった紫
色） （ホ）基板厚み１０００μｍ…（ｘ，ｙ）＝（０．５
０，０．２７）赤に近い赤紫色（紫がかった赤色）
である。 （ニ）基板厚み２５０μｍ… 色度（ｘ，ｙ）＝（０．
３６，０．１８）紫に近い赤紫色（赤みがかかった紫
色） （ホ）基板厚み１０００μｍ…（ｘ，ｙ）＝（０．５
０，０．２７）赤に近い赤紫色（紫がかった赤色）
【００６０】図１１にはエピタキシャル発光構造からの
発光のみの色度（△点）と、基板からのＳＡ発光のみの
色度（□点）も併せて示す。二つのＬＥＤ素子（ニ）、
（ホ）の発光色の色度は、基板発光、エピ発光の色度を
結ぶ線分の上にある。つまりバンドギャップ発光とＳＡ
発光の合成光であることを示している。
発光のみの色度（△点）と、基板からのＳＡ発光のみの
色度（□点）も併せて示す。二つのＬＥＤ素子（ニ）、
（ホ）の発光色の色度は、基板発光、エピ発光の色度を
結ぶ線分の上にある。つまりバンドギャップ発光とＳＡ
発光の合成光であることを示している。
【００６１】［実施例３（Ｉ＋Ａｌドープ、５９０ｎｍ
蛍光、ＺｎＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ活性層、４７５ｎｍ発
光、エピダウン）］導電性ＺｎＳｅ基板として、ヨウ素
とアルミニウムをドープしたｎ型ＺｎＳｅ基板を採用し
た。ヨウ素とアルミニウムを活性キャリヤ濃度にして１
×１０１８ｃｍ−３程度ドーピングしたＺｎＳｅ基板
は、バンドテーリング現象により、本来のバンドギャッ
プエネルギーに対応する波長である４６０ｎｍよりも長
く５１０ｎｍより短い波長の光を吸収し、ＳＡ発光とし
て、５９０ｎｍにブロードなピークを持つ蛍光を発す
る。基板のドーパントを変えるとＳＡ発光のピーク波長
を変えることができる。ＺｎＳｅ基板は、５０μｍ厚
（ヘ）、１５０μｍ厚（ト）の２種類の厚みの異なるも
のを準備した。厚みを変えるとＳＡ発光の強度を変化さ
せることができる。
蛍光、ＺｎＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ活性層、４７５ｎｍ発
光、エピダウン）］導電性ＺｎＳｅ基板として、ヨウ素
とアルミニウムをドープしたｎ型ＺｎＳｅ基板を採用し
た。ヨウ素とアルミニウムを活性キャリヤ濃度にして１
×１０１８ｃｍ−３程度ドーピングしたＺｎＳｅ基板
は、バンドテーリング現象により、本来のバンドギャッ
プエネルギーに対応する波長である４６０ｎｍよりも長
く５１０ｎｍより短い波長の光を吸収し、ＳＡ発光とし
て、５９０ｎｍにブロードなピークを持つ蛍光を発す
る。基板のドーパントを変えるとＳＡ発光のピーク波長
を変えることができる。ＺｎＳｅ基板は、５０μｍ厚
（ヘ）、１５０μｍ厚（ト）の２種類の厚みの異なるも
のを準備した。厚みを変えるとＳＡ発光の強度を変化さ
せることができる。
【００６２】Ａｌ、ＩドープＺｎＳｅ基板の上に、Ｚｎ
ＳｅとＺｎＣｄＳｅの多重量子井戸の活性層をもつエピ
タキシャル発光構造を、ＭＢＥ法によって作製した。図
１２に発光構造を示す。Ａｌ，ＩーＺｎＳｅはｎ型であ
る。その上にｎ型ＺｎＳｅバッファ層２９、ｎ型Ｚｎ
０．８５Ｍｇ０．１５Ｓ０．１０Ｓｅ０．９０クラッド
層３０、ＺｎＳｅ／Ｚｎ０．９３Ｃｄ０．０７Ｓｅ多重
量子井戸活性層３１、ｐ型Ｂｅ０．２０Ｍｇ０．２０Ｚ
ｎ０．６０Ｓｅクラッド層３２、ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳ
ｅ超格子コンタクト層３３をエピタキシャル成長させ
た。
ＳｅとＺｎＣｄＳｅの多重量子井戸の活性層をもつエピ
タキシャル発光構造を、ＭＢＥ法によって作製した。図
１２に発光構造を示す。Ａｌ，ＩーＺｎＳｅはｎ型であ
る。その上にｎ型ＺｎＳｅバッファ層２９、ｎ型Ｚｎ
０．８５Ｍｇ０．１５Ｓ０．１０Ｓｅ０．９０クラッド
層３０、ＺｎＳｅ／Ｚｎ０．９３Ｃｄ０．０７Ｓｅ多重
量子井戸活性層３１、ｐ型Ｂｅ０．２０Ｍｇ０．２０Ｚ
ｎ０．６０Ｓｅクラッド層３２、ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳ
ｅ超格子コンタクト層３３をエピタキシャル成長させ
た。
【００６３】（１） Ａｌ，Ｉ−ドープＺｎＳｅ基板１
２ （２） ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２９ （３） ｎ型Ｚｎ０．８５Ｍｇ０．１５Ｓ０．１０Ｓｅ
０．９０クラッド層３０ （４） ＺｎＳｅ／Ｚｎ０．９３Ｃｄ０．０７Ｓｅ多重
量子井戸活性層３１ （５） ｐ型Ｂｅ０．２０Ｍｇ０．２０Ｚｎ０．６０Ｓ
ｅクラッド層３２ （６） ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子コンタクト層３
３
２ （２） ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２９ （３） ｎ型Ｚｎ０．８５Ｍｇ０．１５Ｓ０．１０Ｓｅ
０．９０クラッド層３０ （４） ＺｎＳｅ／Ｚｎ０．９３Ｃｄ０．０７Ｓｅ多重
量子井戸活性層３１ （５） ｐ型Ｂｅ０．２０Ｍｇ０．２０Ｚｎ０．６０Ｓ
ｅクラッド層３２ （６） ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子コンタクト層３
３
【００６４】というような層構造である。実施例１、２
ではＺｎＳｅを活性層としたので４６５ｎｍの光が出た
が、この実施例ではＺｎＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ多重量子井
戸活性層を採用したので４７５ｎｍの光が出る。この活
性層は、ＺｎＳｅ０．９９Ｔｅ ０．０１ダブルヘテロ活
性層にしても構わない。ＺｎＳｅＴｅ系活性層でも同じ
く４７５ｎｍの光を出すことができる。ｎ型クラッド層
はこれまで述べたものと同じである。ｐ型クラッド層が
これまでのものとは異なる。
ではＺｎＳｅを活性層としたので４６５ｎｍの光が出た
が、この実施例ではＺｎＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ多重量子井
戸活性層を採用したので４７５ｎｍの光が出る。この活
性層は、ＺｎＳｅ０．９９Ｔｅ ０．０１ダブルヘテロ活
性層にしても構わない。ＺｎＳｅＴｅ系活性層でも同じ
く４７５ｎｍの光を出すことができる。ｎ型クラッド層
はこれまで述べたものと同じである。ｐ型クラッド層が
これまでのものとは異なる。
【００６５】ｐ型コンタクト層の上にＰｄ／Ａｕからな
る全面電極を形成した。今度はエピタキシャル構造側を
ステムに接合し光は基板側から出るようにする。だから
全面ｐ側電極を形成しても差し支えない。ＺｎＳｅ基板
の裏面には、Ｉｎ又はＴｉ／Ａｕからなる格子状ｎ側電
極を２５０μｍ×２５０μｍの周期で形成した。ｎ側電
極はドット状のものでもよい。格子状というがウエハ−
全体でみるから格子状なのである。格子の桟の中心を切
ってチップにするから、チップにしてみれば周囲４辺に
ｎ側電極があることになる。ドッド状のｎ側電極の場合
はチップ中心にｎ側電極があり、周辺部から光が出るよ
うになっている。電極形成後、エピタキシャルウエハ−
を２５０μｍ×２５０μｍのチップに切りだした。多数
の同等のＬＥＤチップが得られた。
る全面電極を形成した。今度はエピタキシャル構造側を
ステムに接合し光は基板側から出るようにする。だから
全面ｐ側電極を形成しても差し支えない。ＺｎＳｅ基板
の裏面には、Ｉｎ又はＴｉ／Ａｕからなる格子状ｎ側電
極を２５０μｍ×２５０μｍの周期で形成した。ｎ側電
極はドット状のものでもよい。格子状というがウエハ−
全体でみるから格子状なのである。格子の桟の中心を切
ってチップにするから、チップにしてみれば周囲４辺に
ｎ側電極があることになる。ドッド状のｎ側電極の場合
はチップ中心にｎ側電極があり、周辺部から光が出るよ
うになっている。電極形成後、エピタキシャルウエハ−
を２５０μｍ×２５０μｍのチップに切りだした。多数
の同等のＬＥＤチップが得られた。
【００６６】図４のようにチップのエピタキシャル発光
構造１３側を下にステム２０に固着した。ＺｎＳｅ基板
１２側のｎ側電極はワイヤ２２によってステム２１に接
続した。全体を透明樹脂２３によって覆ってＬＥＤ素子
とした。
構造１３側を下にステム２０に固着した。ＺｎＳｅ基板
１２側のｎ側電極はワイヤ２２によってステム２１に接
続した。全体を透明樹脂２３によって覆ってＬＥＤ素子
とした。
【００６７】このＬＥＤを定電流モードで測定した。高
輝度のピンク色および黄色がかったピンク色の発光を得
る事が出来た。典型的な発光強度は２０ｍＡで１．２ｍ
Ｗであった。前２つの実施例より僅かに低い。色調は基
板厚みに依存する。 （ヘ）ＺｎＳｅ基板厚み５０μｍ … ピンク色 （ト）ＺｎＳｅ基板厚み１５０μｍ … 黄色がかった
ピンク色
輝度のピンク色および黄色がかったピンク色の発光を得
る事が出来た。典型的な発光強度は２０ｍＡで１．２ｍ
Ｗであった。前２つの実施例より僅かに低い。色調は基
板厚みに依存する。 （ヘ）ＺｎＳｅ基板厚み５０μｍ … ピンク色 （ト）ＺｎＳｅ基板厚み１５０μｍ … 黄色がかった
ピンク色
【００６８】このＬＥＤの発光スペクトルを図１３に示
す。設計どおり４７５ｎｍにピークをもつエピタキシャ
ル発光構造からの光と、Ａｌ，ＩドープＺｎＳｅ基板か
らの５９０ｎｍにピークをもつＳＡ発光が組合わさった
ものである。基板厚みが５０μｍの薄いＬＥＤ（ヘ）は
ＳＡ発光が弱い。厚みが１５０μｍの厚いＬＥＤ（ト）
はＳＡ発光がより強くなっている。これも設計通りであ
る。
す。設計どおり４７５ｎｍにピークをもつエピタキシャ
ル発光構造からの光と、Ａｌ，ＩドープＺｎＳｅ基板か
らの５９０ｎｍにピークをもつＳＡ発光が組合わさった
ものである。基板厚みが５０μｍの薄いＬＥＤ（ヘ）は
ＳＡ発光が弱い。厚みが１５０μｍの厚いＬＥＤ（ト）
はＳＡ発光がより強くなっている。これも設計通りであ
る。
【００６９】このＬＥＤの発光を色度図に表したものが
図１４である。 （ヘ）厚み５０μｍ 色度（ｘ，ｙ）＝（０．４２，
０．３２）のピンク色 （ト）厚み１５０μｍ色度（ｘ，ｙ）＝（０．５０，
０．３７）の黄色がかったピンク色
図１４である。 （ヘ）厚み５０μｍ 色度（ｘ，ｙ）＝（０．４２，
０．３２）のピンク色 （ト）厚み１５０μｍ色度（ｘ，ｙ）＝（０．５０，
０．３７）の黄色がかったピンク色
【００７０】図１４には、エピタキシャル発光構造のみ
（４７５ｎｍ）からの色度（△）と、基板からのＳＡ発
光（５９０ｎｍ）からの色度（□）とを示す。前記の
ヘ、トの素子の色度は、これら二つの色度を結ぶ線分の
上にある。
（４７５ｎｍ）からの色度（△）と、基板からのＳＡ発
光（５９０ｎｍ）からの色度（□）とを示す。前記の
ヘ、トの素子の色度は、これら二つの色度を結ぶ線分の
上にある。
【００７１】図１５は３つの実施例１、２、３のＬＥＤ
の中間色発光点と、基板蛍光、エピタキシャル発光構造
ＬＥＤ発光とを一括して示す色度図である。破線によっ
て実施例１、２、３の直線を示す。丸によって実施例の
発光点を表す。図から分かるとおり、エピタキシャル発
光構造の発光波長と基板からのＳＡ発光の発光波長を変
化させることにより、所望の中間色を得ることができて
いる。紫、赤紫、ピンクなどの中間色を合成するには、
バンドギャップ発光が４６０ｎｍ〜４９５ｎｍ、ＳＡ発
光が５５０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲で変化させれば良い
ことが分かる。
の中間色発光点と、基板蛍光、エピタキシャル発光構造
ＬＥＤ発光とを一括して示す色度図である。破線によっ
て実施例１、２、３の直線を示す。丸によって実施例の
発光点を表す。図から分かるとおり、エピタキシャル発
光構造の発光波長と基板からのＳＡ発光の発光波長を変
化させることにより、所望の中間色を得ることができて
いる。紫、赤紫、ピンクなどの中間色を合成するには、
バンドギャップ発光が４６０ｎｍ〜４９５ｎｍ、ＳＡ発
光が５５０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲で変化させれば良い
ことが分かる。
【００７２】図１６は実施例１、２、３の基板材料、基
板蛍光波長、エピタキシャル発光構造活性層材料、発光
波長、基板厚み、実施例符号、実施例ごとのＬＥＤの色
度、色を一括して表すための表である。
板蛍光波長、エピタキシャル発光構造活性層材料、発光
波長、基板厚み、実施例符号、実施例ごとのＬＥＤの色
度、色を一括して表すための表である。
【００７３】
【発明の効果】本発明のＬＥＤチップは通常の単色ＬＥ
Ｄチップと外見上何等変わりない。基板とエピタキシャ
ル層だけからなる。基板に蛍光中心となる不純物をドー
ピングしただけである。基板自体が蛍光を発する。余分
な蛍光材を塗布したりする必要がない。材料費、工数の
点で有利である。既に確立されている低コストのＬＥＤ
製作技術をそのまま応用する事ができる。だから低コス
トで中間色、白色ＬＥＤを製造することができる。
Ｄチップと外見上何等変わりない。基板とエピタキシャ
ル層だけからなる。基板に蛍光中心となる不純物をドー
ピングしただけである。基板自体が蛍光を発する。余分
な蛍光材を塗布したりする必要がない。材料費、工数の
点で有利である。既に確立されている低コストのＬＥＤ
製作技術をそのまま応用する事ができる。だから低コス
トで中間色、白色ＬＥＤを製造することができる。
【００７４】およそＬＥＤを作るには基板が必要であ
る。従来基板が蛍光を発するというような場合は、蛍光
は邪魔な光で取り除くべきであると認識されていた。本
発明はそうではなくて基板が蛍光を発するようなドーピ
ングをし、蛍光を積極的に利用している。蛍光とバンド
ギャップ発光と組み合わせて従来ＬＥＤでは出せないよ
うな中間色、白色を出すことに成功している。まさに逆
転の発想より生じた技術といえる。
る。従来基板が蛍光を発するというような場合は、蛍光
は邪魔な光で取り除くべきであると認識されていた。本
発明はそうではなくて基板が蛍光を発するようなドーピ
ングをし、蛍光を積極的に利用している。蛍光とバンド
ギャップ発光と組み合わせて従来ＬＥＤでは出せないよ
うな中間色、白色を出すことに成功している。まさに逆
転の発想より生じた技術といえる。
【００７５】青色と蛍光を組み合わせる事により赤紫
色、ピンク色など従来のＬＥＤでは作れなかった中間色
を発光するＬＥＤを本発明は初めて提供することができ
る。また赤紫がかった白色光をも一つのＬＥＤによって
生成することができる。ＬＥＤの色としては全く新規で
ある。装飾用、照明用、表示用に大きい需要が期待でき
る。
色、ピンク色など従来のＬＥＤでは作れなかった中間色
を発光するＬＥＤを本発明は初めて提供することができ
る。また赤紫がかった白色光をも一つのＬＥＤによって
生成することができる。ＬＥＤの色としては全く新規で
ある。装飾用、照明用、表示用に大きい需要が期待でき
る。
【図１】従来例にかかるＧａＩｎＮ／ＹＡＧ白色ＬＥＤ
の構造を示す断面図。（ａ）はＬＥＤ全体の縦断面図。
（ｂ）はチップと蛍光体の部分の拡大断面図。
の構造を示す断面図。（ａ）はＬＥＤ全体の縦断面図。
（ｂ）はチップと蛍光体の部分の拡大断面図。
【図２】従来例にかかるＧａＩｎＮ／ＹＡＧ白色ＬＥＤ
の発光スペクトル図。
の発光スペクトル図。
【図３】本発明の実施例にかかるエピアップの中間色Ｌ
ＥＤの断面図。（ａ）は中間色ＬＥＤ全体の断面図。
（ｂ）はチップ・ステム部分の拡大断面図。
ＥＤの断面図。（ａ）は中間色ＬＥＤ全体の断面図。
（ｂ）はチップ・ステム部分の拡大断面図。
【図４】本発明の実施例にかかるエピダウンの中間色Ｌ
ＥＤの断面図。（ａ）は中間色ＬＥＤ全体の断面図。
（ｂ）はチップ・ステム部分の拡大断面図。
ＥＤの断面図。（ａ）は中間色ＬＥＤ全体の断面図。
（ｂ）はチップ・ステム部分の拡大断面図。
【図５】本発明が目的とする中間色の範囲を図示するた
めの色度図。
めの色度図。
【図６】本発明の第１の実施例にかかる中間色ＬＥＤの
層構造図。
層構造図。
【図７】本発明の第１の実施例にかかる中間色ＬＥＤの
発光スペクトル図。
発光スペクトル図。
【図８】本発明の第１の実施例にかかる中間色ＬＥＤの
発光色、基板蛍光、発光構造ＬＥＤ光を表現した色度
図。
発光色、基板蛍光、発光構造ＬＥＤ光を表現した色度
図。
【図９】本発明の第２の実施例にかかる中間色ＬＥＤの
層構造図。
層構造図。
【図１０】本発明の第２の実施例にかかる中間色ＬＥＤ
の発光スペクトル図。
の発光スペクトル図。
【図１１】本発明の第２の実施例にかかる中間色ＬＥＤ
の発光色、基板蛍光、発光構造ＬＥＤ光を表現した色度
図。
の発光色、基板蛍光、発光構造ＬＥＤ光を表現した色度
図。
【図１２】本発明の第３の実施例にかかる中間色ＬＥＤ
の層構造図。
の層構造図。
【図１３】本発明の第３の実施例にかかる中間色ＬＥＤ
の発光スペクトル図。
の発光スペクトル図。
【図１４】本発明の第３の実施例にかかる中間色ＬＥＤ
の発光色、基板蛍光、発光構造ＬＥＤ光を表現した色度
図。
の発光色、基板蛍光、発光構造ＬＥＤ光を表現した色度
図。
【図１５】本発明の第１、第２、第３実施例の発光色、
基板蛍光、発光構造ＬＥＤ光を表現した色度図。
基板蛍光、発光構造ＬＥＤ光を表現した色度図。
【図１６】本発明の第１、第２、第３実施例の基板材
料、蛍光波長、エピタキシャル発光構造材料、ＬＥＤ発
光波長、基板厚み、実施例の符号、実施例ごとの色度、
色合いを一括して示す表。
料、蛍光波長、エピタキシャル発光構造材料、ＬＥＤ発
光波長、基板厚み、実施例の符号、実施例ごとの色度、
色合いを一括して示す表。
【図１７】赤、緑、青などの原色と、青緑、黄緑、黄
赤、赤紫、青紫など中間色をｘ，ｙ座標上で表現する一
般的な色度図。
赤、赤紫、青紫など中間色をｘ，ｙ座標上で表現する一
般的な色度図。
１ 透明樹脂 ２ ステム ３ ステム ４ 窪み ５ ＧａＩｎＮ−ＬＥＤ ６ ＹＡＧ蛍光材 ７ ワイヤ ８ ワイヤ ９ ＺｎＳｅ系ＬＥＤ １０ ステム １１ ステム １２ ＺｎＳｅ基板 １３ エピタキシャル発光構造 １４ ワイヤ １５ 透明樹脂 ２０ ステム ２１ ステム ２２ ワイヤ ２３ 透明樹脂 ２４ ｎ型ＺｎＳｅバッファ層 ２５ ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層 ２６ ＺｎＳｅダブルヘテロ活性層 ２７ ｐ型ＢｅＺｎＭｇＳｅクラッド層 ２８ ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子コンタクト層 ２９ ｎ型ＺｎＳｅバッファ層 ３０ ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層 ３１ ＺｎＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ多重量子井戸活性層 ３２ ｐ型ＢｅＭｇＺｎＳｅクラッド層 ３３ ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子コンタクト層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−21847（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−28784（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−163535（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−138188（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00
Claims (4)
- 【請求項１】 発光中心としてヨウ素、臭素、塩素、ガ
リウム、インジウムまたはアルミニウムをドープしたｎ
型導電性ＺｎＳｅ単結晶基板と、ｎ型ＺｎＳｅ単結晶基
板上にｐｎ接合を含むようにエピタキシャル成長によっ
て設けられＺｎＳｅを含む混晶化合物からなる青色を発
するエピタキシャル発光構造を有し、該エピタキシャル
発光構造からの青色光によってＺｎＳｅ基板の発光中心
を励起して黄色または橙色を発光させ、発光構造からの
青色光とＺｎＳｅ基板発光中心からの黄色又は橙色光を
合成することにより、赤紫色、ピンク色、紫がかったピ
ンク色、黄色がかったピンク色、青みがかった紫色、紫
色のいずれかの中間色の光を発することを特徴とする中
間色ＬＥＤ。 - 【請求項２】 該エピタキシャル発光構造が、ＺｎＳｅ
またはＺｎ１−ｘＣｄｘＳｅまたはＺｎＳｅ１−ｙＴｅ
ｙ層を含む多層構造からなり、発光構造から出る光の発
光ピーク波長が４６０ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲にあり、
かつＺｎＳｅ基板からの励起発光が５５０ｎｍ〜６５０
ｎｍにピーク波長をもつ自己励起（ＳＡ）発光である事
を特徴とする請求項１に記載の中間色ＬＥＤ。 - 【請求項３】 該ＺｎＳｅ基板の厚みを１０μｍ〜２ｍ
ｍの範囲で調整する事により、或いはＺｎＳｅ基板中の
ドーピング量及びドーパント種を変化させる事により、
またエピタキシャル発光構造からの発光波長を変化させ
ることにより、発光色を青みがかった紫色から紫色、さ
らに赤紫色まで、もしくは紫がかったピンク色からピン
ク色、さらに黄色がかったピンク色まで、変化させるこ
とができるようにしたたことを特徴とする請求項２に記
載の中間色ＬＥＤ。 - 【請求項４】 エピタキシャル発光構造を持つ面が素子
を支持するステムに固定され、該ＺｎＳｅ基板側がステ
ムと反対側に配置されることを特徴とする請求項３に記
載の中間色ＬＥＤ。
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| US09/336,764 US6337536B1 (en) | 1998-07-09 | 1999-06-21 | White color light emitting diode and neutral color light emitting diode |
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|---|---|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1998
- 1998-11-12 JP JP10321605A patent/JP3087743B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000150960A (ja) | 2000-05-30 |
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