JP3708730B2 - Light emitting device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、GaN系半導体発光素子および蛍光体の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
発光ダイオード(LED)を用いた白色光源には、LEDの発光色だけで白色をつくり出す構成と、LEDに蛍光体を組み合わせた構成とがある。
前者の構成は、赤色光(AlGaAs系、AlInGaP系、GaN系などのLED)、緑色光(GaN系LED)、青色光(GaN系LED)を混合し、白色光とするものである。
一方、後者の構成には、GaN系の青色LEDを励起光源として、青色と補色関係にある黄色系の蛍光を発する蛍光体とで白色光をつくり出す発光装置が実現されている。この発光装置では、蛍光体を通過して漏れ出る励起光源からの青色光と、蛍光体からの黄色系の蛍光とによって、白色光としている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、従来の青色LEDと蛍光体とを用いた発光装置の性能を検討し、該装置から高輝度の発光が得られていないという点を問題とした。さらにその原因を検討したところ、励起光源として用いているGaN系の青色LEDの光取り出し効率が低く、実使用上において有効な量の蛍光体を配置しても、それが十分に励起されていないことがわかった。これは、420nm以下の短波長LEDを使って、多色の発光が可能な蛍光体を励起し、現在実用化されている放電管式の蛍光灯に代わる照明灯を実現するときにも問題となり、特に、前記LEDが面発光型の場合には、光取り出し効率の低さが致命的欠陥になることが分かった。
【0004】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、青色光、紫外線などの波長450nm以下の短い波長の光により蛍光体が十分に励起されて高輝度の発光が得られる発光装置を提供することを課題としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の特徴を有している。
(1)波長450nm以下の光を発する下記(A)のGaN系発光ダイオードを励起光源として有し、該励起光源からの前記光によって励起されて可視域の蛍光を発するよう、蛍光体が下記(A)のGaN系発光ダイオードの凹部内に配置された構成を少なくとも有する発光装置であって、発光層から積層体の上方へ向かう光が略全てp型電極によって遮られており、これによって発光層で発せられた光は蛍光体に入射し、蛍光だけが外部へ放出される構成となっている発光装置。
(A)結晶基板上に、GaN系結晶からなる積層体が発光層を含むように形成され、これに電極が設けられた構造を有するGaN系発光ダイオードであって、該積層体の上面全体はp型電極によって覆われており、かつ、該積層体にはその上面から凹部が設けられ、該凹部の内部側面には少なくとも発光層の発光部分が露出しているものであるGaN系発光ダイオード。
(2)蛍光体より発せられる可視域の蛍光が、可視域のスペクトルに2つ以上のピークを有するものである上記(1)に記載の発光装置。
(3)上記(A)のGaN系発光ダイオードが、ウエハを共通の結晶基板として該ウエハ上に複数の発光素子部が形成されてなるGaN系発光ダイオードアレイである上記(1)に記載の発光装置。
【0015】
本発明でいう「GaN系」とは、式InX GaY AlZ N(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)で決定される化合物半導体であることを意味する。
【0016】
【作用】
本発明では、課題を解決するための1つの態様として、波長450nm以下のレーザ光を発するGaN系半導体レーザを、蛍光体の励起光源として用いている。これによって、波長450nm以下の短い波長の励起光としては、従来にない強い光が得られることになり、これに伴い高輝度な蛍光が得られる。特に、従来の面発光型の青色LEDにおける光取り出し効率の低さは、面発光レーザを用いることによって、顕著に改善され、好ましい面発光型の発光装置となる。
【0017】
また、本発明では、課題を解決するための他の態様として、蛍光体の励起光源としてGaN系LEDを用いる場合には、上記(A)および図4に示したように、本発明独自の構造を付与したGaN系LEDを用いる。さらに該LEDに、本発明独自の組み合わせ方にて蛍光体を取付けて発光装置を構成し、それによって蛍光の独自の取出し方を得、青色LEDにおける光の取出し効率の低さを改善し、青色LEDと蛍光体との組み合わせ方に新たな態様を提供している。
【0018】
上記、GaN系LEDに付与した本発明独自の構造とは凹部であり、そして発光の主な部分を該凹部の内部へ放出させようとした構造である。一般のLEDでこのような凹部を設けた構造としても、凹部内に放出された光は減衰するだけである。また、本発明独自の組み合わせ方、蛍光の独自の取出し方とは、凹部の内部に蛍光体を配置したこと、およびそれによって凹部内から上方へ蛍光を取り出したことである。
【0019】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明の発光装置の一態様である、GaN系半導体レーザ(以下、単に「レーザ」とも言う)を励起光源として用いた装置について説明する。
本発明の発光装置は、図1に示すように、レーザ1を励起光源として、このレーザ1と蛍光体2とが組み合わされた構成を有するものである。レーザ1は、波長450nm以下のレーザ光L1を発するものであり、蛍光体2はレーザ光L1によって励起されて可視域の蛍光L2を発するものである。
【0020】
図1(a)、(b)に示すように、レーザ1と蛍光体2との組み合わせは、互いを密着させたものでも、分離したものでもよい。蛍光体2は、レーザ1からのレーザ光L1を受光し得るように、レーザ1に対して配置される。図1(a)に示すように、蛍光体を塗布又はコーティングした面にレーザ光を照射する配置でも良いし、レーザ光と光学的結合性(カップリング)の良好な球状体又は光ファイバ状に加工した蛍光体を配置してもよい。図1(b)に示すように、レーザ1に蛍光体2を直接取り付けた態様は、コンパクトであり、作製も装置の取扱いも容易である。
【0021】
GaN系半導体レーザは、波長450nm以下のレーザ光を発するものであればよく、図2に示すような面発光型の素子、図3に示すようなストライプ型の素子、これらのいずれかのタイプの素子がウエハ上に配列されたレーザアレイなどが挙げられる。
【0022】
レーザ光は、その一部を蛍光体を通過させて蛍光と共に利用してもよいが、本発明の発光装置を照明などに用いる場合、レーザ光を外界へ放出させるのは人体に対して好ましくない。その場合には、蛍光体で全て吸収させるか、或いはフィルターなどで外界へ放出させないようにするのが好ましい態様となる。
【0023】
レーザ光の波長は、波長450nm以下であればよく、蛍光体の励起に必要な波長を用いる。従って、レーザ光の波長は、下記蛍光体との組み合わせを考慮して決定すればよい。
特に、上記解決すべき問題として挙げたように、従来の青色LEDと蛍光体とを組み合わせた装置で得られる白色光は、充分な光強度が得られていない。従って、白色光またはそれに近い色の光を、半導体発光素子で得るときには、本発明の有用性は特に顕著となる。白色光またはそれに近い色の光を得るためには、発せられる蛍光が、例えば、2色を混合された光、3色を混合された光など、可視域のスペクトルに2つ以上のピークを有する光となるように、蛍光体を選択すればよい。
【0024】
本発明でいう蛍光とは、光励起によって放出されるルミネセンスを意味する。
また、本発明でいう蛍光体とは、蛍光物質と媒体との混合物をも包含する。蛍光体は、励起光源からの光で励起されて可視域の蛍光を発するものであればよく、透明な媒体(特にガラスや結晶などの固体)中に発光中心となる物質が局在したものや、純粋な状態で固有の発光を示す物質など、公知のものを用いてよい。具体的には、放電管式の蛍光灯で使用されている蛍光体、カラーテレビのブラウン管で使用される蛍光体が例示される。450nm以下の短い光で励起され、可視光を放出する半導体材料は、本発明でいう蛍光体に含まれる。
【0025】
蛍光を、白色光に近づけるべく、可視域のスペクトルに2つ以上のピークを有する光とするためには、次の態様が挙げられる。
▲1▼1つのピーク光を発する物質を、必要なピークの分だけ集めて1つの蛍光体とし、複数のピーク光を混合する態様。
▲2▼多数のエネルギー準位を有し、求める2つ以上のピーク光が、1つの物質から発せられるようなものを蛍光体として用いる態様。
▲3▼上記▲1▼▲2▼を複合した態様。
上記▲1▼〜▲3▼のうちでも、▲1▼及び▲3▼は発色を自在に調整でき有用である。
【0026】
上記▲1▼の態様において、各物質から発せられる固有のピーク光を混合するには、各物質を、原料レベルで化合、混合するか、各物質を励起光が照射される面にマトリクス状に配列するか、各物質を励起光が順に通過するよう積層する態様などが挙げられる。
【0027】
蛍光体(または蛍光物質)としては、例えば、(社)電気学会発行、電気学会大学講座「照明工学」(改訂第20版)の78頁に記載の蛍光体や、特開平10−163535号公報に記載の蛍光体などから選ばれる1種以上の蛍光体を用いることができる。蛍光体の好ましい態様としては、焼結体となされたもの、石英のような透明な板状物に塗布されたもの、ガラス状の物体に溶かし、球体、円柱状、ファイバ状に固化、加工、成形されたもの等の態様が挙げられる。
【0028】
蛍光体を、図1(a)に示すように、レーザ1と蛍光体2とを分離して組み合わせる場合、蛍光体は単独の部材、部品となる。例えば、蛍光体2を、蛍光物質が塗布又はコーティングされた透明部材、蛍光物質が分散したガラス部材などとし、レーザ素子と組み合わせて用いればよい。この場合、レーザには、面発光レーザが好ましい態様として挙げられる。
【0029】
蛍光体を、図1(b)、図2、図3、図4に示すように、レーザの出射部分に直接設ける場合、出射面へ蛍光体を形成する方法としては、例えば、ゾル−ゲル法などの液状のガラス前駆体物質に混合して製膜に使用する方法や、蛍光物質をバインダーや溶剤などと混合して塗布する方法や、材料によっては、スパッタリング、真空蒸着などの成膜法が挙げられる。
【0030】
図2の例は、図1(b)に示す発光装置の具体的な態様の一例であって、GaN系半導体レーザに面発光レーザを用いたものである。同図の例では、面発光レーザ1の出射面に、蛍光体2が膜状に形成されている。同図の面発光レーザ1は、結晶基板(例えば、サファイア結晶基板)B上に、バッファ層(図示せず)を介して、n−AlGaN層(コンタクト層)S1、下側の反射器H1、発光層を含むGaN系結晶層(n−AlGaNクラッド層S2、InGaN活性層S3、p−AlGaNクラッド層S4、p−AlGaNコンタクト層S5)が順に積層され、n型電極P2、p型電極P1が設けられた構造となっている。
【0031】
p型電極P1の中央部分には円形の開口が設けられ、p−AlGaNコンタクト層S5が開口内に露出しており、この部分に上側の反射器H2が設けられ、H1とH2とで光共振器が構成されている。蛍光体2は、上側の反射器H2の上面に設けられている。積層体の上側をp型とするのは、導電型の形成工程上の理由から好ましい態様であるが、これに限定されず、n型が上側でもよい。
【0032】
図2に示した構成によって、活性層で発せられた光は基板面に垂直方向に発振し、レーザ光が蛍光体2内に出射され、蛍光L2が外界に出射され、強い蛍光が得られる。
【0033】
発光部分の材料、例えば、図2では活性層の材料は、GaN系材料であって波長450nm以下の光を放出し得る材料であればよく、蛍光体の励起に必要な波長に応じて組成を決定すればよい。
【0034】
図2の例では、活性層S3のうちレーザ発振の光路上となる部分に集中的に電流が流れるように、電流狭窄構造が付与されている。電流狭窄構造は、p型電極の形成パターンに対応する形成パターンにて、例えば、低キャリア濃度のGaN系結晶層やSiO2 層などの高抵抗層S6、または、n−GaN層等の逆導電型の層S6を設けることで達成されている。
【0035】
図2の例における蛍光体は、特に、限定はされないが、目的とする色温度、色調に相応しいものを、公知のまたは市販の材料の中から選択して使用される。形成方法としては、例えば、溶剤や樹脂などと混合し、塗布および乾燥することで薄膜を形成する方法、ゾル−ゲル法により蛍光体含有のガラス薄膜を形成する方法等が挙げられる。
【0036】
光共振器の構成は限定されないが、下側の反射器は、上層の結晶成長に耐え、GaN系結晶層によって構成し得るブラッグ反射層とするのが好ましい。また、上側の反射器は、ブラッグ反射層、誘電体多層膜などでよい。
【0037】
面発光レーザ1自体のその他の構造、各部の形状、材料、各部の形成方法については、公知技術を参照してもよい。また、レーザ光を基板側から出射させる場合には、結晶基板の裏面のうち出射される光の光路に当たる部分に開口を設ける等、必要に応じて加工を施してもよい。
【0038】
また、上記説明の面発光レーザは、例えば、外径2インチのサファイア結晶基板ウエハ上に素子として2次元マトリクス状に多数形成し、GaN系面発光レーザアレイとしてもよい。そのとき、図2の態様のように蛍光体を個々の素子に個別に設けてもよいし、また、大面積の板状の蛍光体をアレイの出射側に取り付けて個々のレーザ光全てを1つの蛍光体で受ける態様としてもよい。
【0039】
図2の構成によって、面発光レーザ素子1から強い青色光であるレーザ光が蛍光体2に照射され、従来にない高輝度な白色の蛍光を発する面発光型の発光装置が得られる。
【0040】
図3の例は、図1(b)に示す発光装置の他の態様の一例である。同図のGaN系半導体レーザ1は、公知のストライプ構造と同様、活性層の両端に劈開による共振器を形成し、活性層に平行に共振させて出射する構造である。同図の例では、共振方向は紙面に垂直であり、レーザ光は紙面の裏から表の向きに出射されるとする。従って、劈開面や蛍光体は図面には現れていないが、説明のために、出射されるレーザ光のビームの中心を活性層S3の中央部に「×」印で示し、出射面に形成する蛍光体2を太線の一点鎖線で図に重ねて表現している。この構成によって、レーザ光は紙面に垂直に発振し、蛍光体2内に出射され、蛍光が外界に出力される。
【0041】
図3のレーザ1は、光共振器、p型電極、マスク層Mの存在以外の他の構造は図2と略同様であり、結晶基板B、バッファ層、n−GaN系コンタクト層S1、n−GaN系クラッド層S2、GaN系活性層S3、p−GaN系クラッド層S4、電流狭窄構造S6、p−GaN系コンタクト層S5が順に積層され、これに、n型電極P2、p型電極P1が形成された構造となっている。
【0042】
蛍光体は出射側の劈開面に形成し、出射されるレーザ光のビームを包含する大きさ以上であればよく、素子の側面全体にわたって形成してもよい。蛍光体の材料の構成、形成方法は図1、図2の説明で挙げたものが利用できる。
【0043】
電流狭窄構造S6は、活性層の中央の紙面に垂直なストライプ状部分に電流を集中させる構造であり、活性層その部分で集中的に発光し、紙面に垂直にレーザ発振し、レーザ光が出射される。
【0044】
図3のレーザ1の構造中に設けられたマスク層Mは、コンタクト層S1以降のGaN系結晶層を、低転位な結晶層として成長させるために設けられたものである。このマスク層を用いた結晶成長方法を概略的に説明すると、GaN系結晶が実質的に成長しないSiO2 などの材料を用いて、基板上にマスクパターンを形成し、マスク層が形成されていない領域(非マスク領域)を出発面としてGaN系結晶を成長させ、該結晶がマスク層を埋め込んで覆うまで成長を継続するという方法である。図3の例では、マスク層を埋め込んで覆うGaN系結晶層は、n−コンタクト層S1として用いられている。このマスク層Mによる低転位化の構造と、高抵抗層S6による電流狭窄構造とによって、活性層内には低転位なストライプ状の発光部分を生じさせることができる。
【0045】
また、図3で説明したレーザは、大面積の1枚の結晶基板上に隣合った素子同士が連なるように多数設けてレーザアレイとしてもよい。そのとき、蛍光体は、個々の素子に個別に設けてもよいし、また、隣同士連なった素子からのレーザ光全てを1枚で受ける板状部材として該アレイの出射側に取り付けてもよい。
【0046】
次に、本発明の他の態様として、GaN系LEDを励起光源として用いた装置について説明する。
図4の例では、GaN系LEDは、結晶基板B上に、バッファ層を介して、発光層を含むGaN系結晶層(n−AlGaNコンタクト層S1、n−クラッド層S2、活性層S3、p−クラッド層S4、p−コンタクト層S5)の積層体が形成され、これに、n型電極P2、p型電極P1が形成され、p型電極P1の上面から積層体の内部まで達する凹部(u1、u2、u3)が設けられた構造となっている。凹部の内部側面には、活性層S3の断面が露出しており、活性層からの光L1が凹部内に放出される構造となっている。
【0047】
図4の発光装置では、凹部内に蛍光体21、22、23が充填されており、さらに、積層体の外側の壁面にも蛍光体24、25が設けられている。また、図4の例では、p型電極が積層体の上面全体を覆っており、活性層から積層体の上方へ向かう光はp型電極によって遮られる構造となっている。この構成によって、活性層から凹部内に放出された光は、各蛍光体を励起し、蛍光体から発せられる蛍光L2が、凹部内から外界に向かって発せられる。
【0048】
蛍光体の態様、蛍光のピークの数、蛍光の波長、LEDの発光波長、およびこれらの関係は、励起光源をレーザとする場合についての上記説明と同様である。また素子に蛍光体を設ける方法としては、励起光源をレーザとする場合で挙げた方法が挙げられる。
【0049】
凹部の態様は、限定されず、角穴や丸穴など種々の開口形状の穴を凹部としてこれが2次元配列された態様であっても、積層体部分を分断する溝を凹部としてこれが格子状や縞状に設けられた態様などが挙げられる。
【0050】
凹部の深さは、少なくとも発光する部分(例えば、pn接合における空乏層部分や、井戸型のポテンシャル構造における井戸の部分)が凹部の内壁に露出するような深さであればよい。図4の例では、凹部の深さは、n−AlGaNクラッド層S2に達しており、活性層S3は完全に凹部の内壁に露出している。
【0051】
凹部の開口形状の大きさ、例えば、丸穴の場合の直径、角穴の場合の一辺、溝の場合の溝幅など、図4で示す寸法w1は、限定されないが、2μm〜200μm程度が好ましい寸法である。
一方、2つの凹部に挟まれた積層体の幅(図4で示す寸法w2)は、限定されないが、発光の強度を考慮して2μm〜400μm程度とするのが好ましい。
上記凹部の寸法w1と、積層体の幅w2との比率は、最も効率よく強い蛍光が外部(上方)へ放出されるように決定すればよい。
【0052】
図4の例は、p型電極で積層上部を完全に覆い、発光層で発せられた光をほとんど蛍光体だけに入射させ、蛍光だけを外部への光源として用いることを意図する態様である。しかしそのような態様だけではなく、p型電極の占有面積やp型電極の透明度を調整して、発光層で発せられた光を直接外界へ放出させて、蛍光と共に用いてもよい。
【0053】
図4の例は、1つの素子に凹部を設けた例として示しているが、このような素子を大面積の1枚の結晶基板上に2次元マトリクス状に多数形成し、GaN系LEDアレイとしてもよい。また、アレイとする場合、個々の素子という区別を設けず、大面積の1枚の結晶基板上に、結晶基板と同じ大きさで各GaN系結晶層を積層し、凹部を必要なだけ形成するという態様でもよい。
【0054】
図2〜図4のいずれの態様も、結晶基板、電極材料などは同様のものが用いられる。結晶基板には、サファイア結晶基板の他、SiC、水晶など、GaN系結晶が成長可能な公知の基板を用いることができる。
【0055】
発光に係る構造は、レーザの発光と発振、LEDの発光に好ましい構造とすればよく、ダブルヘテロ接合構造、SQW(Single Quantum Well)、MQW(Multiple Quantum Well)、量子ドットを含む構造などが好ましいものとして挙げられる。さらに、LEDの場合には、ホモ接合、ヘテロ接合による単純な2層によるpn接合であってもよい。
【0056】
【実施例】
実施例1
本実施例では、図2に示す態様、即ち、面発光レーザに蛍光体を設けてなる発光装置を製作した。以下の説明において、単位〔cm-3〕のものは、キャリア濃度である。
〔面発光レーザの作製〕
図2に示すように、C面サファイア結晶基板上に、低温GaNバッファ層(厚さ30nm)を介して、n−Al0.05Ga0.95Nコンタクト層S1(厚さ3μm、1×1018cm-3)、ブラッグ反射層H1、n−Al0.15Ga0.85Nクラッド層S2(厚さ0.4μm、8×1017cm-3)、In0.02Ga0.98N活性層S3(厚さ4nm、2×1017cm-3、発光波長370nm)、p−Al0.2 Ga0.8 Nクラッド層S4(厚さ0.2μm、5×1017cm-3)、アンドープのAl0.5 Ga0.5 N(厚さ80nm)からなる電流狭窄構造S6、p−Al0.05Ga0.95Nコンタクト層S5(厚さ0.2μm、8×1017cm-3)を順次成長させた。
【0057】
前記ブラッグ反射層H1の仕様は、(GaN、厚さ38nm)と、(Al0.28Ga0.72N、厚さ43nm)とを1組として、25組積層した構造である。
【0058】
次に、RIEによって部分的に積層体の上層からエッチングしてn−AlGaNコンタクト層S1の一部を露出させ、その部分にn型電極P2(Ti/Al)を形成し、残されたp−AlGaNコンタクト層S5の上面にはp型電極P1(Ni/Au)を形成した。
【0059】
さらに、p型電極P1の中央部分を直径5μmの円形に除去してp−AlGaNコンタクト層S5を露出させ、誘電体多層膜による上側の反射層H2を形成した。この誘電体多層膜による反射層H2の仕様は、上層側(ZrO2 )と、下層側(SiO2 )とを1組として、40組積層した構造であって、電子ビーム蒸着法によって形成した。これによって、波長370nmのレーザ光を出射し得る面発光レーザを得た。
【0060】
〔蛍光体の付与〕
この面発光レーザの上側の反射層H2の上面に、ゾルゲル法によって、蛍光物質を分散したガラスを膜状(厚さ3μm)に形成し、本発明の発光装置を得た。なお、前記蛍光体は、波長370nmのレーザ光を受けて、青、緑、黄、赤の色成分を含む蛍光を発するものであり、目視では、白色に近い色となる。
【0061】
〔評価〕
上記発光装置のレーザに電力を供給し、レーザ発振させたところ、80〔lm/W〕のエネルギー変換効率であった。
【0062】
実施例2
本実施例では、図3に示す態様、即ち、ストライプ型のレーザと蛍光体とを組み合わせてなる発光装置を製作した。
〔レーザの作製〕
先ず、ストライプ型のGaN系レーザ1として、C面サファイア結晶基板上に、低温GaNバッファ層(厚さ30nm、図示せず)、GaN薄膜(厚さ4μm、8×1017cm-3、図示せず)を形成してベース基板Bとした。スパッタおよびパターニング技術によって、ベース基板Bの上に、低転位化用のSiO2 マスク層M(縞模様パターン)を形成した。MOCVD装置によって、非マスク領域を結晶成長の出発面として、n−Al0.05Ga0.95N(1×1018cm-3)を成長させ、SiO2 マスク層Mを覆うまで成長させ、n−コンタクト層S1とした。
【0063】
さらに、n−Al0.15Ga0.85Nクラッド層S2(厚さ0.4μm、8×1017cm-3)、MQW構造からなる活性層S3、p−Al0.2 Ga0.8 Nクラッド層S4(厚さ0.1μm、7×1017cm-3)を形成した。前記MQW構造は、n−Al0.1 Ga0.9 Nをバリヤー層とし、n−In0.02Ga0.98Nをウエル層としたものである。
【0064】
さらに、n−Al0.2 Ga0.8 N(厚さ70nm、4×1017cm-3)からなる電流狭窄構造S6を形成し、電流狭窄構造の電流通過部をp−Al0.05Ga0.95N(8×1017cm-3)で充填し、同じ材料で続けて、p−コンタクト層S5(厚さ0.1μm)を順次成長させ、p型電極P1(Ni/Au)、n型電極P2(Ti/Al)を形成し、積層体の側面の劈開面を光共振器として、図3の紙面に垂直に発振し、波長370nmのレーザ光を出射し得るGaN系レーザを得た。
【0065】
〔蛍光体の付与〕
このレーザの出射面(図3に示す素子の活性層の手前の面)に、選ばれた蛍光体を含有せしめた球レンズ状のガラス(平均粒径50〜100μm)を出射レーザ光とカップリングするように配置して、本発明の発光装置を得た。なお、前記蛍光体は、波長370nmのレーザ光を受けて、青、緑、黄、赤の色成分を含む蛍光を発するものであり、目視では、白色に近い色となる。
【0066】
〔評価〕
上記発光装置のレーザに電力を供給し、レーザ発振させたところ、蛍光体からは90〔lm/W〕のエネルギー変換効率であった。
【0067】
実施例3
本実施例では、図4に示す態様、即ち、GaN系LEDに蛍光体を設けてなる発光装置を製作した。
〔GaN系LEDの作製〕
図4に示すように、C面サファイア結晶基板上に、低温GaNバッファ層(厚さ25μm、図示せず)、アンドープAl0.05Ga0.95N(厚さ3μm)を形成してベース基板Bとした。スパッタおよびパターニング技術によって、ベース基板Bの上に、低転位化用のSiO2 マスク層M(縞模様パターン)を形成した。MOCVD装置によって、非マスク領域を結晶成長の出発面として、n−Al0.05Ga0.95N(1×1018cm-3)を成長させ、SiO2 マスク層Mを覆うまで成長させ、n−コンタクト層S1とした。
【0068】
さらに、n−Al0.15Ga0.85Nクラッド層S2(厚さ0.3μm、1×1018cm-3)、In0.02Ga0.98N活性層S3(厚さ3.5nm、発光波長370nm)、p−Al0.2 Ga0.8 Nクラッド層S4(厚さ0.2μm、7×1017cm-3)、p−Al0.05Ga0.95Nコンタクト層S5(厚さ0.1μm、1×1018cm-3)を順次成長させ積層体とした。
【0069】
実施例1と同様に、RIEによって部分的に積層体の上層からエッチングしてn−コンタクト層S1の一部を露出させてn型電極P2(Ti/Al)を形成し、p−コンタクト層S5上にはp型電極P1(材料Ni/Au)を形成した。
【0070】
上記で形成されたGaN系結晶層からなる積層体に対し、RIE(Reactive Ion Etching )によって、p型電極の上面から下方に掘り下げ、溝状の凹部u1〜U3を形成し、励起光源として用いるLEDを得た。各凹部の溝幅w1は15μm、積層体の幅w2は50μmである。各凹部の深さは、凹部側面に活性層の全厚みが完全に現れ、底面にn−クラッド層が露出する深さ(0.8μm)とした。
【0071】
〔蛍光体の付与〕
上記LEDの溝状の凹部u1〜u3の内部、および活性層の外側の壁面に、スクリーン印刷法によって、蛍光体を塗布し、300℃までの低温で焼結して蛍光体21〜25を膜状に形成し、本発明の発光装置を得た。なお、前記蛍光体は、LEDからの波長370nmの光を受けて、青、緑、黄、赤の色成分を含む蛍光を発するものであり、目視では、白色に近い色となる。
【0072】
〔評価〕
上記発光装置のLEDに電力を供給し、発光させたところ、80〔lm/W〕エネルギー変換効率であった。
【0073】
【発明の効果】
本発明の発光装置は、第一の態様として、励起光源にレーザを用いており、これによって、波長450nm以下の短い波長の光を励起光としても、蛍光体が十分に励起されて高輝度の蛍光が得られる。また、第二の態様として、励起光源にLEDを用いる場合には、該LEDに凹部を設け、凹部内に蛍光体を配置するという特殊な構造として蛍光を外部に放出させる。この構造によって、青色LEDにおける光の取出し効率の低さを改善している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発光装置の構成の概要を示す図である。
【図2】本発明の発光装置の一態様を示す図であって、励起光源として面発光レーザを用いた例を示している。
【図3】本発明の発光装置の一態様を示す図であって、励起光源としてストライプ型のレーザを用いた例を示している。
【図4】本発明の発光装置の他の態様として、励起光源としてGaN系LEDを用いた例を示している。
【符号の説明】
1 GaN系半導体レーザ
2 蛍光体
L1 レーザ光
L2 蛍光[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of GaN-based semiconductor light emitting devices and phosphors.
[0002]
[Prior art]
White light sources using light-emitting diodes (LEDs) include a configuration that produces white only by the emission color of the LEDs and a configuration that combines phosphors with LEDs.
In the former configuration, red light (LEDs such as AlGaAs, AlInGaP, and GaN), green light (GaN-based LEDs), and blue light (GaN-based LEDs) are mixed to produce white light.
On the other hand, in the latter configuration, a light-emitting device that produces white light using a GaN-based blue LED as an excitation light source and a phosphor that emits yellowish fluorescence that is complementary to blue is realized. In this light-emitting device, white light is generated by blue light from an excitation light source that leaks through the phosphor and yellowish fluorescence from the phosphor.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The present inventors examined the performance of a conventional light emitting device using a blue LED and a phosphor, and made a problem that high-luminance light emission was not obtained from the device. Furthermore, when the cause was examined, the light extraction efficiency of the GaN-based blue LED used as the excitation light source is low, and even if an effective amount of phosphor is disposed in actual use, it is not sufficiently excited. I understand. This is also a problem when using a short wavelength LED of 420 nm or less to excite a phosphor capable of emitting multiple colors and realizing an illuminating lamp that replaces the discharge tube fluorescent lamp currently in practical use. In particular, when the LED is a surface emitting type, it has been found that low light extraction efficiency becomes a fatal defect.
[0004]
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a light-emitting device in which a phosphor is sufficiently excited by light having a short wavelength of 450 nm or less, such as blue light and ultraviolet light, to obtain high-luminance light emission. The challenge is to do.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following features.
(1)The following (A) GaN-based light-emitting diode that emits light of a wavelength of 450 nm or less is used as an excitation light source, and the phosphor of the following (A) is excited by the light from the excitation light source to emit visible range fluorescence. A light emitting device having at least a configuration disposed in a recess of a GaN-based light emitting diode,The light from the light emitting layer to the upper side of the laminate is blocked by the p-type electrode, so that the light emitted from the light emitting layer is incident on the phosphor and only the fluorescence is emitted to the outside.DepartureOptical device.
(A) A GaN-based light-emitting diode having a structure in which a stack of GaN-based crystals is formed on a crystal substrate so as to include a light-emitting layer, and an electrode is provided on the stack, and the entire top surface of the stack is A GaN-based light-emitting diode that is covered with a p-type electrode, and that the laminate is provided with a recess from its upper surface, and at least the light-emitting portion of the light-emitting layer is exposed on the inner side surface of the recess.
(2(1) The above-mentioned (1), wherein the visible range fluorescence emitted from the phosphor has two or more peaks in the visible range spectrum.)The light-emitting device of description.
(3(1) The GaN-based light-emitting diode of (A) is a GaN-based light-emitting diode array in which a plurality of light-emitting element portions are formed on a wafer as a common crystal substrate.)The light-emitting device of description.
[0015]
As used herein, “GaN-based” refers to the formula InXGaYAlZIt means a compound semiconductor determined by N (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, 0 ≦ Z ≦ 1, X + Y + Z = 1).
[0016]
[Action]
In the present invention, as one aspect for solving the problem, a GaN-based semiconductor laser that emits laser light having a wavelength of 450 nm or less is used as an excitation light source for a phosphor. As a result, unprecedented strong light is obtained as excitation light having a short wavelength of 450 nm or less, and accordingly, high-intensity fluorescence is obtained. In particular, the low light extraction efficiency of a conventional surface-emitting blue LED is remarkably improved by using a surface-emitting laser, and a preferable surface-emitting light-emitting device is obtained.
[0017]
In the present invention, as another aspect for solving the problem, when a GaN-based LED is used as an excitation light source of a phosphor, as shown in the above (A) and FIG. A GaN-based LED to which is given is used. Furthermore, a phosphor is attached to the LED according to the unique combination of the present invention to form a light emitting device, thereby obtaining a unique method of taking out the fluorescent light, and improving the low light extraction efficiency of the blue LED. A new mode is provided for the combination of LED and phosphor.
[0018]
The structure unique to the present invention provided to the GaN-based LED is a recess, and is a structure in which a main part of light emission is emitted into the recess. Even if a general LED is provided with such a recess, the light emitted into the recess only attenuates. In addition, the unique combination method of the present invention and the unique method of taking out fluorescence are that the phosphor is disposed inside the recess, and that fluorescence is taken out from the inside of the recess.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, an apparatus using a GaN-based semiconductor laser (hereinafter also simply referred to as “laser”) as an excitation light source, which is an embodiment of the light-emitting device of the present invention, will be described.
As shown in FIG. 1, the light-emitting device of the present invention has a configuration in which a
[0020]
As shown in FIGS. 1A and 1B, the combination of the
[0021]
The GaN-based semiconductor laser only needs to emit laser light having a wavelength of 450 nm or less, and is a surface-emitting element as shown in FIG. 2, a stripe-type element as shown in FIG. 3, or any of these types. Examples include a laser array in which elements are arranged on a wafer.
[0022]
A part of the laser light may be used together with the fluorescent light through the phosphor. However, when the light emitting device of the present invention is used for illumination or the like, it is not preferable for the human body to emit the laser light to the outside. . In that case, it is preferable that all of the light is absorbed by the phosphor or not emitted to the outside by a filter or the like.
[0023]
The wavelength of the laser light may be 450 nm or less, and a wavelength necessary for excitation of the phosphor is used. Therefore, the wavelength of the laser beam may be determined in consideration of the combination with the following phosphor.
In particular, as mentioned above as a problem to be solved, white light obtained by a device combining a conventional blue LED and a phosphor does not have sufficient light intensity. Therefore, the usefulness of the present invention is particularly remarkable when white light or light of a color close thereto is obtained by a semiconductor light emitting device. In order to obtain white light or light of a color close to it, the emitted fluorescence has two or more peaks in the visible spectrum, for example, light mixed with two colors, light mixed with three colors, etc. What is necessary is just to select a fluorescent substance so that it may become light.
[0024]
The fluorescence referred to in the present invention means luminescence emitted by photoexcitation.
In addition, the phosphor referred to in the present invention includes a mixture of a fluorescent substance and a medium. The phosphor is not particularly limited as long as it is excited by light from an excitation light source and emits fluorescence in the visible range, and a substance that becomes a luminescent center is localized in a transparent medium (especially a solid such as glass or crystal). A known substance such as a substance that exhibits intrinsic luminescence in a pure state may be used. Specific examples include phosphors used in discharge tube fluorescent lamps and phosphors used in color television CRTs. A semiconductor material that is excited by short light of 450 nm or less and emits visible light is included in the phosphor according to the present invention.
[0025]
In order to make fluorescence have light having two or more peaks in the visible spectrum so as to be close to white light, the following modes are exemplified.
(1) A mode in which substances that emit one peak light are collected for a necessary peak to form one phosphor, and a plurality of peak lights are mixed.
{Circle around (2)} A mode in which a phosphor having a plurality of energy levels and two or more peak lights to be emitted from a single substance is used.
(3) A mode in which the above (1) and (2) are combined.
Among the above (1) to (3), (1) and (3) are useful because the color development can be freely adjusted.
[0026]
In the above aspect (1), in order to mix the intrinsic peak light emitted from each substance, each substance is combined and mixed at the raw material level, or each substance is arranged in a matrix on the surface irradiated with excitation light. For example, the layers may be arranged or stacked so that excitation light passes through each substance in order.
[0027]
Examples of the fluorescent material (or fluorescent material) include the fluorescent material described on page 78 of the Institute of Electrical Engineers of Japan, "Illumination Engineering" (revised 20th edition) published by the Institute of Electrical Engineers of Japan, and JP-A-10-163535. One or more phosphors selected from the phosphors described in 1) can be used. Preferred embodiments of the phosphor include a sintered body, a coating applied to a transparent plate-like material such as quartz, a glass-like object, solidified into a sphere, a column, or a fiber, processed, Examples of the molded product are included.
[0028]
As shown in FIG. 1 (a), when the
[0029]
As shown in FIGS. 1B, 2, 3, and 4, when the phosphor is directly provided on the laser emission portion, a method for forming the phosphor on the emission surface is, for example, a sol-gel method. Depending on the material, there are methods such as sputtering, vacuum deposition, etc. depending on the method used for film formation by mixing with a liquid glass precursor material such as Can be mentioned.
[0030]
The example of FIG. 2 is an example of a specific mode of the light-emitting device shown in FIG. 1B, and uses a surface emitting laser as a GaN-based semiconductor laser. In the example of the figure, the
[0031]
A circular opening is provided in the central portion of the p-type electrode P1, and the p-AlGaN contact layer S5 is exposed in the opening. An upper reflector H2 is provided in this portion, and optical resonance occurs between H1 and H2. The vessel is configured. The
[0032]
With the configuration shown in FIG. 2, the light emitted from the active layer oscillates in a direction perpendicular to the substrate surface, the laser light is emitted into the
[0033]
The material of the light-emitting portion, for example, the material of the active layer in FIG. 2 may be a GaN-based material that can emit light having a wavelength of 450 nm or less, and the composition depends on the wavelength necessary for excitation of the phosphor. Just decide.
[0034]
In the example of FIG. 2, a current confinement structure is provided so that a current flows intensively in a portion of the active layer S3 that is on the optical path of laser oscillation. The current confinement structure has a formation pattern corresponding to the formation pattern of the p-type electrode, for example, a low carrier concentration GaN-based crystal layer or
[0035]
The phosphor in the example of FIG. 2 is not particularly limited, but is selected from known or commercially available materials suitable for the target color temperature and color tone. Examples of the forming method include a method of forming a thin film by mixing with a solvent or a resin, applying and drying, and a method of forming a phosphor-containing glass thin film by a sol-gel method.
[0036]
The configuration of the optical resonator is not limited, but the lower reflector is preferably a Bragg reflection layer that can withstand crystal growth of the upper layer and can be formed of a GaN-based crystal layer. The upper reflector may be a Bragg reflection layer, a dielectric multilayer film, or the like.
[0037]
For other structures of the
[0038]
Further, the surface emitting laser described above may be formed as a GaN-based surface emitting laser array by forming a number of elements in a two-dimensional matrix on a sapphire crystal substrate wafer having an outer diameter of 2 inches. At that time, the phosphors may be individually provided in the individual elements as in the embodiment of FIG. 2, or a large-area plate-like phosphor is attached to the emission side of the array so that all the individual laser beams are 1 It is good also as an aspect received with two fluorescent substance.
[0039]
2, the surface emitting
[0040]
The example of FIG. 3 is an example of another mode of the light-emitting device shown in FIG. The GaN-based
[0041]
The
[0042]
The phosphor is formed on the cleavage surface on the emission side, and may be larger than the size including the emitted laser beam, or may be formed over the entire side surface of the element. As the structure and formation method of the phosphor material, those described in the description of FIGS. 1 and 2 can be used.
[0043]
The current confinement structure S6 is a structure in which current is concentrated in a stripe-shaped portion perpendicular to the paper surface in the center of the active layer. The active layer emits light intensively in that portion, laser oscillates perpendicular to the paper surface, and laser light is emitted. Is done.
[0044]
The mask layer M provided in the structure of the
[0045]
Further, the laser described in FIG. 3 may be provided as a laser array by providing a large number of adjacent elements on a single crystal substrate having a large area. At that time, the phosphor may be individually provided for each element, or may be attached to the emission side of the array as a plate-like member that receives all the laser beams from adjacent elements in a single sheet. .
[0046]
Next, as another aspect of the present invention, an apparatus using a GaN-based LED as an excitation light source will be described.
In the example of FIG. 4, the GaN-based LED includes a GaN-based crystal layer (n-AlGaN contact layer S1, n-clad layer S2, active layer S3, p) including a light-emitting layer on a crystal substrate B via a buffer layer. -A clad layer S4, p-contact layer S5) is formed, on which an n-type electrode P2 and a p-type electrode P1 are formed, and a recess (u1) reaching from the upper surface of the p-type electrode P1 to the inside of the laminate , U2, u3). A cross section of the active layer S3 is exposed on the inner side surface of the recess, and the light L1 from the active layer is emitted into the recess.
[0047]
In the light emitting device of FIG. 4,
[0048]
The aspect of the phosphor, the number of fluorescence peaks, the wavelength of the fluorescence, the emission wavelength of the LED, and the relationship thereof are the same as described above for the case where the excitation light source is a laser. Further, as a method of providing a phosphor on the element, the method described in the case of using an excitation light source as a laser can be used.
[0049]
The form of the recess is not limited, and even in a form in which holes having various opening shapes such as square holes and round holes are used as the recesses, and this is two-dimensionally arranged, the grooves that divide the laminate portion are used as the recesses. Examples include a striped form.
[0050]
The depth of the recess may be such a depth that at least a portion that emits light (for example, a depletion layer portion in a pn junction or a well portion in a well-type potential structure) is exposed on the inner wall of the recess. In the example of FIG. 4, the depth of the recess reaches the n-AlGaN cladding layer S2, and the active layer S3 is completely exposed on the inner wall of the recess.
[0051]
The size w1 shown in FIG. 4 such as the size of the opening shape of the recess, for example, the diameter in the case of a round hole, one side in the case of a square hole, and the groove width in the case of a groove is not limited, but is preferably about 2 μm to 200 μm. Dimensions.
On the other hand, the width (dimension w2 shown in FIG. 4) of the laminate sandwiched between the two recesses is not limited, but is preferably about 2 μm to 400 μm in consideration of the intensity of light emission.
The ratio between the dimension w1 of the recess and the width w2 of the laminate may be determined so that strong fluorescence is emitted to the outside (upward) most efficiently.
[0052]
The example of FIG. 4 is a mode in which the upper part of the stack is completely covered with a p-type electrode, the light emitted from the light emitting layer is almost incident only on the phosphor, and only the fluorescence is used as a light source to the outside. However, in addition to such an embodiment, the light emitted from the light emitting layer may be directly emitted to the outside world by adjusting the area occupied by the p-type electrode and the transparency of the p-type electrode, and used together with fluorescence.
[0053]
The example of FIG. 4 shows an example in which a concave portion is provided in one element. However, a large number of such elements are formed in a two-dimensional matrix on a single crystal substrate having a large area to form a GaN-based LED array. Also good. In the case of an array, the individual elements are not distinguished, and each GaN-based crystal layer having the same size as the crystal substrate is stacked on one large crystal substrate to form as many recesses as necessary. It may be an aspect.
[0054]
In any of the embodiments shown in FIGS. 2 to 4, the same crystal substrate and electrode material are used. As the crystal substrate, in addition to a sapphire crystal substrate, a known substrate capable of growing a GaN-based crystal such as SiC or quartz can be used.
[0055]
The structure related to light emission may be a structure preferable for laser light emission and oscillation and LED light emission, and a double heterojunction structure, SQW (Single Quantum Well), MQW (Multiple Quantum Well), a structure including quantum dots, and the like are preferable. It is mentioned as a thing. Further, in the case of an LED, a simple two-layer pn junction by homojunction or heterojunction may be used.
[0056]
【Example】
Example 1
In this example, the embodiment shown in FIG. 2, that is, a light emitting device having a surface emitting laser provided with a phosphor was manufactured. In the following description, the unit [cm-3] Is the carrier concentration.
[Production of surface emitting laser]
As shown in FIG. 2, n-Al is formed on a C-plane sapphire crystal substrate via a low-temperature GaN buffer layer (thickness 30 nm).0.05Ga0.95N contact layer S1 (
[0057]
The specifications of the Bragg reflection layer H1 are (GaN, thickness 38 nm) and (Al0.28Ga0.72N, with a thickness of 43 nm).
[0058]
Next, the n-AlGaN contact layer S1 is partially exposed by etching from the upper layer of the stack by RIE, and an n-type electrode P2 (Ti / Al) is formed in that portion, and the remaining p- A p-type electrode P1 (Ni / Au) was formed on the upper surface of the AlGaN contact layer S5.
[0059]
Further, the central portion of the p-type electrode P1 was removed into a circle having a diameter of 5 μm to expose the p-AlGaN contact layer S5, and an upper reflective layer H2 made of a dielectric multilayer film was formed. The specification of the reflective layer H2 by this dielectric multilayer film is the upper layer side (ZrO2) And lower layer side (SiO2) And a set of 40 sets, which were formed by electron beam evaporation. Thus, a surface emitting laser capable of emitting laser light having a wavelength of 370 nm was obtained.
[0060]
[Applying phosphor]
On the upper surface of the reflection layer H2 on the upper side of the surface emitting laser, a glass in which a fluorescent material is dispersed is formed in a film shape (thickness: 3 μm) by a sol-gel method to obtain a light emitting device of the present invention. The phosphor receives laser light having a wavelength of 370 nm and emits fluorescence including blue, green, yellow, and red color components, and visually becomes a color close to white.
[0061]
[Evaluation]
When power was supplied to the laser of the light emitting device to cause laser oscillation, the energy conversion efficiency was 80 [lm / W].
[0062]
Example 2
In this example, the embodiment shown in FIG. 3, that is, a light emitting device combining a stripe type laser and a phosphor was manufactured.
[Laser fabrication]
First, as a stripe-type GaN-based
[0063]
Furthermore, n-Al0.15Ga0.85N clad layer S2 (thickness 0.4 μm, 8 × 1017cm-3), Active layer S3 having an MQW structure, p-Al0.2Ga0.8N clad layer S4 (thickness 0.1 μm, 7 × 1017cm-3) Was formed. The MQW structure is n-Al.0.1Ga0.9N is a barrier layer and n-In0.02Ga0.98N is a well layer.
[0064]
Furthermore, n-Al0.2Ga0.8N (thickness 70 nm, 4 × 1017cm-3) And a current passing portion of the current confinement structure is formed by p-Al.0.05Ga0.95N (8x1017cm-3The p-contact layer S5 (thickness 0.1 μm) is successively grown to form the p-type electrode P1 (Ni / Au) and the n-type electrode P2 (Ti / Al). A GaN-based laser that oscillates perpendicularly to the paper surface of FIG. 3 and can emit laser light having a wavelength of 370 nm was obtained using the cleavage plane on the side surface of the laminate as an optical resonator.
[0065]
[Applying phosphor]
A spherical lens-like glass (average particle size of 50 to 100 μm) in which the selected phosphor is contained on the emission surface of this laser (the surface in front of the active layer of the element shown in FIG. 3) is coupled with the emission laser light. Thus, the light emitting device of the present invention was obtained. The phosphor receives laser light having a wavelength of 370 nm and emits fluorescence including blue, green, yellow, and red color components, and visually becomes a color close to white.
[0066]
[Evaluation]
When power was supplied to the laser of the light emitting device to cause laser oscillation, the phosphor had an energy conversion efficiency of 90 [lm / W].
[0067]
Example 3
In this example, the embodiment shown in FIG. 4, that is, a light emitting device in which a phosphor is provided on a GaN-based LED was manufactured.
[Production of GaN-based LEDs]
As shown in FIG. 4, a low-temperature GaN buffer layer (
[0068]
Furthermore, n-Al0.15Ga0.85N clad layer S2 (thickness 0.3 μm, 1 × 1018cm-3), In0.02Ga0.98N active layer S3 (thickness 3.5 nm, emission wavelength 370 nm), p-Al0.2Ga0.8N clad layer S4 (thickness 0.2 μm, 7 × 1017cm-3), P-Al0.05Ga0.95N contact layer S5 (thickness 0.1 μm, 1 × 1018cm-3) Were sequentially grown to obtain a laminate.
[0069]
Similarly to Example 1, the n-contact layer S1 is partially exposed by etching from the upper layer of the stacked body by RIE to form the n-type electrode P2 (Ti / Al), and the p-contact layer S5. A p-type electrode P1 (material Ni / Au) was formed thereon.
[0070]
The stacked body composed of the GaN-based crystal layer formed as described above is dug down from the upper surface of the p-type electrode by RIE (Reactive Ion Etching) to form groove-like recesses u1 to U3, and used as an excitation light source Got. The groove width w1 of each recess is 15 μm, and the width w2 of the laminate is 50 μm. The depth of each recess was set to a depth (0.8 μm) at which the entire thickness of the active layer appeared completely on the side surface of the recess and the n-cladding layer was exposed on the bottom surface.
[0071]
[Applying phosphor]
The phosphors are applied to the inside of the groove-shaped recesses u1 to u3 of the LED and the wall surface outside the active layer by screen printing, and sintered at a low temperature up to 300 ° C. to form the
[0072]
[Evaluation]
When power was supplied to the LED of the light emitting device to emit light, the energy conversion efficiency was 80 [lm / W].
[0073]
【The invention's effect】
In the light emitting device of the present invention, as a first aspect, a laser is used as an excitation light source. Thus, even if light having a short wavelength of 450 nm or less is used as excitation light, the phosphor is sufficiently excited and has high luminance. Fluorescence is obtained. As a second aspect, when an LED is used as the excitation light source, fluorescence is emitted to the outside as a special structure in which a concave portion is provided in the LED and a phosphor is disposed in the concave portion. This structure improves the low light extraction efficiency of the blue LED.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a configuration of a light emitting device of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of a light emitting device of the present invention, and shows an example in which a surface emitting laser is used as an excitation light source.
FIG. 3 is a diagram showing one embodiment of a light-emitting device of the present invention, and shows an example in which a stripe laser is used as an excitation light source.
FIG. 4 shows an example in which a GaN-based LED is used as an excitation light source as another embodiment of the light-emitting device of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 GaN semiconductor laser
2 Phosphor
L1 laser light
L2 fluorescence
Claims (3)
発光層から積層体の上方へ向かう光が略全てp型電極によって遮られており、これによって発光層で発せられた光が蛍光体に入射し、蛍光だけが外部へ放出される構成となっている発光装置。
(A)結晶基板上に、GaN系結晶からなる積層体が発光層を含むように形成され、これに電極が設けられた構造を有するGaN系発光ダイオードであって、該積層体の上面全体はp型電極によって覆われており、かつ、該積層体にはその上面から凹部が設けられ、該凹部の内部側面には少なくとも発光層の発光部分が露出しているものであるGaN系発光ダイオード。 The following (A) GaN-based light-emitting diode that emits light of a wavelength of 450 nm or less is used as an excitation light source, and the phosphor of the following (A) is excited by the light from the excitation light source to emit visible range fluorescence. A light emitting device having at least a configuration disposed in a recess of a GaN-based light emitting diode,
The light from the light emitting layer to the upper side of the laminate is blocked by the p-type electrode, so that the light emitted from the light emitting layer enters the phosphor and only the fluorescence is emitted to the outside. that light emission devices.
(A) A GaN-based light-emitting diode having a structure in which a stack of GaN-based crystals is formed on a crystal substrate so as to include a light-emitting layer, and an electrode is provided on the stack, and the entire top surface of the stack is A GaN-based light-emitting diode that is covered with a p-type electrode, and that the laminate is provided with a recess from its upper surface, and at least the light-emitting portion of the light-emitting layer is exposed on the inner side surface of the recess.
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