JP3509665B2 - 発光ダイオード - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、可視光が発光可能
な発光素子と、この発光素子からの光を蛍光体によって
波長変換する発光ダイオードに係わり、特に可視光の長
波長側においても高輝度に発光可能なことにより演色性
の高い混色光が発光可能な発光ダイオードを提供するこ
とにある。
な発光素子と、この発光素子からの光を蛍光体によって
波長変換する発光ダイオードに係わり、特に可視光の長
波長側においても高輝度に発光可能なことにより演色性
の高い混色光が発光可能な発光ダイオードを提供するこ
とにある。
【０００２】
【従来技術】窒化化物半導体（ＡｌXＩｎYＧａ
1-X-YＮ、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）を用
いた発光素子が開発され、紫外光から可視光の長波長側
である赤色光が発光可能となり半導体を用いた照明装置
が俄に現実味を帯び始めている。
1-X-YＮ、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）を用
いた発光素子が開発され、紫外光から可視光の長波長側
である赤色光が発光可能となり半導体を用いた照明装置
が俄に現実味を帯び始めている。
【０００３】このような中、本出願人は可視光の青色光
を発光するサファイア基板上に形成された窒化ガリウム
半導体からなる発光素子と、この発光素子からの青色光
を吸収し、補色となる黄色が発光可能なＣｅで付活され
たＹＡＧ蛍光体とを組み合わせることによって、信頼性
高く高輝度に発光可能な実用的白色発光ダイオードを開
発させた。このような発光ダイオードは、二端子一チッ
プの比較的簡単な構成で実用的な信用性を持った高輝度
な白色光を得ることができるために種々の分野に応用さ
れ始めている。この白色発光ダイオードは蛍光体を利用
しているがゆえに、可視光における赤み成分をも発光し
演色性もＲａ＝８５以上とすることができる。
を発光するサファイア基板上に形成された窒化ガリウム
半導体からなる発光素子と、この発光素子からの青色光
を吸収し、補色となる黄色が発光可能なＣｅで付活され
たＹＡＧ蛍光体とを組み合わせることによって、信頼性
高く高輝度に発光可能な実用的白色発光ダイオードを開
発させた。このような発光ダイオードは、二端子一チッ
プの比較的簡単な構成で実用的な信用性を持った高輝度
な白色光を得ることができるために種々の分野に応用さ
れ始めている。この白色発光ダイオードは蛍光体を利用
しているがゆえに、可視光における赤み成分をも発光し
演色性もＲａ＝８５以上とすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、利用分
野の広がりにつれ、より演色性の高い発光ダイオードが
求められる現在においては更なる改良が求められてい
る。特に、それぞれ可視光を発光可能な発光素子及び蛍
光体を利用することによって比較的簡単な構成を生かし
つつ演色性の高い白色系が発光可能な発光ダイオードを
提供することにある。
野の広がりにつれ、より演色性の高い発光ダイオードが
求められる現在においては更なる改良が求められてい
る。特に、それぞれ可視光を発光可能な発光素子及び蛍
光体を利用することによって比較的簡単な構成を生かし
つつ演色性の高い白色系が発光可能な発光ダイオードを
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決する手段】本発明は、基板上に窒化物系化
合物半導体からなる半導体発光層を有する発光素子と、
前記発光素子からの光を波長変換する蛍光体とを有する
発光ダイオードであって、前記半導体発光層は主発光ピ
ークが４２０ｎｍから４９０ｎｍの範囲にある青色光が
発光可能な窒化物系化合物半導体からなり、前記蛍光体
は前記発光素子からの光を吸収して約５６０ｎｍに主発
光ピークがある黄色光を発光するものであり、前記基板
はＣｒが含有されたアルミナ基板であり、少なくとも前
記黄色光を吸収し、波長変換することによって前記黄色
光の主発光ピークよりも長波長側に主発光ピークを持っ
た可視光を発光するものであることを特徴とする発光ダ
イオードである。これによって、比較的簡単な構成で演
色性の高い混色光が発光可能な発光ダイオードとするこ
とができる。また、比較的簡単な構成で信頼性の高い発
光ダイオードとすることもできる。
合物半導体からなる半導体発光層を有する発光素子と、
前記発光素子からの光を波長変換する蛍光体とを有する
発光ダイオードであって、前記半導体発光層は主発光ピ
ークが４２０ｎｍから４９０ｎｍの範囲にある青色光が
発光可能な窒化物系化合物半導体からなり、前記蛍光体
は前記発光素子からの光を吸収して約５６０ｎｍに主発
光ピークがある黄色光を発光するものであり、前記基板
はＣｒが含有されたアルミナ基板であり、少なくとも前
記黄色光を吸収し、波長変換することによって前記黄色
光の主発光ピークよりも長波長側に主発光ピークを持っ
た可視光を発光するものであることを特徴とする発光ダ
イオードである。これによって、比較的簡単な構成で演
色性の高い混色光が発光可能な発光ダイオードとするこ
とができる。また、比較的簡単な構成で信頼性の高い発
光ダイオードとすることもできる。
【０００６】本発明の請求項２に記載の発光ダイオード
は、アルミナ基板に含有されるＣｒが、５５０ｎｍの波
長における吸光度が１０ｃｍ― 1以上である。これによ
って、より赤色成分が高輝度に発光可能となると共に、
発光素子形成時におけるアルミナ基板のスクライブなど
によっても歩留まりの高い発光ダイオードとすることが
できる。
は、アルミナ基板に含有されるＣｒが、５５０ｎｍの波
長における吸光度が１０ｃｍ― 1以上である。これによ
って、より赤色成分が高輝度に発光可能となると共に、
発光素子形成時におけるアルミナ基板のスクライブなど
によっても歩留まりの高い発光ダイオードとすることが
できる。
【０００７】本発明の発光ダイオードにおいて、前記ア
ルミナ基板から発光される可視光は、約６９４ｎｍに主
発光ピークを有する赤色光である。また前記発光層はＩ
ｎＧａＮを井戸層として有する。また前記蛍光体はイッ
トリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体である。
前記イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体
は（Ｙ１−ａＧｄａ）３（Ａｌ１−ｂＧａｂ）
５Ｏ１２：Ｃｅであって、該ａは０≦ａ≦１とし、該ｂ
は０≦ｂ≦１とすることが好ましい。これによって、蛍
光体を効率よく波長変換させると共に、蛍光体からの波
長を利用して効率よくＣｒ含有アルミナ基板からより長
波長の発光スペクトルを放出させることができる。
ルミナ基板から発光される可視光は、約６９４ｎｍに主
発光ピークを有する赤色光である。また前記発光層はＩ
ｎＧａＮを井戸層として有する。また前記蛍光体はイッ
トリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体である。
前記イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体
は（Ｙ１−ａＧｄａ）３（Ａｌ１−ｂＧａｂ）
５Ｏ１２：Ｃｅであって、該ａは０≦ａ≦１とし、該ｂ
は０≦ｂ≦１とすることが好ましい。これによって、蛍
光体を効率よく波長変換させると共に、蛍光体からの波
長を利用して効率よくＣｒ含有アルミナ基板からより長
波長の発光スペクトルを放出させることができる。
【０００８】これによって、蛍光体を樹脂封止等する場
合においても蛍光体及び樹脂が劣化することなく各種イ
ンジケータ、バックライト光源、照明用光源などに利用
可能な発光ダイオードとすることができる。
合においても蛍光体及び樹脂が劣化することなく各種イ
ンジケータ、バックライト光源、照明用光源などに利用
可能な発光ダイオードとすることができる。
【０００９】本発明の発光ダイオードは、前記半導体発
光層からの発光及び前記蛍光体により波長変換された黄
色光及び前記アルミナ基板により波長変換された可視光
の混色光によって白色光が発光可能な発光ダイオードで
ある。
光層からの発光及び前記蛍光体により波長変換された黄
色光及び前記アルミナ基板により波長変換された可視光
の混色光によって白色光が発光可能な発光ダイオードで
ある。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明者らは種々実験の結果、相
互に可視光での変換効率の高い特定の材料を使用して、
実用的信頼性と高輝度化及び高演色性を両立できること
を見出し本発明を成したものである。
互に可視光での変換効率の高い特定の材料を使用して、
実用的信頼性と高輝度化及び高演色性を両立できること
を見出し本発明を成したものである。
【００１１】すなわち、可視光が発光可能な窒化物半導
体からなる発光層を有する発光素子と、この発光素子か
らの光を利用したセリウムで付活されたイットリウム・
アルミニウム・ガーネット系蛍光体（例えば、（Ｙ1-a
Ｇｄa）3（Ａｌ1-bＧａb）5Ｏ 12：Ｃｅ、ただし、０≦
ａ≦１、０≦ｂ≦１）と、更にこの蛍光体からの光を利
用してより長波長に変換可能なＣｒ含有アルミナ基板を
半導体発光層を形成させた発光素子に応用することによ
って、より実用的な白色系が発光可能な発光ダイオード
を形成したものである。
体からなる発光層を有する発光素子と、この発光素子か
らの光を利用したセリウムで付活されたイットリウム・
アルミニウム・ガーネット系蛍光体（例えば、（Ｙ1-a
Ｇｄa）3（Ａｌ1-bＧａb）5Ｏ 12：Ｃｅ、ただし、０≦
ａ≦１、０≦ｂ≦１）と、更にこの蛍光体からの光を利
用してより長波長に変換可能なＣｒ含有アルミナ基板を
半導体発光層を形成させた発光素子に応用することによ
って、より実用的な白色系が発光可能な発光ダイオード
を形成したものである。
【００１２】本発明は図２に示すように、Ｃｒが含有さ
れたアルミナ基板であるルビー基板２０１上に、ＧａＮ
のバッファ層を介して、Ｓｉがアンドープの第一のｎ型
ＧａＮ層、第一のｎ型ＧａＮ層上にＳｉが含有され電極
が形成される第二のｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト
層、Ｓｉ含有ｎ型ＧａＮ上に形成されたＳｉがアンドー
プの第三のｎ型ＧａＮ層、多重量子井戸構造とされるＧ
ａＮ（障壁層）／ＩｎＧａＮ（井戸層）が３層積層され
た発光層２０２、Ｍｇがドープされたｐ型ＡｌＧａＮか
なるクラッド層、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮからな
るｐ型コンタクト層及びｐ型コンタクト層上に形成され
たｐ型電極と、ｎ型コンタクト層上に形成されたｎ型電
極が形成されている。多重量子井戸構造の発光層は通電
により主発光ピークが４７０ｎｍの青色が発光可能なよ
うにＩｎの組成比を選択させてある。なお、ここでは、
多重量子井戸構造の発光層を利用してあるがＩｎＧａＮ
を利用した単一量子井戸構造としても良い。
れたアルミナ基板であるルビー基板２０１上に、ＧａＮ
のバッファ層を介して、Ｓｉがアンドープの第一のｎ型
ＧａＮ層、第一のｎ型ＧａＮ層上にＳｉが含有され電極
が形成される第二のｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト
層、Ｓｉ含有ｎ型ＧａＮ上に形成されたＳｉがアンドー
プの第三のｎ型ＧａＮ層、多重量子井戸構造とされるＧ
ａＮ（障壁層）／ＩｎＧａＮ（井戸層）が３層積層され
た発光層２０２、Ｍｇがドープされたｐ型ＡｌＧａＮか
なるクラッド層、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮからな
るｐ型コンタクト層及びｐ型コンタクト層上に形成され
たｐ型電極と、ｎ型コンタクト層上に形成されたｎ型電
極が形成されている。多重量子井戸構造の発光層は通電
により主発光ピークが４７０ｎｍの青色が発光可能なよ
うにＩｎの組成比を選択させてある。なお、ここでは、
多重量子井戸構造の発光層を利用してあるがＩｎＧａＮ
を利用した単一量子井戸構造としても良い。
【００１３】このような構成の発光素子を銅箔の一対の
リード電極２０５、２０６となるパターンが形成された
硝子エポキシ回路基板２０４上に金バンプを利用して発
光素子の電極と電気的に接続させフリップチップ型に配
置させる。つぎに、エポキシ樹脂中にセリウムで付活さ
れたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体
２０３として（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅを含有
させたモールド部材２０７をスクリーン印刷により塗布
して硬化させる。
リード電極２０５、２０６となるパターンが形成された
硝子エポキシ回路基板２０４上に金バンプを利用して発
光素子の電極と電気的に接続させフリップチップ型に配
置させる。つぎに、エポキシ樹脂中にセリウムで付活さ
れたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体
２０３として（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅを含有
させたモールド部材２０７をスクリーン印刷により塗布
して硬化させる。
【００１４】こうして、Ｃｒが含有されたアルミナ基板
上に主発光ピークが４２０ｎｍから４９０ｎｍの範囲内
にある青色系が発光可能である窒化物系化合物半導体か
らなる半導体発光層を有する発光素子と、イットリウム
・アルミニウム・ガーネット系蛍光体とを有するＳＭＤ
型発光ダイオード２００を形成させることができる。発
光ダイオードのリード電極間に電流を流すと、半導体発
光層からの約４７０ｎｍに主発光ピークがある青色光
と、蛍光体からの約５６０ｎｍに主発光ピークがある黄
色光と、アルミナ基板からは約６９４ｎｍに主発光ピー
クを有する赤色光を発光し、それぞれの混色光によって
演色性の高い白色光を発光させることができる。この白
色発光ダイオードはＩｎ濃度を変化させることによって
発光層から放出させることができる第一の波長をある程
度調節させることができる。同様に、セリウムで付活さ
れたイットリウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体は
Ｙの一部をＧｄで置換させることによって、発光スペク
トル及び吸収スペクトルをより長波長側に調節させるこ
とができる。また、Ａｌの一部をＧａで置換することに
よって、発光スペクトル及び吸収スペクトルをより短波
長側に調節させることができる。更に、Ｃｒで付活され
たアルミナ基板は、Ｃｒの濃度を増減させることによっ
て赤色成分の出力を調節させることができる。また、Ｃ
ｒが含有されたアルミナ基板の膜厚を調節させることに
よっても赤色成分の出力を調節させることができる。特
に、発光層に窒化物半導体を利用した発光素子はアルミ
ナ基板上に形成させることで結晶性よく高効率に実用的
な発光素子を形成させることができるが、アルミナ基板
が硬く窒化ガリウム半導体が劈開性を持たないことから
一度窒化ガリウム系化合物半導体が形成された半導体ウ
エハーから各発光素子を作り出すためにはＣｒ含有のア
ルミナ基板を薄くさせなければならない。しかしなが
ら、Ｃｒ含有のアルミナ基板を薄くさせると赤色成分の
発光出力が低下するため、１５０μｍ以下のＣｒ含有ア
ルミナ基板を利用する場合は、５５０ｎｍの波長におけ
る吸光度が１０ｃｍ― 1以上であることが好ましく、よ
り好ましくは吸光度が２５ｃｍ― 1以上さらに好ましく
は１２５ｃｍ― 1以上である。これによって、窒化物半
導体及びセリウム付活ＹＡＧを利用して実用的な赤色成
分の高い混色光から演色性の高い白色光まで形成させる
ことができる。なお、このような発光ダイオードは外観
形状を種々選択させることによって図３に示す如く８セ
グメントにも利用できることは言うまでもない。以下、
本発明の具体的実施例について、詳述するがこれのみに
限られない。
上に主発光ピークが４２０ｎｍから４９０ｎｍの範囲内
にある青色系が発光可能である窒化物系化合物半導体か
らなる半導体発光層を有する発光素子と、イットリウム
・アルミニウム・ガーネット系蛍光体とを有するＳＭＤ
型発光ダイオード２００を形成させることができる。発
光ダイオードのリード電極間に電流を流すと、半導体発
光層からの約４７０ｎｍに主発光ピークがある青色光
と、蛍光体からの約５６０ｎｍに主発光ピークがある黄
色光と、アルミナ基板からは約６９４ｎｍに主発光ピー
クを有する赤色光を発光し、それぞれの混色光によって
演色性の高い白色光を発光させることができる。この白
色発光ダイオードはＩｎ濃度を変化させることによって
発光層から放出させることができる第一の波長をある程
度調節させることができる。同様に、セリウムで付活さ
れたイットリウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体は
Ｙの一部をＧｄで置換させることによって、発光スペク
トル及び吸収スペクトルをより長波長側に調節させるこ
とができる。また、Ａｌの一部をＧａで置換することに
よって、発光スペクトル及び吸収スペクトルをより短波
長側に調節させることができる。更に、Ｃｒで付活され
たアルミナ基板は、Ｃｒの濃度を増減させることによっ
て赤色成分の出力を調節させることができる。また、Ｃ
ｒが含有されたアルミナ基板の膜厚を調節させることに
よっても赤色成分の出力を調節させることができる。特
に、発光層に窒化物半導体を利用した発光素子はアルミ
ナ基板上に形成させることで結晶性よく高効率に実用的
な発光素子を形成させることができるが、アルミナ基板
が硬く窒化ガリウム半導体が劈開性を持たないことから
一度窒化ガリウム系化合物半導体が形成された半導体ウ
エハーから各発光素子を作り出すためにはＣｒ含有のア
ルミナ基板を薄くさせなければならない。しかしなが
ら、Ｃｒ含有のアルミナ基板を薄くさせると赤色成分の
発光出力が低下するため、１５０μｍ以下のＣｒ含有ア
ルミナ基板を利用する場合は、５５０ｎｍの波長におけ
る吸光度が１０ｃｍ― 1以上であることが好ましく、よ
り好ましくは吸光度が２５ｃｍ― 1以上さらに好ましく
は１２５ｃｍ― 1以上である。これによって、窒化物半
導体及びセリウム付活ＹＡＧを利用して実用的な赤色成
分の高い混色光から演色性の高い白色光まで形成させる
ことができる。なお、このような発光ダイオードは外観
形状を種々選択させることによって図３に示す如く８セ
グメントにも利用できることは言うまでもない。以下、
本発明の具体的実施例について、詳述するがこれのみに
限られない。
【００１５】
【実施例】発光素子として発光ピークが約４７０ｎｍの
ＩｎＧａＮ半導体を井戸層とした発光層を用いた図１の
如き発光ダイオードを形成させる。ＬＥＤチップ１０１
は、洗浄させたＣｒ付活のα−アルミナ（ルビー）基板
上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＡ（トリ
メチルアルミニウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガ
スをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化ガリ
ウム系化合物半導体を成膜させることにより形成させ
た。ドーパントガスとしてＳｉＨ4とＣｐ2Mｇと、を切
り替えることによってｎ型導電性を有する窒化ガリウム
半導体とｐ型導電性を有する窒化ガリウム半導体を形成
しｐｎ接合を形成させた。具体的には、Ｃｒが含有され
たアルミナ基板であるルビー基板上に、ＧａＮのバッフ
ァ層を介して、Ｓｉがアンドープの第一のｎ型ＧａＮ
層、第一のｎ型ＧａＮ層上にＳｉが含有され電極が形成
される第二のｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層、Ｓ
ｉ含有ｎ型ＧａＮ上に形成されたＳｉがアンドープの第
三のｎ型ＧａＮ層、多重量子井戸構造とされるＧａＮ
（障壁層）／ＩｎＧａＮ（井戸層）が３層積層された発
光層、Ｍｇがドープされたｐ型ＡｌＧａＮかなるクラッ
ド層、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型コン
タクト層及びｐ型コンタクト層上に形成されたｐ型電極
と、ｎ型コンタクト層上に形成されたｎ型電極が形成さ
れている。（なお、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上
でアニールさせてある。）エッチングによりｐｎ各半導
体表面を露出させた後、スパッタリングにより各電極を
それぞれ形成させた。こうして出来上がった半導体ウエ
ハーのＣｒ含有アルミナ基板を約１００μｍの厚みにな
るまで研磨した後、スクライブラインを引き、外力によ
り分割させ発光素子としてＬＥＤチップを形成させる。
ＩｎＧａＮ半導体を井戸層とした発光層を用いた図１の
如き発光ダイオードを形成させる。ＬＥＤチップ１０１
は、洗浄させたＣｒ付活のα−アルミナ（ルビー）基板
上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＡ（トリ
メチルアルミニウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガ
スをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化ガリ
ウム系化合物半導体を成膜させることにより形成させ
た。ドーパントガスとしてＳｉＨ4とＣｐ2Mｇと、を切
り替えることによってｎ型導電性を有する窒化ガリウム
半導体とｐ型導電性を有する窒化ガリウム半導体を形成
しｐｎ接合を形成させた。具体的には、Ｃｒが含有され
たアルミナ基板であるルビー基板上に、ＧａＮのバッフ
ァ層を介して、Ｓｉがアンドープの第一のｎ型ＧａＮ
層、第一のｎ型ＧａＮ層上にＳｉが含有され電極が形成
される第二のｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層、Ｓ
ｉ含有ｎ型ＧａＮ上に形成されたＳｉがアンドープの第
三のｎ型ＧａＮ層、多重量子井戸構造とされるＧａＮ
（障壁層）／ＩｎＧａＮ（井戸層）が３層積層された発
光層、Ｍｇがドープされたｐ型ＡｌＧａＮかなるクラッ
ド層、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型コン
タクト層及びｐ型コンタクト層上に形成されたｐ型電極
と、ｎ型コンタクト層上に形成されたｎ型電極が形成さ
れている。（なお、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上
でアニールさせてある。）エッチングによりｐｎ各半導
体表面を露出させた後、スパッタリングにより各電極を
それぞれ形成させた。こうして出来上がった半導体ウエ
ハーのＣｒ含有アルミナ基板を約１００μｍの厚みにな
るまで研磨した後、スクライブラインを引き、外力によ
り分割させ発光素子としてＬＥＤチップを形成させる。
【００１６】なお、Ｃｒが含有されたアルミナ基板はベ
ルヌーイ法を利用してＣｒ濃度を調節させながら形成さ
せる。ここでは、Ｃｒの濃度を５５０ｎｍにおける吸光
度を約２７ｃｍ― 1としてある。また、Ｃｒ含有α−ア
ルミナ基板の膜厚で発光素子から放出される赤色成分の
出力が変化する。なお、α−アルミナ基板にはＣｒに加
えてＴｉ及び／又はＥｕを含有させることもできる。
ルヌーイ法を利用してＣｒ濃度を調節させながら形成さ
せる。ここでは、Ｃｒの濃度を５５０ｎｍにおける吸光
度を約２７ｃｍ― 1としてある。また、Ｃｒ含有α−ア
ルミナ基板の膜厚で発光素子から放出される赤色成分の
出力が変化する。なお、α−アルミナ基板にはＣｒに加
えてＴｉ及び／又はＥｕを含有させることもできる。
【００１７】次に、銀メッキした銅製リードフレームの
先端にカップを有するマウント・リード１０５にＬＥＤ
チップをエポキシ樹脂でダイボンディングした。ＬＥＤ
チップの各電極とマウント・リード１０５及びインナー
・リード１０６と、をそれぞれ金線からなるワイヤーで
１０３でボンディングし電気的導通を取った。
先端にカップを有するマウント・リード１０５にＬＥＤ
チップをエポキシ樹脂でダイボンディングした。ＬＥＤ
チップの各電極とマウント・リード１０５及びインナー
・リード１０６と、をそれぞれ金線からなるワイヤーで
１０３でボンディングし電気的導通を取った。
【００１８】一方、フォトルミネセンス蛍光体は、Ｙ、
Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶
解液を蓚酸で共沈させた。これを焼成して得られる共沈
酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムと混合して
混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモ
ニウムを混合して坩堝に詰め、空気中１４００°Ｃの温
度で３時間焼成して焼成品を得た。焼成品を水中でボー
ルミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して形成
させた。
Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶
解液を蓚酸で共沈させた。これを焼成して得られる共沈
酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムと混合して
混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモ
ニウムを混合して坩堝に詰め、空気中１４００°Ｃの温
度で３時間焼成して焼成品を得た。焼成品を水中でボー
ルミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して形成
させた。
【００１９】形成された（Ｙ0.8Gｄ0.2)3Aｌ5O12:Ｃｅ
蛍光体８０重量部、エポキシ樹脂１００重量部をよく混
合してスリラーとさせた。このスリラーをＬＥＤチップ
が配置されたマウント・リード上のカップ内に配置させ
た。その後、フォトルミネセンス蛍光体が含有された樹
脂を１３０℃１時間で硬化させ蛍光体含有されたコーテ
ィング部１０２を形成させた。更に、ＬＥＤチップやフ
ォトルミネセンス蛍光体を外部応力、水分及び塵芥など
から保護する目的でモールド部材１０４として透光性エ
ポキシ樹脂を形成させた。モールド部材は、砲弾型の型
枠の中にフォトルミネセンス蛍光体のコーティング部が
形成されたリードフレームを挿入し透光性エポシキ樹脂
を混入後、１５０℃５時間にて硬化させた。こうして形
成された発光ダイオードは、通常のサファイア基板を利
用した白色発光ダイオードに対して演色性が大きく改善
された。同様に耐侯試験として温度２５℃６０ｍＡ通
電、温度２５℃２０ｍＡ通電、温度６０℃９０％ＲＨ下
で２０ｍＡ通電の各試験においても蛍光体及び基板に起
因する変化は観測されず通常のサファイア基板を利用し
た白色発光ダイオードと寿命特性に差がない。この発光
ダイオードの発光スペクトルを図４に示す。図４中、半
導体発光層からは青色となる第一の可視光と、蛍光体か
らの黄色となる第二の可視光と、及びアルミナ基板から
は蛍光体からの主発光ピークよりも長波長側に主発光ピ
ークを持った赤色光が発光していることが分かる。
蛍光体８０重量部、エポキシ樹脂１００重量部をよく混
合してスリラーとさせた。このスリラーをＬＥＤチップ
が配置されたマウント・リード上のカップ内に配置させ
た。その後、フォトルミネセンス蛍光体が含有された樹
脂を１３０℃１時間で硬化させ蛍光体含有されたコーテ
ィング部１０２を形成させた。更に、ＬＥＤチップやフ
ォトルミネセンス蛍光体を外部応力、水分及び塵芥など
から保護する目的でモールド部材１０４として透光性エ
ポキシ樹脂を形成させた。モールド部材は、砲弾型の型
枠の中にフォトルミネセンス蛍光体のコーティング部が
形成されたリードフレームを挿入し透光性エポシキ樹脂
を混入後、１５０℃５時間にて硬化させた。こうして形
成された発光ダイオードは、通常のサファイア基板を利
用した白色発光ダイオードに対して演色性が大きく改善
された。同様に耐侯試験として温度２５℃６０ｍＡ通
電、温度２５℃２０ｍＡ通電、温度６０℃９０％ＲＨ下
で２０ｍＡ通電の各試験においても蛍光体及び基板に起
因する変化は観測されず通常のサファイア基板を利用し
た白色発光ダイオードと寿命特性に差がない。この発光
ダイオードの発光スペクトルを図４に示す。図４中、半
導体発光層からは青色となる第一の可視光と、蛍光体か
らの黄色となる第二の可視光と、及びアルミナ基板から
は蛍光体からの主発光ピークよりも長波長側に主発光ピ
ークを持った赤色光が発光していることが分かる。
【００２０】同様に、８セグメント型の発光ダイオード
３００としてそれぞれのセグメント型開口部にＣｒ含有
のアルミナ基板上に形成させた窒化物半導体からなる上
述と同様の発光素子３０１を配置させ、開口部内にセリ
ウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネ
ット系蛍光体含有のシリコーン樹脂３０２を流し込み硬
化させる。通電によって、各セグメントが白色に発光可
能な８セグメントを構成させることができる。なお、こ
れを応用して種々のセグメントを組み合わせた発光ダイ
オードとして利用することもできる。
３００としてそれぞれのセグメント型開口部にＣｒ含有
のアルミナ基板上に形成させた窒化物半導体からなる上
述と同様の発光素子３０１を配置させ、開口部内にセリ
ウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネ
ット系蛍光体含有のシリコーン樹脂３０２を流し込み硬
化させる。通電によって、各セグメントが白色に発光可
能な８セグメントを構成させることができる。なお、こ
れを応用して種々のセグメントを組み合わせた発光ダイ
オードとして利用することもできる。
【００２１】
【発明の効果】本発明の構成の発光ダイオードとするこ
とによって可視光を利用した実用的な高輝度かつ高演色
性の白色系が発光可能な発光ダイオードとすることがで
きる。特に、ＹＡＧ：Ｃｅから放出された比較的長波長
側の可視光を効率よく吸収して赤色成分を含む光を放出
するＣｒ含有のα−アルミナ基板を窒化ガリウム系化合
物半導体用に利用することによって高混色性よく信頼性
の高い発光ダイオードとすることができる。即ち、紫外
領域に近い光を利用することなく効率よく演色性の高い
発光を得ることができる。また、ＹＡＧ：Ｃｅが含有さ
れた樹脂でＣｒ含有のα−アルミナ基板上の窒化ガリウ
ム系化合物半導体からなる発光素子を被覆することによ
って混色性の優れた発光ダイオードとすることができ
る。即ち、蛍光体からの反射散乱とＣｒ含有のα−アル
ミナ基板との光の相互作用を効率的に利用することがで
きる。
とによって可視光を利用した実用的な高輝度かつ高演色
性の白色系が発光可能な発光ダイオードとすることがで
きる。特に、ＹＡＧ：Ｃｅから放出された比較的長波長
側の可視光を効率よく吸収して赤色成分を含む光を放出
するＣｒ含有のα−アルミナ基板を窒化ガリウム系化合
物半導体用に利用することによって高混色性よく信頼性
の高い発光ダイオードとすることができる。即ち、紫外
領域に近い光を利用することなく効率よく演色性の高い
発光を得ることができる。また、ＹＡＧ：Ｃｅが含有さ
れた樹脂でＣｒ含有のα−アルミナ基板上の窒化ガリウ
ム系化合物半導体からなる発光素子を被覆することによ
って混色性の優れた発光ダイオードとすることができ
る。即ち、蛍光体からの反射散乱とＣｒ含有のα−アル
ミナ基板との光の相互作用を効率的に利用することがで
きる。
【図１】 図１は本発明の白色系が発光可能な砲弾型発
光ダイオードの模式的断面図を示す。
光ダイオードの模式的断面図を示す。
【図２】 図２は本発明の白色系が発光可能なＳＭＤ型
発光ダイオードの模式的断面図を示す。
発光ダイオードの模式的断面図を示す。
【図３】 図３は本発明の白色系が発光可能な発光ダイ
オードを８セグメント型ＬＥＤに利用した模式的斜視図
を示す。
オードを８セグメント型ＬＥＤに利用した模式的斜視図
を示す。
【図４】 図４は本発明の白色発光ダイオードの発光ス
ペクトルを示す。
ペクトルを示す。
１０１…ＬＥＤチップ
１０２…フォトルミネセンス蛍光体が含有されたコーテ
ィング部 １０３…ワイヤー １０４…モールド部材 １０５…マウント・リード １０６…インナー・リード ２００…ＳＭＤ型発光ダイオード ２０１…Ｃｒが含有されたα−アルミナであるルビー基
板 ２０２…窒化物半導体からなる発光層 ２０３…セリウムで付活されたイットリウム・アルミニ
ウム・ガーネット系蛍光体 ２０４…硝子エポキシ回路基板 ２０５、２０６…リード電極 ２０７…モールド部材 ３００…８セグメント型の発光ダイオード ３０１…Ｃｒ含有のアルミナ基板上に形成させた窒化物
半導体からなる発光素子 ３０２…セリウムで付活されたイットリウム・アルミニ
ウム・ガーネット系蛍光体含有の樹脂
ィング部 １０３…ワイヤー １０４…モールド部材 １０５…マウント・リード １０６…インナー・リード ２００…ＳＭＤ型発光ダイオード ２０１…Ｃｒが含有されたα−アルミナであるルビー基
板 ２０２…窒化物半導体からなる発光層 ２０３…セリウムで付活されたイットリウム・アルミニ
ウム・ガーネット系蛍光体 ２０４…硝子エポキシ回路基板 ２０５、２０６…リード電極 ２０７…モールド部材 ３００…８セグメント型の発光ダイオード ３０１…Ｃｒ含有のアルミナ基板上に形成させた窒化物
半導体からなる発光素子 ３０２…セリウムで付活されたイットリウム・アルミニ
ウム・ガーネット系蛍光体含有の樹脂
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−153996（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−307813（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−68167（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−232627（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−163535（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−40848（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−346021（ＪＰ，Ａ)
特開2000−49374（ＪＰ，Ａ)
特開2001−156330（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 33/00
Claims (7)
- 【請求項１】 基板上に窒化物系化合物半導体からなる
半導体発光層を有する発光素子と、前記発光素子からの
光を波長変換する蛍光体とを有する発光ダイオードであ
って、 前記半導体発光層は主発光ピークが４２０ｎｍから４９
０ｎｍの範囲にある青色光が発光可能な窒化物系化合物
半導体からなり、 前記蛍光体は前記発光素子からの光を吸収して約５６０
ｎｍに主発光ピークがある黄色光を発光するものであ
り、 前記基板はＣｒが含有されたアルミナ基板であり、少な
くとも前記黄色光を吸収し、波長変換することによって
前記黄色光の主発光ピークよりも長波長側に主発光ピー
クを持った可視光を発光するものであることを特徴とす
る発光ダイオード。 - 【請求項２】 前記アルミナ基板に含有されるＣｒは、
５５０ｎｍの波長における吸光度が１０ｃｍ― 1以上で
ある請求項１に記載の発光ダイオード。 - 【請求項３】 前記アルミナ基板から発光される可視光
は、約６９４ｎｍに主発光ピークを有する赤色光である
請求項１または２に記載の発光ダイオード。 - 【請求項４】 前記発光層はＩｎＧａＮを井戸層として
有する請求項１記載の発光ダイオード。 - 【請求項５】 前記蛍光体はイットリウム・アルミニウ
ム・ガーネット系蛍光体である請求項１に記載の発光ダ
イオード。 - 【請求項６】 前記イットリウム・アルミニウム・ガー
ネット系蛍光体は（Ｙ１−ａＧｄａ）３（Ａｌ１−ｂＧ
ａｂ）５Ｏ１２：Ｃｅであって、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦
１とする請求項５に記載の発光ダイオード。 - 【請求項７】 前記半導体発光層からの発光及び前記蛍
光体により波長変換された黄色光及び前記アルミナ基板
により波長変換された可視光の混色光によって白色光が
発光可能な請求項１記載の発光ダイオード。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34003899A JP3509665B2 (ja) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | 発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34003899A JP3509665B2 (ja) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | 発光ダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001156336A JP2001156336A (ja) | 2001-06-08 |
| JP3509665B2 true JP3509665B2 (ja) | 2004-03-22 |
Family
ID=18333151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34003899A Expired - Fee Related JP3509665B2 (ja) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | 発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3509665B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP4542329B2 (ja) * | 2002-11-25 | 2010-09-15 | パナソニック株式会社 | Ｌｅｄ照明光源 |
| JP2006173433A (ja) * | 2004-12-17 | 2006-06-29 | Ube Ind Ltd | 光変換用セラミック複合体およびそれを用いた発光装置 |
| JP4513541B2 (ja) * | 2004-12-17 | 2010-07-28 | 宇部興産株式会社 | 光変換用セラミック複合体を用いた発光装置 |
| JP2006278889A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Sharp Corp | 半導体ランプおよび電子機器 |
| JPWO2022163604A1 (ja) * | 2021-01-27 | 2022-08-04 |
-
1999
- 1999-11-30 JP JP34003899A patent/JP3509665B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2001156336A (ja) | 2001-06-08 |
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