JP4458870B2 - Fluorescent light emitting device, fluorescent light emitting element, and phosphor - Google Patents

Fluorescent light emitting device, fluorescent light emitting element, and phosphor Download PDF

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本発明は、所望の波長範囲の光を発光する発光装置、発光素子および蛍光体に関する。   The present invention relates to a light emitting device that emits light in a desired wavelength range, a light emitting element, and a phosphor.

近年、白熱灯や蛍光灯よりも消費電力が少なく、かつ長寿命であるなどの理由で、照明光源や表示装置などに、いわゆるLED(発光ダイオード)からなる発光素子を用いた多色発光あるいは白色発光を利用するための研究、開発が盛んになされている(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)。   In recent years, multi-color light emission or white color using light-emitting elements made up of so-called LEDs (light-emitting diodes) for illumination light sources, display devices, and the like because they consume less power than incandescent and fluorescent lamps and have a longer life. Research and development for utilizing light emission have been actively conducted (for example, see Patent Document 1 and Patent Document 2).

一方、III族窒化物であるInN、GaN、AlNはそれぞれ1.9、3.4、6.2eV(結晶構造は全て六方晶)の直接遷移型のバンドギャップを持つことから、その混晶AlInGa1−X−YN(0≦X≦1、0≦Y≦1)は、可視光から紫外線領域に渡る幅広い波長の発光材料として有望視され、同領域における発光素子にこれを用いるための研究、開発もなされている(例えば、特許文献3および特許文献4参照。)。 On the other hand, group III nitrides InN, GaN, and AlN have direct transition band gaps of 1.9, 3.4, and 6.2 eV (all crystal structures are hexagonal), respectively. x in Y Ga 1-X- Y N (0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1) is promising as a luminescent material for a wide range of wavelengths ranging from the visible light in the ultraviolet region, it to the light-emitting element in the same region Research and development for use have also been made (see, for example, Patent Document 3 and Patent Document 4).

特開平10−107325号公報JP-A-10-107325 特開平9−167861号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-167861 特開2002−261324号公報JP 2002-261324 A 特開2002−368267号公報JP 2002-368267 A

特許文献1には、青色系発光をするLEDチップに、該LEDチップからの発光によって励起され黄色系発光をする蛍光物質をコーティングした発光装置が開示されている。係る発光装置は、LEDチップからの青色系発光と、蛍光物質からの黄色系発光との混色によって白色系発光を得ることを目的とするものである。しかしながら、係る2色混合によって得られる白色光のもとでは、直接に赤色を発光しないことから赤色の発色が悪く、フルカラーを十分に認識することができないという問題や、蛍光灯に比して十分な輝度が得られていないという問題がある。   Patent Document 1 discloses a light emitting device in which an LED chip that emits blue light is coated with a fluorescent material that is excited by light emitted from the LED chip and emits yellow light. The light-emitting device is intended to obtain white light emission by mixing the blue light emission from the LED chip and the yellow light emission from the fluorescent material. However, under the white light obtained by such two-color mixing, red color is not emitted directly, so that the red color is poor and the full color cannot be fully recognized, and it is sufficient compared to fluorescent lamps. There is a problem that a high luminance is not obtained.

特許文献2には、共通基板上に発光波長が異なる緑色、赤色、青色のLEDチップを配置した多色発光素子が開示されている。係る多色発光素子においては、各色のLEDチップを全て点灯させることで、白色光が得られる。係る態様においては、各色の発光に適した(発光効率のよい)LEDチップを用いることで、輝度や混色性は高まるが、3色のLEDチップをそれぞれ別個に作製するためにコストが高く、また実装が複雑になってしまうという問題がある。   Patent Document 2 discloses a multicolor light emitting element in which green, red, and blue LED chips having different emission wavelengths are arranged on a common substrate. In such a multicolor light emitting element, white light can be obtained by lighting all the LED chips of each color. In such an embodiment, the use of LED chips suitable for light emission of each color (with good light emission efficiency) increases the luminance and color mixing properties, but the cost for manufacturing the three color LED chips separately is high, and There is a problem that the implementation becomes complicated.

特許文献3および特許文献4にはいずれも、InN、GaN、AlNの混晶である窒化物に、希土類あるいは遷移金属元素あるいは遷移金属元素を添加してなる発光層を備える半導体発光素子が開示されている。これらの半導体発光素子はいずれも、発光層を、いわゆるダブルへテロ型構造の活性層として構成してなるものである。そして、その両側にpn双方のクラッド層を介して設けた電極間に電圧を印加することによって活性層に添加された希土類あるいは遷移金属元素等を励起し、光が得られるようになっている。特に特許文献4に開示された半導体発光素子おいては、窒化物によるキャリアの閉じこめ効果をより向上させる発光層の構造を実現することで、発光効率の向上を実現させている。ただし、いずれの半導体発光素子の場合も、添加元素の添加量を増やすことによっても発光効率は向上するが、希土類あるいは遷移金属元素等の添加量が多くなると、添加元素の存在によって活性層たる発光層に生じる電界が弱くなり、結果として発光効率が劣化することから、添加量には係る観点からの制約がある。   Both Patent Document 3 and Patent Document 4 disclose a semiconductor light emitting device including a light emitting layer formed by adding a rare earth element, a transition metal element, or a transition metal element to a nitride that is a mixed crystal of InN, GaN, and AlN. ing. All of these semiconductor light emitting elements are configured by forming the light emitting layer as an active layer having a so-called double hetero structure. Light is obtained by exciting a rare earth or transition metal element added to the active layer by applying a voltage between electrodes provided on both sides via both clad layers of pn. In particular, in the semiconductor light emitting device disclosed in Patent Document 4, the luminous efficiency is improved by realizing the structure of the light emitting layer that further improves the carrier confinement effect by the nitride. However, in any semiconductor light emitting device, the light emission efficiency can be improved by increasing the amount of the additive element added. However, if the amount of the rare earth element or transition metal element increases, the light emission as the active layer is caused by the presence of the additive element. Since the electric field generated in the layer is weakened, and as a result, the light emission efficiency is deteriorated, the addition amount has a restriction from the viewpoint.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、より優れた発光効率にて任意の波長範囲の光を発光可能とし、複数波長の光を混合した所望の光を発光する発光装置、発光素子、および蛍光体を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and can emit light in an arbitrary wavelength range with better luminous efficiency, and a light emitting device that emits desired light in which light of a plurality of wavelengths is mixed, and light emission An object is to provide an element and a phosphor.

請求項1に記載の発明は、Al、In、Ga、Bのうち、少なくとも1種の元素を含む窒化物に少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加領域、を複数備え、それぞれの添加領域と前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域とが交互に層状に配置されてなるとともに、前記それぞれの添加領域の窒化物組成が隣接する前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域の窒化物組成と異なり、かつ、前記それぞれの添加領域のバンドギャップよりも、前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域のバンドギャップの方が大きい蛍光体と、第1の波長範囲を有する第1の光を発する光源と、を備え、前記光源から発光した第1の光によって前記希土類あるいは遷移金属元素を励起することにより、第2の波長範囲を有する第2の光を成分として有する光を発光する、ことを特徴とする。 The invention according to claim 1 includes a plurality of addition regions in which at least one rare earth element or transition metal element is added to a nitride containing at least one element of Al, In, Ga, and B, respectively. And regions where no rare earth or transition metal element is added are alternately arranged in layers, and the nitride composition of each of the added regions is adjacent to the adjacent rare earth or transition metal element. Unlike nitride composition without region and the than the band gap of the respective doped region, and the rare earth or the larger phosphor band gap of the region the transition metal element is not added, the first wavelength A light source emitting a first light having a range, and exciting the rare earth element or the transition metal element by the first light emitted from the light source. Accordingly, to emit light having a second light having a second wavelength range as a component, characterized in that.

請求項に記載の発明は、請求項1に記載の蛍光発光装置であって、前記添加領域は、Al、In、Ga、Bのうち、少なくとも1種の元素を含む窒化物に少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された島状結晶が形成されてなる領域であることを特徴とする。 A second aspect of the present invention is the fluorescent light emitting device according to the first aspect, wherein the added region is at least one type of nitride containing at least one element of Al, In, Ga, and B. It is a region formed by island-like crystals to which the rare earth or transition metal element is added.

請求項に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の蛍光発光装置であって、前記蛍光体は、それぞれに前記添加領域を含む複数の蛍光領域を有しており、前記添加領域に添加されている前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素の種類が、それぞれの前記蛍光領域ごとに異なる、ことを特徴とする。 The invention according to claim 3, a fluorescent light emitting device according to claim 1 or claim 2, wherein the phosphor has a plurality of fluorescent regions containing the added region respectively, the additive The kind of the at least one rare earth or transition metal element added to the region is different for each of the fluorescent regions.

請求項に記載の発明は、請求項に記載の蛍光発光装置であって、前記光源が前記第1の光として青色光を発光し、前記蛍光体が、前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第1の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第1の蛍光領域と、前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第2の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第2の蛍光領域と、の2つの蛍光領域を備え、前記光源から発光された青色光によって前記第1および第2の希土類あるいは遷移金属元素を励起して前記第1および第2の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光とを前記第2の光として発光させることにより、前記青色光と前記第2の光とを成分として有する光を発光する、ことを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the fluorescent light emitting device according to claim 3 , wherein the light source emits blue light as the first light, and the phosphor is the at least one rare earth or transition. A first fluorescent region doped with a first rare earth or transition metal element that emits red light upon excitation as a metal element, and a first fluorescent region that emits green light upon excitation as the at least one rare earth or transition metal element. And a second fluorescent region to which two rare earth or transition metal elements are added, and the first and second rare earth or transition metal elements are excited by blue light emitted from the light source. The red light and the green light are emitted as the second light from the first and second fluorescent regions, respectively, thereby having the blue light and the second light as components. Emit, characterized in that.

請求項に記載の発明は、請求項に記載の蛍光発光装置であって、前記光源が前記第1の光として紫外光を発光する光源であり、前記蛍光体が、前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第1の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第1の蛍光領域と、前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第2の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第2の蛍光領域と、前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって青色光を発光する第3の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第3の蛍光領域と、の3つの蛍光領域を備え、前記光源から発光された紫外光によって前記第1、第2および第3の希土類あるいは遷移金属元素を励起して前記第1、第2および第3の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光と青色光とを前記第2の光として発光させる、ことを特徴とする。 Invention of Claim 5 is the fluorescence light-emitting device of Claim 3 , Comprising: The said light source is a light source which light-emits ultraviolet light as said 1st light, The said fluorescent substance is said at least 1 sort (s) of A first fluorescent region doped with a first rare earth or transition metal element that emits red light upon excitation as a rare earth or transition metal element, and green light upon excitation as the at least one rare earth or transition metal element. A second fluorescent region to which a second rare earth element or transition metal element that emits light is added, and a third rare earth element or transition metal element that emits blue light by excitation is added as the at least one rare earth element or transition metal element. A third fluorescent region, and the first, second and third rare earths or transitions by ultraviolet light emitted from the light source. The first exciting the metal element, thereby emitting the second and third, respectively from the fluorescent regions red, green, and blue light as the second light, and wherein the.

請求項に記載の発明は、請求項1ないし請求項のいずれかに記載の蛍光発光装置であって、前記光源が発光ダイオードであることを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is the fluorescent light emitting device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the light source is a light emitting diode.

請求項に記載の発明は、請求項1ないし請求項のいずれかに記載の蛍光発光装置であって、前記蛍光体が所定の基板にエピタキシャル形成してなるものであることを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is the fluorescent light emitting device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the phosphor is formed epitaxially on a predetermined substrate. .

請求項に記載の発明は、Al、In、Ga、Bのうち、少なくとも1種の元素を含む窒化物に少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加領域、を複数備え、それぞれの添加領域と前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域とが交互に層状に配置されてなるとともに、前記それぞれの添加領域の窒化物組成が隣接する前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域の窒化物組成と異なり、かつ、前記それぞれの添加領域のバンドギャップよりも、前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域のバンドギャップの方が大きい蛍光体構造と、前記蛍光体構造と連接して形成され、第1の波長範囲を有する第1の光を発する発光体構造と、を備え、前記発光体構造から発光された第1の光によって前記希土類あるいは遷移金属元素を励起することにより、第2の波長範囲を有する第2の光を成分として有する光を発光する、ことを特徴とする。 The invention according to claim 8 includes a plurality of addition regions in which at least one rare earth element or transition metal element is added to a nitride containing at least one element of Al, In, Ga, and B, respectively. And regions where no rare earth or transition metal element is added are alternately arranged in layers, and the nitride composition of each of the added regions is adjacent to the adjacent rare earth or transition metal element. Unlike nitride composition without region and the than the band gap of each doped region, the phosphor structure the larger the band gap of the rare earth or region transition metal element is not added, the phosphor A light emitter structure that is connected to the structure and emits first light having a first wavelength range, wherein the first light emitted from the light emitter structure is provided. Wherein by exciting a rare earth or transition metal element, to emit light having a second light having a second wavelength range as a component, characterized in that the.

請求項に記載の発明は、請求項に記載の蛍光発光素子であって、前記添加領域は、Al、In、Ga、Bのうち、少なくとも1種の元素を含む窒化物に少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された島状結晶が形成されてなる領域であることを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the fluorescent light-emitting device according to claim 8 , wherein the additive region is at least one kind of nitride containing at least one element of Al, In, Ga, and B. It is a region formed by island-like crystals to which the rare earth or transition metal element is added.

請求項10に記載の発明は、請求項8または請求項9に記載の蛍光発光素子であって、前記蛍光体構造は、それぞれに前記添加領域を含む複数の蛍光領域を有しており、前記添加領域に添加されている前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素の種類が、それぞれの前記蛍光領域ごとに異なる、ことを特徴とする。 The invention according to claim 10 is the fluorescent light-emitting device according to claim 8 or claim 9 , wherein the phosphor structure has a plurality of fluorescent regions each including the additive region, The kind of the at least one rare earth or transition metal element added to the addition region is different for each of the fluorescent regions.

請求項11に記載の発明は、請求項10に記載の蛍光発光素子であって、前記発光体構造が前記第1の光として青色光を発光し、前記蛍光体構造は、前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第1の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第1の蛍光領域と、前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第2の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第2の蛍光領域と、の2つの蛍光領域を備え、前記発光体構造から発光された青色光によって前記第1および第2の希土類あるいは遷移金属元素を励起して前記第1および第2の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光とを前記第2の光として発光させることにより、前記青色光と前記第2の光とを成分として有する光を発光する、ことを特徴とする。 The invention according to claim 11 is the fluorescent light emitting device according to claim 10 , wherein the light emitting structure emits blue light as the first light, and the phosphor structure has the at least one kind of the light emitting structure. A first fluorescent region doped with a first rare earth or transition metal element that emits red light upon excitation as a rare earth or transition metal element, and green light upon excitation as the at least one rare earth or transition metal element. A second fluorescent region to which light is emitted and a second fluorescent region to which a transition metal element is added; and the first and second rare earths or transitions by blue light emitted from the light emitter structure. The blue light and the second light are emitted by exciting a metal element to emit red light and green light as the second light from the first and second fluorescent regions, respectively. The emit light having as a component, characterized in that.

請求項12に記載の発明は、請求項10に記載の蛍光発光素子であって、前記発光体構造が前記第1の光として紫外光を発光し、前記蛍光体構造が、前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第1の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第1の蛍光領域と、前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第2の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第2の蛍光領域と、前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって青色光を発光する第3の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第3の蛍光領域と、の3つの蛍光領域を備え、前記発光体構造から発光された紫外光によって前記第1、第2および第3の希土類あるいは遷移金属元素を励起して前記第1、第2および第3の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光と青色光とを前記第2の光として発光させる、ことを特徴とする。 The invention according to claim 12 is the fluorescent light-emitting device according to claim 10 , wherein the light-emitting structure emits ultraviolet light as the first light, and the phosphor structure has the at least one kind of light. A first fluorescent region doped with a first rare earth or transition metal element that emits red light upon excitation as a rare earth or transition metal element, and green light upon excitation as the at least one rare earth or transition metal element. A second fluorescent region to which a second rare earth element or transition metal element that emits light is added, and a third rare earth element or transition metal element that emits blue light by excitation is added as the at least one rare earth element or transition metal element. And three third fluorescent regions, and the first, second and third rare earth elements are formed by ultraviolet light emitted from the light emitter structure. There is a transition metal element to excite the first to emit the second and third, respectively from the fluorescent regions red, green, and blue light as the second light, and wherein the.

請求項13に記載の発明は、請求項ないし請求項12のいずれかに記載の蛍光発光素子であって、前記発光体構造がダイオード構造を有することを特徴とする。 A thirteenth aspect of the present invention is the fluorescent light emitting device according to any one of the eighth to twelfth aspects, wherein the light emitter structure has a diode structure.

請求項14に記載の発明は、請求項ないし請求項13のいずれかに記載の蛍光発光素子であって、前記蛍光体構造および前記発光体構造が所定の基板にエピタキシャル形成してなるものであることを特徴とする。 A fourteenth aspect of the present invention is the fluorescent light emitting device according to any one of the eighth to thirteenth aspects, wherein the phosphor structure and the light emitter structure are formed epitaxially on a predetermined substrate. It is characterized by being.

請求項15に記載の発明は、請求項14に記載の蛍光発光素子であって、前記蛍光体構造と前記発光体構造とを積層形成してなることを特徴とする。 A fifteenth aspect of the present invention is the fluorescent light emitting element according to the fourteenth aspect , wherein the phosphor structure and the light emitting structure are laminated.

請求項16に記載の発明は、請求項ないし請求項15のいずれかに記載の蛍光発光素子であって、前記発光体構造が、Al、In、Ga、Bのうち、少なくとも1種の元素を含む窒化物を含む発光層を有することを特徴とする。 A sixteenth aspect of the present invention is the fluorescent light emitting device according to any one of the eighth to fifteenth aspects, wherein the luminous body structure is at least one element selected from the group consisting of Al, In, Ga, and B. It has a light emitting layer containing a nitride containing.

請求項17に記載の発明は、Al、In、Ga、Bのうち、少なくとも1種の元素を含む窒化物に少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加領域、を複数備え、それぞれの添加領域と前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域とが交互に層状に配置されてなるとともに、前記それぞれの添加領域の窒化物組成が隣接する前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域の窒化物組成と異なり、かつ、前記それぞれの添加領域のバンドギャップよりも、前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域のバンドギャップの方が大きく、所定の光源から発光された第1の光によって前記希土類あるいは遷移金属元素を励起することにより、第2の波長範囲を有する第2の光を成分として有する光を発光する、ことを特徴とする。 The invention according to claim 17 includes a plurality of addition regions in which at least one rare earth element or transition metal element is added to a nitride containing at least one element of Al, In, Ga, and B, respectively. And regions where no rare earth or transition metal element is added are alternately arranged in layers, and the nitride composition of each of the added regions is adjacent to the adjacent rare earth or transition metal element. The band gap of the region to which the rare earth or transition metal element is not added is larger than the band gap of each of the added regions , and is different from the nitride composition of the regions where no added light is emitted. Exciting the rare earth element or the transition metal element with the light of 1 has the second light having the second wavelength range as a component. Emit light, characterized in that.

請求項18に記載の発明は、請求項17に記載の蛍光体であって、前記添加領域は、Al、In、Ga、Bのうち、少なくとも1種の元素を含む窒化物に少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された島状結晶が形成されてなる領域であることを特徴とする。 The invention according to claim 18 is the phosphor according to claim 17 , wherein the addition region includes at least one kind of nitride containing at least one element of Al, In, Ga, and B. It is a region formed by island-like crystals to which a rare earth or transition metal element is added.

請求項19に記載の発明は、請求項17または請求項18に記載の蛍光体であって、それぞれに前記添加領域を含む複数の蛍光領域を有しており、前記添加領域に添加されている前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素の種類が、それぞれの前記蛍光領域ごとに異なる、ことを特徴とする。 The invention according to claim 19 is the phosphor according to claim 17 or claim 18 , which has a plurality of fluorescent regions each including the added region, and is added to the added region. The kind of the at least one rare earth or transition metal element is different for each of the fluorescent regions.

請求項20に記載の発明は、請求項19に記載の蛍光体であって、前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第1の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第1の蛍光領域と、前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第2の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第2の蛍光領域と、の2つの蛍光領域を備え、所定の光源から発光された青色光によって前記第1および第2の希土類あるいは遷移金属元素が励起されることにより、前記第1および第2の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光とを前記第2の光として発光することにより、前記青色光と前記第2の光とを成分として有する光を発光する、ことを特徴とする。 The invention according to claim 20 is the phosphor according to claim 19 , wherein the at least one rare earth element or transition metal element is added with the first rare earth element or transition metal element that emits red light by excitation. And the second fluorescent region to which the second rare earth or transition metal element that emits green light by excitation is added as the at least one rare earth or transition metal element. The first and second rare earth elements or transition metal elements are excited by blue light emitted from a predetermined light source, and red light and green light are emitted from the first and second fluorescent areas, respectively. Is emitted as the second light to emit light having the blue light and the second light as components.

請求項21に記載の発明は、請求項19に記載の蛍光体であって、前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第1の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第1の蛍光領域と、前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第2の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第2の蛍光領域と、前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって青色光を発光する第3の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第3の蛍光領域と、の3つの蛍光領域を備え、所定の光源から発光された紫外光によって前記第1、第2および第3の希土類あるいは遷移金属元素を励起されることにより前記第1、第2および第3の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光と青色光とを前記第2の光として発光する、ことを特徴とする。 The invention according to claim 21 is the phosphor according to claim 19 , wherein the first rare earth or transition metal element that emits red light upon excitation is added as the at least one rare earth or transition metal element. The first fluorescent region, the second fluorescent region to which the second rare earth or transition metal element emitting green light by excitation is added as the at least one rare earth or transition metal element, and the at least one As a kind of rare earth or transition metal element, it has three fluorescent regions including a third fluorescent region added with a third rare earth or transition metal element that emits blue light by excitation, and emitted from a predetermined light source. The first, second, and third fluorescent regions are excited by the ultraviolet light to excite the first, second, and third rare earth elements or transition metal elements. Respectively emit red light, green light, and blue light as the second light, and wherein the.

請求項22に記載の発明は、請求項17ないし請求項21のいずれかに記載の蛍光体であって、所定の基板にエピタキシャル形成してなるものであることを特徴とする。 The invention according to claim 22 is the phosphor according to any one of claims 17 to 21 , wherein the phosphor is formed epitaxially on a predetermined substrate.

請求項1ないし請求項22の発明によれば、窒化物の組成および希土類あるいは遷移金属元素の組成を適宜に定めることにより、任意の色の発光を、高い発光効率にて実現することができる。光励起により発光させるので、蛍光体の組成が電気的に制約されることがないことから、電圧を印加することで発光させる発光素子に比して高い固溶度で希土類あるいは遷移金属元素を固溶させることで高発光効率を実現できる。 According to the inventions of claims 1 to 22 , light emission of any color can be realized with high luminous efficiency by appropriately determining the composition of the nitride and the composition of the rare earth or transition metal element. Since light is emitted by photoexcitation, the composition of the phosphor is not electrically restricted. Therefore, rare earth elements or transition metal elements are dissolved in a solid solution with a higher solid solubility than a light emitting element that emits light by applying a voltage. By doing so, high luminous efficiency can be realized.

特に、請求項1ないし請求項22の発明によれば、各添加領域からの発光を重畳した光を発光するので、発光強度の増大や複数色の発光による混色を実現できる。 In particular, according to the inventions according to claims 1 to 22 , since the light superposed with the light emission from each of the addition regions is emitted, it is possible to realize an increase in the light emission intensity and a color mixture due to the light emission of a plurality of colors.

特に、請求項1ないし請求項22の発明によれば、量子井戸構造の井戸層部分に希土類あるいは遷移金属元素を添加するので、希土類あるいは遷移金属元素からの発光効率を高めることができる。 In particular, according to the invention of claims 1 to 22 , since the rare earth or transition metal element is added to the well layer portion of the quantum well structure, the light emission efficiency from the rare earth or transition metal element can be increased.

特に、請求項1ないし請求項22の発明によれば、井戸層と、よりバンドギャップが大きい障壁層とを交互に積層配置するので、井戸層におけるキャリアの閉じ込め効果がより高められ、その結果、キャリアの再結合が効率よく行われることから、希土類あるいは遷移金属元素の発光の効率もより向上する。 In particular, according to according to the invention of claims 1 to 22, and the well layer, since the stacked alternately and more band gap larger barrier layer, the effect of confining carriers in the well layer is further enhanced, as a result, Since the carrier recombination is efficiently performed, the light emission efficiency of the rare earth element or the transition metal element is further improved.

特に、請求項、請求項、および請求項18の発明によれば、島状結晶が、バンドギャップが小さい量子ドットとして作用することにより、キャリアの閉じ込め効果がより高められ、その結果、キャリアの再結合が効率よく行われることから、希土類あるいは遷移金属元素の発光の効率もより向上する。 In particular, according to the inventions of claim 2 , claim 9 , and claim 18 , the island-like crystal acts as a quantum dot having a small band gap, thereby further enhancing the carrier confinement effect. Therefore, the light emission efficiency of the rare earth element or the transition metal element is further improved.

特に、請求項ないし請求項、請求項10ないし請求項12、および請求項19ないし請求項21の発明によれば、それぞれに異なる色を発光する各蛍光領域からの光を重畳した光を発光するので、複数色の発光による混色を実現できる。各蛍光領域を、各色の発光に最適な構造や組成に構成することができるので、発光効率の向上がより図れる。 In particular, claims 3 to 5, claims 10 to 12, and according to the invention of claim 19 through claim 21, the light obtained by superimposing the light from the fluorescent region to emit different colors for each Since it emits light, it is possible to realize color mixing by light emission of a plurality of colors. Since each fluorescent region can be configured to have an optimal structure and composition for light emission of each color, the light emission efficiency can be further improved.

特に、請求項,請求項11、および請求項20の発明によれば、青色光を励起光源に用い、緑色光と赤色光とを励起により発生させることで、紫外光を励起光源とする場合よりも単純な構成で3色混合の発光装置を実現することができる。 In particular, according to the inventions of claims 4 , 11 , and 20 , when blue light is used as an excitation light source and green light and red light are generated by excitation, ultraviolet light is used as the excitation light source. A light emitting device with three colors can be realized with a simpler configuration.

特に、請求項、請求項12、および請求項21の発明によれば、紫外光を励起光源に用い、青色光と緑色光と赤色光とを励起により発生させることで、3色を等価に発生させて白色光を得ることができるので、偏りがより少ない白色を発光させることができる。 In particular, according to the inventions of claims 5 , 12 , and 21 , three colors are made equivalent by using ultraviolet light as an excitation light source and generating blue light, green light, and red light by excitation. Since white light can be obtained by generating, white light with less bias can be emitted.

また、請求項および請求項13の発明によれば、消費電力が小さく、長寿命の発光ダイオードを光源として用いるので、発光装置あるいは発光素子を低コストにかつ高信頼度に作製できる。また、窒化物の組成や希土類あるいは遷移金属元素の種類を適宜に定めることにより、発光する2色混合よりも発色性に優れた3色混合による白色光の発光を、3色のLEDチップを用いるよりも安価な、1つの発光ダイオードと1つの蛍光体との組合せによって実現することができる。 According to the invention of claim 6 and claim 13 , since the light-emitting diode with low power consumption and long life is used as the light source, the light-emitting device or the light-emitting element can be manufactured at low cost and with high reliability. In addition, by appropriately determining the composition of the nitride and the type of rare earth or transition metal element, the use of a three-color LED chip allows the emission of white light by three-color mixing, which is superior to two-color mixing that emits light. It can be realized by a combination of one light emitting diode and one phosphor, which is less expensive.

また、請求項、請求項14、請求項15、および請求項22の発明によれば、結晶品質の良い蛍光体を形成することができるので、発光効率をより向上することができる。 In addition, according to the inventions of claims 7 , 14 , 15 , and 22, a phosphor having a good crystal quality can be formed, so that the luminous efficiency can be further improved.

特に、請求項15の発明によれば、光源を別体に設ける場合よりも、素子の小型化が実現できる上、光源からの励起エネルギーを拡散させることなく効率よく吸収できるため、発光効率の改善にもつながる。 In particular, according to the invention of claim 15 , since the device can be downsized and the excitation energy from the light source can be efficiently absorbed without being diffused, compared with the case where the light source is provided separately, the luminous efficiency is improved. It also leads to.

また、請求項16の発明によれば、蛍光体と光源とを同種の材料を用いて連続的に形成することができるので、作製プロセスの単純化やコストの抑制が可能となる。 According to the invention of claim 16 , since the phosphor and the light source can be continuously formed using the same kind of material, the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.

<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る発光装置1を模式的に示す図である。図1に示す発光装置1は、蛍光体10と、LED素子20とを備える。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram schematically showing a light emitting device 1 according to a first embodiment of the present invention. The light emitting device 1 shown in FIG. 1 includes a phosphor 10 and an LED element 20.

蛍光体10は、Al、In、Ga、Bのうち、少なくとも1種の元素を含む窒化物に少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属が添加された添加領域を含めばよく、各種形成方法を用いることができる。たとえば、各構成元素を含む原料を焼結したり、上記領域粉末を樹脂に分散させたりして形成することができいる。また、CVD(chemical vapor deposition)、スパッタ、MBE(molecular beam epitaxy)などの各種薄膜形成方法により基板上に形成することも可能である。例えばサファイア単結晶からなる基板11上に、下地層12と、蛍光層13とがこの順に形成されてなる。基板11は、サファイア単結晶のほか、ZnO単結晶、LiAlO単結晶、LiGaO単結晶、MgAl単結晶、MgO単結晶などの酸化物単結晶、Si単結晶、SiC単結晶などのIV族あるいはIV−IV族単結晶、GaAs単結晶、AlN単結晶、GaN単結晶、およびAlGaN単結晶などのIII−V族単結晶、ZrBなどのホウ化物単結晶、アルミナ、AlNなどの焼結体基板、ガラス基板などの、公知の基板材料によって構成することができる。また、下地層12や蛍光層13は、所定の組成のIII族窒化物、あるいはこれに所定の添加元素を添加して形成されるが、各層の具体的な組成は、その目的や作用によって、適宜に設定される。また、蛍光体10は、下地層12をMOCVD(metal-organic chemical vaor deposition:有機金属化学気相成長)法により形成し、蛍光層13を、MBE(molecular beam epitaxy:分子線エピタキシー)法によって形成するのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、全ての層をMOCVD法で形成してもよいし、全ての層をMBE法によって形成してもよい。また、遷移金属、希土類の添加については、必ずしも、母相である窒化物膜の形成と同時に行う必要はなく、イオン注入法等を用いて別途添加することもできる。 The phosphor 10 may include an addition region in which at least one rare earth or transition metal is added to a nitride containing at least one element of Al, In, Ga, and B, and various formation methods are used. Can do. For example, it can be formed by sintering a raw material containing each constituent element or by dispersing the above-mentioned region powder in a resin. Also, it can be formed on the substrate by various thin film forming methods such as CVD (chemical vapor deposition), sputtering, MBE (molecular beam epitaxy). For example, a base layer 12 and a fluorescent layer 13 are formed in this order on a substrate 11 made of sapphire single crystal. The substrate 11 is not only a sapphire single crystal but also a ZnO single crystal, LiAlO 2 single crystal, LiGaO 2 single crystal, MgAl 2 O 4 single crystal, MgO single crystal or other oxide single crystal, Si single crystal, SiC single crystal, etc. Group IV or IV-IV single crystals, GaAs single crystals, AlN single crystals, GaN single crystals, III-V single crystals such as AlGaN single crystals, boride single crystals such as ZrB 2 , alumina, AlN, etc. It can be composed of a known substrate material such as a bonded substrate or a glass substrate. The underlayer 12 and the fluorescent layer 13 are formed by adding a predetermined group III nitride or a predetermined additive element thereto. The specific composition of each layer depends on its purpose and function, It is set appropriately. In the phosphor 10, the underlayer 12 is formed by MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition), and the fluorescent layer 13 is formed by MBE (molecular beam epitaxy). Although it is preferable from the viewpoint of realizing high crystal quality, all layers may be formed by the MOCVD method, or all layers may be formed by the MBE method. Further, the addition of the transition metal and the rare earth is not necessarily performed simultaneously with the formation of the nitride film which is the parent phase, and may be added separately by using an ion implantation method or the like.

下地層12は、例えばGaNで形成される。ただし、下地層12にGaNを用いる場合は、基板11上にひとまず500℃程度の低温でAlNあるいはGaNの低温バッファ層14を形成したうえで、1000℃以上の温度でさらにGaNの層を形成することで、上記の結晶品質をみたす下地層12を形成する。これにより、下地層12の上に形成する蛍光層13が、良好な結晶品質を有するようになる。下地層12の厚みは、クラックの発生や用途などを考慮して適宜選択される。例えば数μm程度である。   The underlayer 12 is made of, for example, GaN. However, when GaN is used for the underlayer 12, a low temperature buffer layer 14 of AlN or GaN is first formed on the substrate 11 at a low temperature of about 500 ° C., and then a GaN layer is further formed at a temperature of 1000 ° C. or higher. Thus, the underlayer 12 satisfying the crystal quality is formed. Thereby, the fluorescent layer 13 formed on the base layer 12 has good crystal quality. The thickness of the underlayer 12 is appropriately selected in consideration of the occurrence of cracks and the use. For example, it is about several μm.

蛍光層13は、図1において拡大して図示するように、2種類の層によって構成されてなる。1つは、所定のエネルギーを吸収することにより、緑色(G)の蛍光を発する緑色蛍光層13Gであり、もう1つは、所定のエネルギーを吸収することにより、赤色(R)の蛍光を発する赤色蛍光層13Rである。   The fluorescent layer 13 is composed of two types of layers as shown in an enlarged view in FIG. One is a green fluorescent layer 13G that emits green (G) fluorescence by absorbing predetermined energy, and the other is red (R) fluorescence by absorbing predetermined energy. This is the red fluorescent layer 13R.

緑色蛍光層13Gは、III族窒化物に、励起されることによって緑色を発光する希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層131と、係る添加のなされない非添加層132とが、数nmずつ交互に、多数(好ましくは数十層ずつ)積層されてなる層である。   In the green fluorescent layer 13G, the Group III nitride includes an additive layer 131 to which a rare earth element or a transition metal element that emits green light when excited is added, and a non-added layer 132 to which the additive is not added are several nanometers each. The layers are alternately stacked (preferably several tens of layers).

赤色蛍光層13Rは、III族窒化物に、励起されることによって赤色を発光する希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層133と、係る添加のなされない非添加層134とが、数nmずつ交互に、多数(好ましくは数十層から数百層ずつ)積層されてなる層である。   In the red fluorescent layer 13R, a Group III nitride is added with an additive layer 133 to which a rare earth or transition metal element that emits red light when excited is added, and a non-added layer 134 without such addition is several nanometers each. It is a layer formed by alternately laminating a large number (preferably several tens to several hundreds).

添加層131および133はそれぞれ、非添加層132および134とは異なる組成の窒化物により形成される。すなわち、緑色蛍光層13Gと赤色蛍光層13Rとにおいては、窒化物の組成を交互に変えることにより、井戸層と、よりバンドが広い障壁層とが交互に堆積した、MQW(Multi Quantum Well:多重量子井戸)構造が実現されてなる。   The additive layers 131 and 133 are formed of nitride having a composition different from that of the non-added layers 132 and 134, respectively. That is, in the green fluorescent layer 13G and the red fluorescent layer 13R, MQW (Multi Quantum Well) in which well layers and barrier layers having wider bands are alternately deposited by alternately changing the composition of nitrides. Quantum well) structure is realized.

ここで、希土類あるいは遷移金属元素は、発光効率を高めつつ所望の波長の光を得るために添加されるものである。希土類あるいは遷移金属元素は、光あるいは電子線等の外部励起に対してその固有の発光波長をもつ。複数の希土類あるいは遷移金属元素を適量添加することにより、任意の色合いをもつ光、例えば白色光を発光することが可能である。また、希土類あるいは遷移金属元素はその発光機構に不具合を与えることなく、窒化物中に固溶することができる。   Here, the rare earth element or the transition metal element is added in order to obtain light having a desired wavelength while increasing the luminous efficiency. Rare earths or transition metal elements have their own emission wavelengths with respect to external excitation such as light or electron beams. By adding an appropriate amount of a plurality of rare earth elements or transition metal elements, light having an arbitrary color, for example, white light can be emitted. Further, the rare earth element or the transition metal element can be dissolved in the nitride without causing trouble in the light emission mechanism.

下地層12がGaNによって形成される場合の例でいえば、緑色蛍光層13Gにおいて添加層131は、例えば、GaInN(x+y=1,x≧0、y≧0)にTbあるいはHoを添加して形成され、非添加層132は、GaNにて形成される。赤色蛍光層13Rにおいて添加層133はGaInN(x+y=1,x≧0、y≧0)にEuを添加して形成され、非添加層134は、GaNにて形成される。すなわち、本実施の形態においては、緑色蛍光層13Gおよび赤色蛍光層13RともにGaNあるいはGaInNをベースに形成される。なお、各色の蛍光層を全く異なる種類の元素からなる物質によって形成することも可能であるが、本実施の形態のように、ベースとなる物質を共通にして層形成する方が、コスト面からも作製時間の点からも効率的であることはいうまでもない。 For example, in the case where the underlayer 12 is formed of GaN, the additive layer 131 in the green phosphor layer 13G is, for example, Ga x In y N (x + y = 1, x ≧ 0, y ≧ 0) with Tb or Ho. The non-added layer 132 is formed of GaN. In the red fluorescent layer 13R, the additive layer 133 is formed by adding Eu to Ga x In y N (x + y = 1, x ≧ 0, y ≧ 0), and the non-added layer 134 is formed of GaN. That is, in the present embodiment, both the green fluorescent layer 13G and the red fluorescent layer 13R are formed on the basis of GaN or Ga x In y N. Although it is possible to form the fluorescent layers of the respective colors with substances made of completely different kinds of elements, it is more costly to form a layer with a base substance in common as in this embodiment. Needless to say, this is also efficient in terms of production time.

なお、発光効率の向上という観点からは、緑色蛍光層13Gの添加層131、および、赤色蛍光層13Rの添加層133のいずれにおいても、結晶性を劣化させない範囲でできるだけ多くの希土類あるいは遷移金属元素を添加することが好ましい。本実施の形態においては、電気的な制約がないことから、特許文献3および特許文献4に開示されているような、活性層に電圧を印加して発光させる発光素子に比して、組成についての自由度が高いといえる。すなわち、電圧印加による発光素子よりも多くの希土類あるいは遷移金属元素を添加することができ、より高い発行効率を得ることができる。   From the viewpoint of improving the luminous efficiency, as much of the rare earth element or transition metal element as possible within the range in which the crystallinity is not deteriorated in any of the additive layer 131 of the green phosphor layer 13G and the additive layer 133 of the red phosphor layer 13R. Is preferably added. In the present embodiment, since there is no electrical restriction, the composition is compared with that of the light emitting element that emits light by applying a voltage to the active layer as disclosed in Patent Document 3 and Patent Document 4. It can be said that there is a high degree of freedom. That is, more rare earth elements or transition metal elements can be added than a light emitting element by voltage application, and higher issuance efficiency can be obtained.

LED素子20は、青色発光するPN型の半導体発光素子、いわゆる青色発光ダイオードである。LED素子20は、例えばサファイアからなる基板27上に、n型導電層21と、発光層22と、クラッド層23と、p型導電層24とが順に形成されてなる。なお、n型導電層21と発光層22との間にはクラッド層はなくてもよいが、設けられる態様であってもよい。p型導電層24上には、例えばAl/Niからなるp型電極25が形成されている。また、n型導電層21の一部は露出しており、この露出した部分には、例えばAu/Tiからなるn型電極26が形成されている。なお、基板27としては、蛍光体13に用いることができるものと同様の基板材料を用いることができる。また、n型導電層21、発光層22、クラッド層23、およびp型導電層24は、所定の組成のIII族窒化物、あるいはこれに所定の添加元素を添加して形成されるが、各層の具体的な組成は、その目的や作用によって、適宜に設定される。また、各層はいずれもMOCVD法によって形成されるのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、MBE法を一部又は全部の層の形成に用いる態様であってもよい。   The LED element 20 is a PN-type semiconductor light emitting element that emits blue light, a so-called blue light emitting diode. The LED element 20 includes an n-type conductive layer 21, a light emitting layer 22, a clad layer 23, and a p-type conductive layer 24 formed in this order on a substrate 27 made of, for example, sapphire. The clad layer may not be provided between the n-type conductive layer 21 and the light emitting layer 22, but may be provided. A p-type electrode 25 made of, for example, Al / Ni is formed on the p-type conductive layer 24. A part of the n-type conductive layer 21 is exposed, and an n-type electrode 26 made of, for example, Au / Ti is formed in the exposed part. For the substrate 27, a substrate material similar to that used for the phosphor 13 can be used. The n-type conductive layer 21, the light emitting layer 22, the clad layer 23, and the p-type conductive layer 24 are formed by adding a group III nitride having a predetermined composition or a predetermined additive element thereto. The specific composition is appropriately set according to the purpose and action. Each layer is formed by the MOCVD method, which is preferable from the viewpoint of realizing high crystal quality, but the MBE method may be used for forming some or all layers.

本実施の形態においては、図示しない所定の電源によってp型電極25とn型電極26との間に所定の電圧が印加されることによって、発光層22から所定の波長の青色光が発光する。本実施の形態において、LED素子20は、発光光源あるいは後述するように、励起光源として作用する。ただし、励起光源は、蛍光体10を励起できるものであれば他のものであってもよい。例えば、励起光源を電子線銃あるいは電子放出体として、電子により蛍光層13の希土類あるいは遷移金属元素を励起することも可能である。   In the present embodiment, blue light having a predetermined wavelength is emitted from the light emitting layer 22 by applying a predetermined voltage between the p-type electrode 25 and the n-type electrode 26 by a predetermined power source (not shown). In the present embodiment, the LED element 20 acts as a light emitting light source or an excitation light source as will be described later. However, the excitation light source may be other as long as it can excite the phosphor 10. For example, the excitation light source can be an electron beam gun or an electron emitter, and the rare earth or transition metal element of the fluorescent layer 13 can be excited by electrons.

n型導電層21は、III族窒化物に所定のn型のドーパントが添加されてなる。III族窒化物としては、例えば、全III族元素に対するGaの含有量が50at%以上、好ましくは70原子%以上の窒化物、さらに好ましくはGaNが用いられる。Ga以外のIII族元素として、Al及びInなどを含んでもよい。ドーパントとしては、例えばSiが用いられる。他にも、B、Geなどを用いることができる。n型導電層21は、数μm程度の厚みに形成される。n型導電層21は、転位密度が1×10/cm以下、(002)面におけるX線ロッキングカーブにおける半値幅が300秒以下という高い結晶品質を有するように構成される。 The n-type conductive layer 21 is formed by adding a predetermined n-type dopant to a group III nitride. As the group III nitride, for example, a nitride having a Ga content with respect to all group III elements of 50 at% or more, preferably 70 atomic% or more, more preferably GaN is used. Al and In may be included as group III elements other than Ga. For example, Si is used as the dopant. In addition, B, Ge, or the like can be used. The n-type conductive layer 21 is formed to a thickness of about several μm. The n-type conductive layer 21 is configured to have a high crystal quality such that a dislocation density is 1 × 10 9 / cm 2 or less and a half-value width in an X-ray rocking curve on the (002) plane is 300 seconds or less.

発光層22に用いるIII族窒化物の組成は、発光させる光の波長に応じて定められる。該組成に応じて発光層22のバンドギャップが変化するからである。例えばGaInN(x+y=1,x≧0、y≧0)にて発光層22を形成する場合、Inの比率によってバンドギャップ、つまりは発光波長が、青色光を発光する範囲で調整可能とされる。 The composition of the group III nitride used for the light emitting layer 22 is determined according to the wavelength of light to be emitted. This is because the band gap of the light emitting layer 22 changes according to the composition. For example, when the light emitting layer 22 is formed with Ga x In y N (x + y = 1, x ≧ 0, y ≧ 0), the band gap, that is, the emission wavelength is adjusted in the range of emitting blue light by the ratio of In. It is possible.

p型導電層24は、III族窒化物に所定のp型のドーパントが添加されてなる。III族窒化物としては、例えば、全III族元素に対するGaの含有量が50at%以上、好ましくは70原子%以上の窒化物、さらに好ましくはGaNが用いられる。Ga以外のIII族元素として、Al及びInなどを含んでもよい。ドーパントとしては、例えばMgが用いられる。他にも、Zn、Beなどを用いることができる。p型導電層24は、数百nm程度の厚みに形成される。p型導電層24は、転位密度が1×10/cm以下、(002)面におけるX線ロッキングカーブにおける半値幅が300秒以下という高い結晶品質を有するように構成される。また、キャリア密度が1×1016/cm以上であることが必要であり、さらには1×1017/cm以上であることが好ましい。これにより、p型導電層24内での電圧降下を抑制できるとともに、発光層22に効率的に電圧を加え、発光効率の向上を図ることができる。 The p-type conductive layer 24 is formed by adding a predetermined p-type dopant to a group III nitride. As the group III nitride, for example, a nitride having a Ga content with respect to all group III elements of 50 at% or more, preferably 70 atomic% or more, more preferably GaN is used. Al and In may be included as group III elements other than Ga. As the dopant, for example, Mg is used. In addition, Zn, Be, or the like can be used. The p-type conductive layer 24 is formed to a thickness of about several hundred nm. The p-type conductive layer 24 is configured to have a high crystal quality such that a dislocation density is 1 × 10 9 / cm 2 or less and a half-value width in an X-ray rocking curve on the (002) plane is 300 seconds or less. The carrier density needs to be 1 × 10 16 / cm 3 or more, and more preferably 1 × 10 17 / cm 3 or more. Thereby, a voltage drop in the p-type conductive layer 24 can be suppressed, and a voltage can be efficiently applied to the light emitting layer 22 to improve the light emission efficiency.

クラッド層23は、注入される電子の閉じこめ効果を高めるべく設けられる。例えば、p型導電層24のGaの一部をAlにて置換した組成のIII族窒化物において形成される。   The clad layer 23 is provided to enhance the confinement effect of injected electrons. For example, it is formed of a group III nitride having a composition in which a part of Ga of the p-type conductive layer 24 is replaced with Al.

本実施の形態に係る発光装置1においては、所定の電圧が印加されることによってLED素子20が青色光(B)を発光すると、その一部が蛍光体10に吸収され、そのエネルギーが励起エネルギーとなって、添加層131および133に添加された希土類あるいは遷移金属元素をそれぞれ励起し、それぞれに固有の波長の発光が生じる。これに加え、上述したMQW構造の井戸層である添加層131および133に閉じこめられていた電子あるいはホールといったキャリアが、青色光(B)によるエネルギーを得ることで再結合して発するエネルギーも、希土類あるいは遷移金属元素を励起するので、係るプロセスによっても同様に発光が生じる。その結果として、緑色蛍光層13Gおよび赤色蛍光層13Rからそれぞれ、緑色光(G)と赤色光(R)との蛍光が、高い発光効率で発せられることになる。そして、LED素子20から発光された青色光と、蛍光体10から発光された緑色光と赤色光とが混合することによって、白色光の発光が実現される。   In the light emitting device 1 according to the present embodiment, when a predetermined voltage is applied and the LED element 20 emits blue light (B), a part thereof is absorbed by the phosphor 10, and the energy is excited energy. As a result, the rare earth or transition metal element added to the additive layers 131 and 133 is excited, and light emission having a specific wavelength occurs. In addition to this, the energy generated by the recombination of carriers such as electrons or holes confined in the additive layers 131 and 133 which are well layers of the MQW structure described above by obtaining energy from blue light (B) is also rare earth. Alternatively, since the transition metal element is excited, light emission is similarly generated by such a process. As a result, green light (G) and red light (R) are emitted with high luminous efficiency from the green fluorescent layer 13G and the red fluorescent layer 13R, respectively. The blue light emitted from the LED element 20 and the green light and red light emitted from the phosphor 10 are mixed to realize white light emission.

これにより、2色混合よりも発色性に優れた3色混合による白色光の発光を、3色のLEDチップを用いるよりも安価な、1つのLEDチップと1つの蛍光体との組合せによって実現することができ、かつ高い輝度の白色光を得ることができる。   As a result, light emission of white light by three-color mixing, which has better color developability than two-color mixing, is realized by a combination of one LED chip and one phosphor that is less expensive than using three-color LED chips. And high brightness white light can be obtained.

なお、蛍光層に添加する元素として他の希土類あるいは遷移金属元素を用いることにより、あるいは、異なる色を発光するLED素子20を用いることにより、色の組合せを異なるものとすることによって、白色光のみならず、任意の色の発光を実現することも可能である。また、蛍光層13が3種類以上の色を発光する層によって形成される態様であってもよい。   In addition, by using other rare earth elements or transition metal elements as elements to be added to the fluorescent layer, or by using LED elements 20 that emit different colors, the color combination is different, so that only white light is emitted. It is also possible to realize light emission of any color. Alternatively, the fluorescent layer 13 may be formed of a layer that emits three or more colors.

また、蛍光体10に直接に電圧を印加する発光素子と異なり、希土類あるいは遷移金属元素の添加量に電気的な制約がなく、また転位の存在による悪影響も小さいことから、結晶品質の許容範囲が広くなる。よって、1つの素子の大型化も容易である。   In addition, unlike a light emitting element that directly applies a voltage to the phosphor 10, there is no electrical restriction on the amount of rare earth or transition metal element added, and there is little adverse effect due to the presence of dislocations. Become wider. Therefore, it is easy to increase the size of one element.

<第2の実施の形態>
第1の実施の形態においては、青色光を発光する発光光源と、緑色光と赤色光との蛍光を発光する蛍光層とが別体のものとなっていたが、青色光を励起光源として、緑色光と赤色光とを発光させて白色光を得る上で、両者が別体であることは必須の要件ではない。本実施の形態においては、両者が一体となった態様について説明する。
<Second Embodiment>
In the first embodiment, the light emitting light source that emits blue light and the fluorescent layer that emits fluorescence of green light and red light are separated, but blue light is used as an excitation light source. In obtaining white light by emitting green light and red light, it is not an essential requirement that they are separate. In the present embodiment, a mode in which both are integrated will be described.

図2は、第2の実施の形態に係る発光装置101を模式的に示す図である。本実施の形態に係る発光装置101は、第1の実施の形態に係る蛍光体10に相当する蛍光体構造110上に、第1の実施の形態に係るLED素子20の基板より上の層に相当するダイオード構造120が形成されてなるものといえる。換言すれば、発光装置101は、蛍光体構造110を基板として、その上に、ダイオード構造120が形成されてなる発光素子として作用するものである。   FIG. 2 is a diagram schematically showing the light emitting device 101 according to the second embodiment. The light emitting device 101 according to the present embodiment is formed on the phosphor structure 110 corresponding to the phosphor 10 according to the first embodiment and on the layer above the substrate of the LED element 20 according to the first embodiment. It can be said that the corresponding diode structure 120 is formed. In other words, the light emitting device 101 functions as a light emitting element in which the phosphor structure 110 is used as a substrate and the diode structure 120 is formed thereon.

より具体的には、発光装置101は、例えばサファイア単結晶からなる基板111上に、低温バッファ層114と、下地層112と、蛍光層113と、n型導電層121と、発光層122と、クラッド層123と、p型導電層124とが順に形成されてなる。これらは、それぞれ、第1の実施の形態に係る基板11、低温バッファ層14、下地層12、蛍光層13、n型導電層21、発光層22、クラッド層123、p型導電層24と同様の組成や構造を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。なお、低温バッファ層114は、下地層112の結晶性を確保するうえで必要な場合に設けられる。また、p型導電層124上には、p型電極125が形成され、n型導電層121の一部は露出しており、この露出した部分にn型電極126が形成されている点も同様である。   More specifically, the light-emitting device 101 includes, for example, a low-temperature buffer layer 114, a base layer 112, a fluorescent layer 113, an n-type conductive layer 121, a light-emitting layer 122 on a substrate 111 made of sapphire single crystal. A clad layer 123 and a p-type conductive layer 124 are sequentially formed. These are the same as the substrate 11, the low-temperature buffer layer 14, the underlayer 12, the fluorescent layer 13, the n-type conductive layer 21, the light-emitting layer 22, the cladding layer 123, and the p-type conductive layer 24 according to the first embodiment, respectively. Therefore, detailed description thereof is omitted. Note that the low temperature buffer layer 114 is provided when necessary to ensure the crystallinity of the base layer 112. Similarly, a p-type electrode 125 is formed on the p-type conductive layer 124, a part of the n-type conductive layer 121 is exposed, and an n-type electrode 126 is formed on the exposed part. It is.

発光装置101は、下地層112をMOCVD法により形成し、他の層を、MBE法によって形成するのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、全ての層をMOCVD法で形成してもよいし、全ての層をMBE法によって形成してもよい。   In the light emitting device 101, it is preferable to form the base layer 112 by the MOCVD method and the other layers by the MBE method from the viewpoint of realizing high crystal quality, but all the layers are formed by the MOCVD method. Alternatively, all layers may be formed by the MBE method.

本実施の形態においても、ダイオード構造120のp型電極125とn型電極126との間に電圧が印加されることによって発光層122から青色光が発光されると、その一部が蛍光体構造110に吸収され、そのエネルギーが励起エネルギーとなって、第1の実施の形態の蛍光層13と同様にMQW構造を有する緑色蛍光層113Gおよび赤色蛍光層113Rに添加された希土類あるいは遷移金属元素をそれぞれ直接に、あるいは井戸層に存在するキャリアの再結合により生じるエネルギーによって励起する。これにより、緑色蛍光層113Gおよび赤色蛍光層113Rからそれぞれ、緑色光(G)と赤色光(R)との蛍光が発せられる。そして、ダイオード構造120から発光された青色光と、蛍光体構造110から発光された緑色光と赤色光とが混合することによって、白色光の発光が実現される。   Also in the present embodiment, when blue light is emitted from the light emitting layer 122 by applying a voltage between the p-type electrode 125 and the n-type electrode 126 of the diode structure 120, a part of the light is emitted from the phosphor structure. The rare earth element or the transition metal element added to the green fluorescent layer 113G and the red fluorescent layer 113R having the MQW structure as in the fluorescent layer 13 of the first embodiment is absorbed by 110 and the energy becomes excitation energy. Each is excited directly or by energy generated by recombination of carriers existing in the well layer. Thereby, fluorescence of green light (G) and red light (R) is emitted from the green fluorescent layer 113G and the red fluorescent layer 113R, respectively. The blue light emitted from the diode structure 120, the green light emitted from the phosphor structure 110, and the red light are mixed to realize white light emission.

なお、ダイオード構造120の部分には電圧が印加されるが、その下の発光体構造110の部分には電圧は印加されないので、その組成に電気的な制約がない点は、第1の実施の形態と同様である。   In addition, although a voltage is applied to the portion of the diode structure 120, but no voltage is applied to the portion of the light emitter structure 110 therebelow, there is no electrical restriction on its composition. It is the same as the form.

よって、本実施の形態に係る発光装置おいても、第1の実施の形態と同様に、高輝度の白色光を安価に得ることができる。また、ダイオード構造120を蛍光体110上に直接形成していることから、第1の実施の形態より小型で、発光効率がよい発光装置を得ることができる。   Therefore, also in the light emitting device according to the present embodiment, high-luminance white light can be obtained at a low cost, as in the first embodiment. In addition, since the diode structure 120 is formed directly on the phosphor 110, a light emitting device that is smaller than the first embodiment and has high luminous efficiency can be obtained.

また、本実施の形態においては、青色の発光効率がよいIII族窒化物をダイオード構造120の発光層122として用いるとともに、該III族窒化物と同種の元素からなる物質を、蛍光層113の添加層に用いることで高い閉じ込め効果を得ることができる。よって、例えば、MOCVD装置のみで、あるいはMBE装置のみで発光装置を形成する場合に、同種の窒化物を用いて蛍光体構造110とダイオード構造120とを連続して形成することができる。これは、作製プロセスの単純化やコストの抑制の面で好適な態様である。   In the present embodiment, a group III nitride having a blue emission efficiency is used as the light emitting layer 122 of the diode structure 120, and a substance composed of the same kind of element as the group III nitride is added to the fluorescent layer 113. By using it for the layer, a high confinement effect can be obtained. Therefore, for example, when the light emitting device is formed only by the MOCVD apparatus or only by the MBE apparatus, the phosphor structure 110 and the diode structure 120 can be continuously formed using the same kind of nitride. This is a preferable aspect in terms of simplification of the manufacturing process and cost reduction.

<第3の実施の形態>
第1および第2の実施の形態は、いずれも、青色光を励起光源として、緑色光と赤色光の蛍光を得ることで白色光を実現する態様であったが、蛍光を利用して白色光を得る態様は、これらに限定されない。本実施の形態においては、異なる構成にて白色光を得る態様について説明する。
<Third Embodiment>
In both the first and second embodiments, blue light is used as an excitation light source and white light is obtained by obtaining fluorescence of green light and red light. However, white light is utilized using fluorescence. The mode of obtaining is not limited to these. In the present embodiment, an aspect of obtaining white light with a different configuration will be described.

図3は、第3の実施の形態に係る発光装置201を模式的に示す図である。図3に示す発光装置201は、蛍光体210と、LED素子220とを備える。   FIG. 3 is a diagram schematically showing a light emitting device 201 according to the third embodiment. A light emitting device 201 illustrated in FIG. 3 includes a phosphor 210 and an LED element 220.

蛍光体210は、例えばサファイア単結晶からなる基板211上に、下地層212と、蛍光層213とがこの順に形成されてなる。基板211は、サファイア単結晶のほか、ZnO単結晶、LiAlO単結晶、LiGaO単結晶、MgAl単結晶、MgO単結晶などの酸化物単結晶、Si単結晶、SiC単結晶などのIV族あるいはIV−IV族単結晶、GaAs単結晶、AlN単結晶、GaN単結晶、およびAlGaN単結晶などのIII−V族単結晶、ZrBなどのホウ化物単結晶などの、公知の基板材料によって構成することができる。また、下地層212や蛍光層213は、所定の組成のIII族窒化物、あるいはこれに所定の添加元素を添加して形成されるが、各層の具体的な組成は、その目的や作用によって、適宜に設定される。また、蛍光体210は、下地層212をMOCVD法により形成し、蛍光層213を、MBE法によって形成するのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、全ての層をMOCVD法で形成してもよいし、全ての層をMBE法によって形成してもよい。 The phosphor 210 has a base layer 212 and a phosphor layer 213 formed in this order on a substrate 211 made of, for example, sapphire single crystal. The substrate 211 is not only a sapphire single crystal but also a ZnO single crystal, a LiAlO 2 single crystal, a LiGaO 2 single crystal, a MgAl 2 O 4 single crystal, a MgO single crystal or other oxide single crystal, a Si single crystal, a SiC single crystal, or the like. Known substrate materials such as Group IV or IV-IV single crystals, GaAs single crystals, AlN single crystals, GaN single crystals, III-V single crystals such as AlGaN single crystals, and boride single crystals such as ZrB 2 Can be configured. In addition, the underlayer 212 and the fluorescent layer 213 are formed by adding a predetermined group III nitride or a predetermined additive element thereto, and the specific composition of each layer depends on the purpose and function thereof. It is set appropriately. In the phosphor 210, it is preferable from the viewpoint of realizing high crystal quality that the underlayer 212 is formed by the MOCVD method and the fluorescent layer 213 is formed by the MBE method, but all layers are formed by the MOCVD method. Or all layers may be formed by the MBE method.

下地層212は、例えばAlGaNなどのIII族窒化物である。特に、下地層212は、転位密度が1×1011/cm以下、(002)面におけるX線ロッキングカーブにおける半値幅が200秒以下という高い結晶品質を有するように構成されることが望ましい。下地層212の厚みは、クラックの発生や用途などを考慮して適宜選択される。例えば数μm程度である。なお、Alを含むIII族窒化物材料を用いることにより、下地層212のバンドギャップを大きくすることができるため、LED素子220から発光される紫外光を透過させることができる。従って、特に紫外光を励起光として使用する場合には、下地層は紫外光の波長に対応するバンドギャップ以上になるようにAlを含むことが望ましく、特にAlNが望ましい。 The underlayer 212 is a group III nitride such as AlGaN, for example. In particular, the underlayer 212 is desirably configured to have a high crystal quality such that the dislocation density is 1 × 10 11 / cm 2 or less and the half-value width in the X-ray rocking curve on the (002) plane is 200 seconds or less. The thickness of the foundation layer 212 is appropriately selected in consideration of the occurrence of cracks and the use. For example, it is about several μm. In addition, since the band gap of the foundation layer 212 can be increased by using a group III nitride material containing Al, ultraviolet light emitted from the LED element 220 can be transmitted. Therefore, particularly when ultraviolet light is used as excitation light, it is desirable that the underlayer contains Al so that the band gap is equal to or greater than the band gap corresponding to the wavelength of ultraviolet light, and AlN is particularly desirable.

蛍光層213は、図3において拡大して図示するように、3種類の層によって構成されてなる。1つは、所定のエネルギーを吸収することにより、青色(B)の蛍光を発する青色蛍光層213Bであり、もう1つは、所定のエネルギーを吸収することにより、緑色(G)の蛍光を発する緑色蛍光層213Gであり、さらにもう1つは、所定のエネルギーを吸収することにより、赤色(R)の蛍光を発する赤色蛍光層213Rである。   The fluorescent layer 213 is composed of three types of layers as shown in an enlarged view in FIG. One is a blue fluorescent layer 213B that emits blue (B) fluorescence by absorbing predetermined energy, and the other is green (G) fluorescence by absorbing predetermined energy. The green fluorescent layer 213G is a red fluorescent layer 213R that emits red (R) fluorescence by absorbing predetermined energy.

青色蛍光層213Bは、希土類あるいは遷移金属III族窒化物からなる微細な島状結晶I1が離散的に形成され、該島状結晶I1を覆うように、厚みが数nm程度の、III族窒化物によるキャップ層C1が形成されてなる、という構造が、多数回(好ましくは数十回)繰り返されてなる。なお、島状結晶I1は、量子効果が出現するような程度の、微細な大きさに形成される。すなわち、青色蛍光層213Bは、島状結晶I1が量子ドットとして作用する量子ドット構造が多層積層されてなる構造を有してなる。島状結晶I1とキャップ層C1とは、相異なる組成の窒化物により形成される。具体的には、キャップ層C1の中に、よりバンドギャップが小さい島状結晶を形成してなる。係る構造によって島状結晶I1の中にキャリアが効果的に閉じこめられる。島状結晶I1は、例えば、GaN、InN、あるいはGaInNからなり、キャップ層C1はAlNにより形成される。係る島状結晶I1は、下地層212またはキャップ層C1を構成するAlNの格子定数よりも、島状結晶I1を構成するIII族窒化物の格子定数の方が大きく、両者の間の界面エネルギーが大きいことを利用して形成されるものである。さらに、島状結晶I1には、励起されることによって青色を発光する希土類あるいは遷移金属元素が添加されてなる。例えば、Tmが添加されてなる。なお、この青色蛍光層213Bの構造は、別の見方をすれば、希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層2131と、添加されていない非添加層2132とが多層積層されている構造であると捉えることもできる。   The blue fluorescent layer 213B is a group III nitride in which fine island-shaped crystals I1 made of rare earth or transition metal group III nitride are discretely formed and the thickness is about several nm so as to cover the island-shaped crystal I1. The structure that the cap layer C1 is formed is repeated many times (preferably several tens of times). The island-like crystal I1 is formed in a fine size such that a quantum effect appears. In other words, the blue fluorescent layer 213B has a structure in which multiple quantum dot structures in which the island-like crystals I1 act as quantum dots are stacked. The island-shaped crystal I1 and the cap layer C1 are formed of nitrides having different compositions. Specifically, an island-like crystal having a smaller band gap is formed in the cap layer C1. With such a structure, carriers are effectively confined in the island-like crystal I1. The island-shaped crystal I1 is made of, for example, GaN, InN, or GaInN, and the cap layer C1 is formed of AlN. The island-like crystal I1 has a larger lattice constant of the group III nitride constituting the island-like crystal I1 than the lattice constant of AlN constituting the base layer 212 or the cap layer C1, and the interfacial energy between the two is larger. It is formed using the big thing. Further, the island-like crystal I1 is doped with a rare earth or transition metal element that emits blue light when excited. For example, Tm is added. From another viewpoint, the blue fluorescent layer 213B has a multilayer structure in which an additive layer 2131 to which a rare earth or transition metal element is added and a non-added layer 2132 to which no additive is added are stacked. It can also be taken as.

緑色蛍光層213Gおよび赤色蛍光層213Rについては、それぞれに、添加されている希土類あるいは遷移金属元素が、励起されることによって緑色を発光する希土類あるいは遷移金属元素や励起されることによって赤色を発光する希土類あるいは遷移金属元素であることの相違はあるものの、それぞれ、青色蛍光層213Bと同様の量子ドット構造を有してなる。すなわち、緑色蛍光層213Gは、島状結晶I2とキャップ層C2とからなり、赤色蛍光層213Rは、島状結晶I3とキャップ層C3とからなる。島状結晶I2は、例えば、GaNにTbあるいはHoが添加されてなり、島状結晶I3は、例えば、GaNにEuが添加されてなり、キャップ層C2およびC3はいずれもAlNにより形成される。そして、緑色蛍光層213Gは、希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層2133と、添加されていない非添加層2134とが多層積層されている構造であると捉えることもでき、赤色蛍光層213Rは、希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層2135と、添加されていない非添加層2136とが多層積層されている構造であると捉えることもできる。   Regarding the green fluorescent layer 213G and the red fluorescent layer 213R, the rare earth element or transition metal element added emits red light when excited by the rare earth element or transition metal element that emits green light when excited. Each has a quantum dot structure similar to that of the blue fluorescent layer 213B, although there is a difference between rare earth elements and transition metal elements. That is, the green fluorescent layer 213G includes the island-shaped crystals I2 and the cap layer C2, and the red fluorescent layer 213R includes the island-shaped crystals I3 and the cap layer C3. The island-like crystal I2 is made of, for example, Tb or Ho added to GaN, the island-like crystal I3 is made of, for example, Eu added to GaN, and the cap layers C2 and C3 are both made of AlN. The green fluorescent layer 213G can also be regarded as a structure in which an additive layer 2133 to which a rare earth element or a transition metal element is added and a non-added layer 2134 to which no additive is added are laminated. The red fluorescent layer 213R Can also be regarded as a structure in which an additive layer 2135 to which a rare earth element or a transition metal element is added and a non-added layer 2136 to which no additive is added are laminated.

なお、添加する希土類あるいは遷移金属元素の種類、濃度、島状結晶の密度および島状結晶を含む層の数等を調整することにより、所望の色合いの光、例えば白色光を高効率で発光することが可能である。   Note that light of a desired color, for example, white light, can be emitted with high efficiency by adjusting the kind, concentration, density of island crystals, the number of layers including island crystals, and the like of the rare earth element or transition metal element to be added. It is possible.

なお、発光効率の向上という観点からは、緑色蛍光層213Gの島状結晶C1、および、赤色蛍光層213Rの島状結晶C2のいずれにおいても、結晶性を劣化させない範囲でできるだけ多くの希土類あるいは遷移金属元素を添加することが好ましい。本実施の形態においては、電気的な制約がないことから、特許文献3および特許文献4に開示されているような、活性層に電圧を印加する発光させる発光素子に比して、組成についての自由度が高いといえる。すなわち、電圧印加による発光素子よりも多くの希土類あるいは遷移金属元素を添加することができ、より高い発行効率を得ることができる。   From the viewpoint of improving the light emission efficiency, both the island-like crystals C1 of the green phosphor layer 213G and the island-like crystals C2 of the red phosphor layer 213R have as many rare earths or transitions as possible without degrading the crystallinity. It is preferable to add a metal element. In this embodiment, since there are no electrical restrictions, the composition is less than that of the light emitting element that emits light by applying a voltage to the active layer as disclosed in Patent Document 3 and Patent Document 4. It can be said that the degree of freedom is high. That is, more rare earth elements or transition metal elements can be added than a light emitting element by voltage application, and higher issuance efficiency can be obtained.

LED素子220は、紫外発光するPN型の半導体発光素子、いわゆる紫外発光ダイオードである。LED素子220は、例えばサファイアからなる基板227上に、下地層228と、n型導電層221と、クラッド層222と、発光層223と、p型導電層224とが順に形成されてなる。p型導電層224上には、例えばAl/Niからなるp型電極225が形成されている。また、n型導電層221の一部は露出しており、この露出した部分には、例えばAu/Tiからなるn型電極226が形成されている。なお、基板227としては、蛍光体213に用いることができるものと同様の基板材料を用いることができる。また、下地層228、n型導電層221、クラッド層222、発光層223、およびp型導電層224は、所定の組成のIII族窒化物、あるいはこれに所定の添加元素を添加して形成されるが、各層の具体的な組成は、その目的や作用によって、適宜に設定される。また、各層はいずれもMOCVD法によって形成されるのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、MBE法を一部又は全部の層の形成に用いる態様であってもよい。   The LED element 220 is a PN-type semiconductor light-emitting element that emits ultraviolet light, a so-called ultraviolet light-emitting diode. The LED element 220 includes a base layer 228, an n-type conductive layer 221, a cladding layer 222, a light-emitting layer 223, and a p-type conductive layer 224 formed in this order on a substrate 227 made of, for example, sapphire. On the p-type conductive layer 224, a p-type electrode 225 made of, for example, Al / Ni is formed. A part of the n-type conductive layer 221 is exposed, and an n-type electrode 226 made of, for example, Au / Ti is formed in the exposed part. Note that as the substrate 227, a substrate material similar to that used for the phosphor 213 can be used. The underlayer 228, the n-type conductive layer 221, the cladding layer 222, the light emitting layer 223, and the p-type conductive layer 224 are formed by adding a group III nitride having a predetermined composition or a predetermined additive element thereto. However, the specific composition of each layer is appropriately set depending on the purpose and action. Each layer is formed by the MOCVD method, which is preferable from the viewpoint of realizing high crystal quality, but the MBE method may be used for forming some or all layers.

本実施の形態においては、図示しない所定の電源によってp型電極225とn型電極226との間に所定の電圧が印加されることによって、発光層223から所定の波長の紫外光が発光する。本実施の形態において、LED素子220は、発光光源あるいは後述するように、励起光源として作用する。ただし、励起光源は、蛍光体210を励起できるものであれば他のものであってもよい。例えば、励起光源を電子線銃あるいは電子放出体として、電子により蛍光層213の希土類あるいは遷移金属元素を励起することも可能である。   In the present embodiment, ultraviolet light having a predetermined wavelength is emitted from the light emitting layer 223 by applying a predetermined voltage between the p-type electrode 225 and the n-type electrode 226 by a predetermined power source (not shown). In the present embodiment, the LED element 220 acts as a light emitting light source or an excitation light source as will be described later. However, the excitation light source may be other as long as the phosphor 210 can be excited. For example, the excitation light source can be an electron beam gun or an electron emitter, and the rare earth or transition metal element of the fluorescent layer 213 can be excited by electrons.

下地層228は、例えばAlNで形成される。特に、下地層228は、転位密度が1×1011/cm以下、(002)面におけるX線ロッキングカーブにおける半値幅が200秒以下という高い結晶品質を有するように形成されることが望ましい。下地層12の厚みは、クラックの発生や用途などを考慮して適宜選択される。例えば数μm程度である。 The underlayer 228 is made of, for example, AlN. In particular, the base layer 228 is desirably formed so as to have a high crystal quality such that the dislocation density is 1 × 10 11 / cm 2 or less and the half-value width in the X-ray rocking curve on the (002) plane is 200 seconds or less. The thickness of the underlayer 12 is appropriately selected in consideration of the occurrence of cracks and the use. For example, it is about several μm.

n型導電層221は、III族窒化物に所定のn型のドーパントが添加されてなる。上記のように下地層228がAlNである場合、III族窒化物としては、例えば、全III族元素に対するAlの含有量が下地層228よりもAlの含有量が少ない窒化物が用いられる。Al以外のIII族元素として、Ga及びInなどを含んでもよい。ドーパントとしては、例えばSiが用いられる。他にも、B、Geなどを用いることができる。n型導電層221は、転位密度が1×1011/cm以下、(002)面におけるX線ロッキングカーブにおける半値幅が200秒以下という高い結晶品質を有するように構成される。 The n-type conductive layer 221 is formed by adding a predetermined n-type dopant to a group III nitride. As described above, when the underlayer 228 is AlN, as the group III nitride, for example, a nitride in which the Al content with respect to all the group III elements is lower than the underlayer 228 is used. Ga and In may be included as group III elements other than Al. For example, Si is used as the dopant. In addition, B, Ge, or the like can be used. The n-type conductive layer 221 is configured to have a high crystal quality such that a dislocation density is 1 × 10 11 / cm 2 or less and a half width in an X-ray rocking curve on the (002) plane is 200 seconds or less.

クラッド層222は、例えば、上記のように下地層228がAlNである場合、n型導電層221のGaの一部をAlにて置換した組成のIII族窒化物に、Siが添加されて形成される。   For example, when the base layer 228 is AlN as described above, the cladding layer 222 is formed by adding Si to a group III nitride having a composition in which a part of Ga of the n-type conductive layer 221 is replaced with Al. Is done.

発光層223は、III族窒化物に、発光中心のアクセプタとなる所定の添加元素が添加されてなる。本実施の形態において、発光層223は、図3において拡大して図示するように、第1組成層2231と、第2組成層2232とが、数nmずつ交互に、数層ずつ積層されてなる。例えば、第1組成層2231はAlGaInN(x+y+z=1,x≧0、y≧0、z≧0)にSiを添加して形成され、第2組成層2232は、AlGaN(x+y=1,x≧0、y≧0)にSiを添加して形成される。係る場合、wellにあたる部分をInを含む第1組成層2231とするMQW構造を実現することによって、紫外光の発光効率の向上が図られている。 The light emitting layer 223 is formed by adding a predetermined additive element serving as an acceptor of the light emission center to the group III nitride. In the present embodiment, the light emitting layer 223 is formed by laminating several layers of first composition layers 2231 and second composition layers 2232 alternately by several nanometers, as shown in an enlarged view in FIG. . For example, the first composition layer 2231 is formed by adding Si to Al x Ga y In z N (x + y + z = 1, x ≧ 0, y ≧ 0, z ≧ 0), and the second composition layer 2232 is formed of Al x It is formed by adding Si to Ga y N (x + y = 1, x ≧ 0, y ≧ 0). In such a case, the emission efficiency of ultraviolet light is improved by realizing an MQW structure in which the portion corresponding to the well is the first composition layer 2231 containing In.

p型導電層224は、III族窒化物に所定のp型のドーパントが添加されてなる。III族窒化物としては、例えば、全III族元素に対するGaの含有量が50at%以上のIII族窒化物が用いられる。Ga以外のIII族元素として、Al及びInなどを含んでもよい。ドーパントとしては、例えばMgが用いられる。他にも、Zn、Beなどを用いることができる。p型導電層224は、数百nm程度の厚みに形成される。p型導電層224は、転位密度が1×1011/cm以下、(002)面におけるX線ロッキングカーブにおける半値幅が200秒以下という高い結晶品質を有するように構成される。また、キャリア密度が1×1016/cm以上であることが必要であり、さらには1×1017/cm以上であることが好ましい。これにより、p型導電層224内での電圧降下を抑制できるとともに、発光層223に効率的に電圧を加え、発光効率の向上を図ることができる。 The p-type conductive layer 224 is formed by adding a predetermined p-type dopant to a group III nitride. As the group III nitride, for example, a group III nitride having a Ga content of 50 at% or more with respect to all group III elements is used. Al and In may be included as group III elements other than Ga. As the dopant, for example, Mg is used. In addition, Zn, Be, or the like can be used. The p-type conductive layer 224 is formed with a thickness of about several hundred nm. The p-type conductive layer 224 is configured to have a high crystal quality such that the dislocation density is 1 × 10 11 / cm 2 or less and the half width in the X-ray rocking curve on the (002) plane is 200 seconds or less. The carrier density needs to be 1 × 10 16 / cm 3 or more, and more preferably 1 × 10 17 / cm 3 or more. Thereby, a voltage drop in the p-type conductive layer 224 can be suppressed, and a voltage can be efficiently applied to the light emitting layer 223 to improve light emission efficiency.

本実施の形態に係る発光装置201においては、所定の電圧が印加されることによってLED素子220が紫外光(UV)を発光すると、その一部が蛍光体210に吸収され、そのエネルギーが励起エネルギーとなって、島状結晶C1、C2およびC3に添加された希土類あるいは遷移金属元素をそれぞれ励起し、それぞれに固有の波長の発光が生じる。これに加え、量子ドットである島状結晶C1、C2およびC3に閉じこめられていた電子あるいはホールといったキャリアが、紫外光(UV)によるエネルギーを得ることで再結合して発するエネルギーも、希土類あるいは遷移金属元素を励起するので、係るプロセスによっても同様に発光が生じる。その結果として、希土類あるいは遷移金属青色蛍光層213B、緑色蛍光層213G、および赤色蛍光層213Rからそれぞれ、青色光(B)、緑色光(G)および赤色光(R)との蛍光が、高い発光効率で発せられることになる。そして、これら蛍光体210から発光された青色光と緑色光と赤色光とが混合することによって、白色光の発光が実現される。   In the light emitting device 201 according to the present embodiment, when a predetermined voltage is applied and the LED element 220 emits ultraviolet light (UV), a part thereof is absorbed by the phosphor 210, and the energy is excited energy. Thus, the rare earth or transition metal element added to the island-like crystals C1, C2 and C3 is respectively excited, and light emission having a specific wavelength occurs. In addition to this, the energy generated by the recombination of carriers such as electrons or holes confined in the island-like crystals C1, C2 and C3, which are quantum dots, by obtaining energy by ultraviolet light (UV) is also rare earth or transition. Since the metal element is excited, light emission is caused by such a process as well. As a result, the fluorescence of blue light (B), green light (G), and red light (R) is high emission from the rare earth or transition metal blue fluorescent layer 213B, green fluorescent layer 213G, and red fluorescent layer 213R, respectively. It will be emitted with efficiency. The blue light, green light, and red light emitted from the phosphors 210 are mixed to realize white light emission.

これにより、2色混合よりも発色性に優れた3色混合による白色光の発光を、3色のLEDチップを用いるよりも安価な、1つのLEDチップと1つの蛍光体との組合せによって実現することができ、かつ高い輝度の白色光を得ることができる。   As a result, light emission of white light by three-color mixing, which has better color developability than two-color mixing, is realized by a combination of one LED chip and one phosphor that is less expensive than using three-color LED chips. And high brightness white light can be obtained.

なお、蛍光層に添加する元素として他の希土類あるいは遷移金属元素を用いることにより、あるいは、異なる色を発光するLED素子220を用いることにより、色の組合せを異なるものとすることによって、白色光のみならず、任意の色の発光を実現することも可能である。また、蛍光層213が4種類以上の色を発光する層によって形成される態様であってもよい。   In addition, by using other rare earth elements or transition metal elements as elements to be added to the fluorescent layer, or by using the LED elements 220 that emit different colors, the color combination is different, so that only white light is emitted. It is also possible to realize light emission of any color. Alternatively, the fluorescent layer 213 may be formed of a layer that emits four or more colors.

また、蛍光体210に直接に電圧を印加する発光素子と異なり、希土類あるいは遷移金属元素の添加量に電気的な制約がなく、また転位の存在による悪影響も小さいことから、結晶品質の許容範囲が広くなる。よって、1つの素子の大型化も容易である。   In addition, unlike a light emitting element that directly applies a voltage to the phosphor 210, there is no electrical restriction on the amount of rare earth or transition metal element added, and there is little adverse effect due to the presence of dislocations. Become wider. Therefore, it is easy to increase the size of one element.

<第4の実施の形態>
第3の実施の形態においては、紫外光を発光する発光光源と、青色光、緑色光、および赤色光の蛍光を発光する蛍光層とが別体のものとなっていたが、紫外光を励起光源として、青色光、緑色光、および赤色光を発光させて白色光を得る上で、両者が別体であることは必須の要件ではない。本実施の形態においては、両者が一体となった態様について説明する。
<Fourth embodiment>
In the third embodiment, the emission light source that emits ultraviolet light and the fluorescent layer that emits blue, green, and red fluorescence are separated, but the ultraviolet light is excited. In order to obtain white light by emitting blue light, green light, and red light as light sources, it is not an essential requirement that they are separate. In the present embodiment, a mode in which both are integrated will be described.

図4は、第4の実施の形態に係る発光装置301を模式的に示す図である。本実施の形態に係る発光装置301は、第2の実施の形態に係る蛍光体210に相当する蛍光体構造310上に、第2の実施の形態に係るLED素子220の基板より上の層に相当するダイオード構造320が形成されてなるものといえる。換言すれば、発光装置301は、蛍光体構造310を基板として、その上に、ダイオード構造320が形成されてなる発光素子として作用するものである。   FIG. 4 is a diagram schematically showing a light emitting device 301 according to the fourth embodiment. The light emitting device 301 according to the present embodiment is formed on the phosphor structure 310 corresponding to the phosphor 210 according to the second embodiment, and on a layer above the substrate of the LED element 220 according to the second embodiment. It can be said that the corresponding diode structure 320 is formed. In other words, the light emitting device 301 functions as a light emitting element in which the phosphor structure 310 is used as a substrate and the diode structure 320 is formed thereon.

より具体的には、発光装置301は、例えばサファイア単結晶からなる基板311上に、下地層312と、蛍光層313と、n型導電層321と、クラッド層322と、発光層323と、p型導電層324とが順に形成されてなる。これらは、それぞれ、第3の実施の形態に係る基板211、下地層212、蛍光層213、n型導電層221、クラッド層222、発光層223、p型導電層224と同様の組成や構造を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。また、p型導電層324上には、p型電極325が形成され、n型導電層321の一部は露出しており、この露出した部分にn型電極326が形成されている点も同様である。   More specifically, the light emitting device 301 includes, for example, a base layer 312, a fluorescent layer 313, an n-type conductive layer 321, a cladding layer 322, a light emitting layer 323, p on a substrate 311 made of sapphire single crystal. A type conductive layer 324 is sequentially formed. These have the same composition and structure as the substrate 211, the base layer 212, the fluorescent layer 213, the n-type conductive layer 221, the cladding layer 222, the light-emitting layer 223, and the p-type conductive layer 224 according to the third embodiment, respectively. Therefore, detailed description thereof is omitted. Similarly, a p-type electrode 325 is formed on the p-type conductive layer 324, a part of the n-type conductive layer 321 is exposed, and an n-type electrode 326 is formed on the exposed part. It is.

発光装置301は、下地層312をMOCVD法により形成し、他の層を、MBE法によって形成するのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、全ての層をMOCVD法で形成してもよいし、全ての層をMBE法によって形成してもよい。   In the light emitting device 301, it is preferable to form the base layer 312 by the MOCVD method and the other layers by the MBE method from the viewpoint of realizing high crystal quality, but all the layers are formed by the MOCVD method. Alternatively, all layers may be formed by the MBE method.

本実施の形態においても、ダイオード構造320のp型電極325とn型電極326との間に電圧が印加されることによって発光層323から紫外光が発光されると、その一部が蛍光体構造310に吸収され、そのエネルギーが励起エネルギーとなって、第3の実施の形態の蛍光層213と同様に量子ドット構造を有する青色蛍光層313B、緑色蛍光層313G、および赤色蛍光層313Rに添加された希土類あるいは遷移金属元素をそれぞれ直接に、あるいは井戸層に存在するキャリアの再結合により生じるエネルギーによって励起する。これにより、青色蛍光層313B、緑色蛍光層313G、および赤色蛍光層313Rからそれぞれ、青色光(B)、緑色光(G)、および赤色光(R)の蛍光が発せられる。そして、ダイオード構造320から発光された紫外光と、蛍光体構造310から発光された青色光、緑色光、および赤色光が混合することによって、白色光の発光が実現される。   Also in the present embodiment, when a voltage is applied between the p-type electrode 325 and the n-type electrode 326 of the diode structure 320 and ultraviolet light is emitted from the light emitting layer 323, a part of the phosphor structure is formed. The energy is absorbed by 310, and the energy becomes excitation energy, and is added to the blue fluorescent layer 313B, the green fluorescent layer 313G, and the red fluorescent layer 313R having the quantum dot structure similarly to the fluorescent layer 213 of the third embodiment. The rare earth element or transition metal element is excited directly or by energy generated by recombination of carriers existing in the well layer. Thereby, fluorescence of blue light (B), green light (G), and red light (R) is emitted from the blue fluorescent layer 313B, the green fluorescent layer 313G, and the red fluorescent layer 313R, respectively. The ultraviolet light emitted from the diode structure 320 and the blue light, the green light, and the red light emitted from the phosphor structure 310 are mixed to realize white light emission.

なお、ダイオード構造320の部分には電圧が印加されるが、その下の発光体構造310の部分には電圧は印加されないので、その組成に電気的な制約がない点は、第3の実施の形態と同様である。   In addition, although a voltage is applied to the portion of the diode structure 320, but no voltage is applied to the portion of the light emitter structure 310 below it, there is no electrical restriction on its composition. It is the same as the form.

よって、本実施の形態に係る発光装置おいても、第3の実施の形態と同様に、高輝度の白色光を安価に得ることができる。また、発光ダイオードを蛍光体上に直接形成していることから、第3の実施の形態より小型で、発光効率がよい発光装置を得ることができる。   Therefore, also in the light emitting device according to the present embodiment, high-luminance white light can be obtained at low cost, as in the third embodiment. In addition, since the light emitting diode is formed directly on the phosphor, a light emitting device that is smaller than the third embodiment and has high luminous efficiency can be obtained.

また、本実施の形態においては、紫外の発光効率がよいIII族窒化物をダイオード構造320の発光層323として用いるとともに、該III族窒化物と同種の元素からなる物質を、蛍光層313の添加層に用いることで高い閉じ込め効果を得ることができる。よって、例えば、MOCVD装置のみで、あるいはMBE装置のみで発光装置を形成する場合に、同種の窒化物を用いて蛍光体構造310とダイオード構造320とを連続して形成することができる。これは、作製プロセスの単純化やコストの抑制の面で好適な態様である。   In this embodiment mode, a group III nitride having a high ultraviolet emission efficiency is used as the light emitting layer 323 of the diode structure 320, and a substance composed of the same kind of element as the group III nitride is added to the fluorescent layer 313. By using it for the layer, a high confinement effect can be obtained. Therefore, for example, when the light emitting device is formed only by the MOCVD apparatus or only by the MBE apparatus, the phosphor structure 310 and the diode structure 320 can be continuously formed using the same kind of nitride. This is a preferable aspect in terms of simplification of the manufacturing process and cost reduction.

<第5の実施の形態>
第3および第4の実施の形態は、紫外光を励起光源として白色光を得る態様であったが、係る態様を実現するにあたって、各色の蛍光層が量子ドット構造を有することは必須の要件ではなく、第1および第2の実施の形態のようなMQW構造を有する態様でも、同様に白色光を得ることができる。本実施の形態においては、係る態様について説明するとともに、上記の実施の形態とは異なるダイオード構造について併せて説明する。
<Fifth embodiment>
In the third and fourth embodiments, white light is obtained using ultraviolet light as an excitation light source. However, in order to realize such an aspect, it is an essential requirement that each color fluorescent layer has a quantum dot structure. In addition, white light can be obtained in the same manner even in the aspect having the MQW structure as in the first and second embodiments. In this embodiment, such an aspect will be described, and a diode structure different from the above embodiment will be described together.

図5は、第4の実施の形態に係る発光装置401を模式的に示す図である。本実施の形態に係る発光装置401は、第4の実施の形態と同様に、蛍光体構造410の上に、ダイオード構造420が形成されてなるものといえる。換言すれば、発光装置401は、蛍光体構造410を基板として、その上に、ダイオード構造420が形成されてなる発光素子として作用するものである。   FIG. 5 is a diagram schematically showing a light emitting device 401 according to the fourth embodiment. It can be said that the light emitting device 401 according to the present embodiment is obtained by forming the diode structure 420 on the phosphor structure 410 as in the fourth embodiment. In other words, the light emitting device 401 functions as a light emitting element in which the phosphor structure 410 is used as a substrate and the diode structure 420 is formed thereon.

より具体的には、発光装置401は、例えばサファイア単結晶からなる基板411上に、下地層412と、蛍光層413と、n型導電層421と、クラッド層422と、発光層423と、p型導電層424とが順に形成されてなる。各層の具体的な組成は、その目的や作用によって、適宜に設定される。基板411と下地層412とは、それぞれ、第3の実施の形態に係る基板211および下地層212と同様の組成や構造を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。また、p型導電層424上には、p型電極425が形成され、n型導電層421の一部は露出しており、この露出した部分にn型電極426が形成されている点も同様である。   More specifically, the light emitting device 401 includes, for example, a base layer 412, a fluorescent layer 413, an n-type conductive layer 421, a cladding layer 422, a light emitting layer 423, and a p on a substrate 411 made of sapphire single crystal. A type conductive layer 424 is sequentially formed. The specific composition of each layer is appropriately set depending on the purpose and action. Since the substrate 411 and the base layer 412 have the same composition and structure as the substrate 211 and the base layer 212 according to the third embodiment, detailed description thereof is omitted. Similarly, a p-type electrode 425 is formed on the p-type conductive layer 424, a part of the n-type conductive layer 421 is exposed, and an n-type electrode 426 is formed in the exposed part. It is.

発光装置401は、下地層412をMOCVD法により形成し、他の層を、MBE法によって形成するのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、全ての層をMOCVD法で形成してもよいし、全ての層をMBE法によって形成してもよい。   In the light emitting device 401, it is preferable from the viewpoint of realizing high crystal quality that the base layer 412 is formed by the MOCVD method and the other layers are formed by the MBE method, but all layers are formed by the MOCVD method. Alternatively, all layers may be formed by the MBE method.

蛍光層413は、図5において拡大して図示するように、3種類の層によって構成されてなる。1つは、所定のエネルギーを吸収することにより、青色(B)の蛍光を発する青色蛍光層413Bであり、もう1つは、所定のエネルギーを吸収することにより、緑色(G)の蛍光を発する緑色蛍光層413Gであり、さらにもう1つは、所定のエネルギーを吸収することにより、赤色(R)の蛍光を発する赤色蛍光層413Rである。   The fluorescent layer 413 is composed of three types of layers as shown in an enlarged view in FIG. One is a blue fluorescent layer 413B that emits blue (B) fluorescence by absorbing predetermined energy, and the other is green (G) fluorescence by absorbing predetermined energy. The green fluorescent layer 413G is a red fluorescent layer 413R that emits red (R) fluorescence by absorbing predetermined energy.

青色蛍光層413Bは、III族窒化物に、励起されることによって緑色を発光する希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層4131と、係る添加のなされない非添加層4132とが、数nmずつ交互に、多数(好ましくは数十層ずつ)積層されてなる層である。   The blue fluorescent layer 413B is composed of an added layer 4131 to which a rare earth or transition metal element that emits green light when excited by a group III nitride is added, and a non-added layer 4132 to which such an addition is not made are several nanometers each. The layers are alternately stacked (preferably several tens of layers).

緑色蛍光層413Gは、III族窒化物に、励起されることによって緑色を発光する希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層4133と、係る添加のなされない非添加層4134とが、数nmずつ交互に、多数(好ましくは数十層ずつ)積層されてなる層である。   In the green fluorescent layer 413G, an additive layer 4133 in which a rare earth or transition metal element that emits green light when excited by a group III nitride is added, and a non-added layer 4134 to which such an additive is not added are several nanometers each. The layers are alternately stacked (preferably several tens of layers).

赤色蛍光層413Rは、III族窒化物に、励起されることによって赤色を発光する希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層4135と、係る添加のなされない非添加層4136とが、数nmずつ交互に、多数(好ましくは数十層ずつ)積層されてなる層である。   In the red fluorescent layer 413R, a Group III nitride is added with an additive layer 4135 to which a rare earth element or a transition metal element that emits red light when excited is added, and a non-added layer 4136 without such addition is several nanometers each. The layers are alternately stacked (preferably several tens of layers).

添加層4131、4133、および4135はそれぞれ、非添加層4132、4134、および4136とは異なる組成の窒化物により形成される。すなわち、緑色蛍光層413Gと赤色蛍光層413Rとにおいては、窒化物の組成を交互に変えることにより、井戸層と、よりバンドが広い障壁層とが交互に堆積した、MQW(Multi Quantum Well:多重量子井戸)構造が実現されてなる。   The additive layers 4131, 4133, and 4135 are formed of a nitride having a composition different from that of the non-additive layers 4132, 4134, and 4136, respectively. That is, in the green fluorescent layer 413G and the red fluorescent layer 413R, MQW (Multi Quantum Well) in which well layers and barrier layers having wider bands are alternately deposited by alternately changing the composition of nitrides. Quantum well) structure is realized.

ここで、希土類あるいは遷移金属元素は、発光効率を高めつつ所望の波長の光を得るために添加されるものである。希土類あるいは遷移金属元素は、光あるいは電子線等の外部励起に対してその固有の発光波長をもつ。複数の希土類あるいは遷移金属元素を適量添加することにより、任意の色合いをもつ光、例えば白色光を発光することが可能である。また、希土類あるいは遷移金属元素はその発光機構に不具合を与えることなく、窒化物中に固溶することができる。   Here, the rare earth element or the transition metal element is added in order to obtain light having a desired wavelength while increasing the luminous efficiency. Rare earths or transition metal elements have their own emission wavelengths with respect to external excitation such as light or electron beams. By adding an appropriate amount of a plurality of rare earth elements or transition metal elements, light having an arbitrary color, for example, white light can be emitted. Further, the rare earth element or the transition metal element can be dissolved in the nitride without causing trouble in the light emission mechanism.

下地層411がAlNによって形成される場合の例でいえば、青色蛍光層413Bにおいて添加層4131は、例えば、AlGaN(x+y=1,x≧0、y≧0)にTmを添加して形成され、非添加層4132は、AlNにて形成される。緑色蛍光層413Gにおいて添加層4133は、例えば、AlGaN(x+y=1,x≧0、y≧0)にTbあるいはHoを添加して形成され、非添加層4132は、AlNにて形成される。赤色蛍光層413Rにおいて添加層4133はAlGaN(x+y=1,x≧0、y≧0)にEuを添加して形成され、非添加層4134は、AlNにて形成される。すなわち、本実施の形態においては、青色蛍光層413B、緑色蛍光層413Gおよび赤色蛍光層413RのいずれもAlNあるいはAlGaNをベースに形成される。なお、各色の蛍光層を全く異なる種類の元素からなる物質によって形成することも可能であるが、本実施の形態のように、ベースとなる物質を共通にして層形成する方が、コスト面からも作製時間の点からも効率的であることはいうまでもない。なお、本実施の形態の場合、蛍光層413にAlを含むことで、発光効率の向上が見込まれる。 In the case where the base layer 411 is formed of AlN, the additive layer 4131 in the blue fluorescent layer 413B is, for example, added Tm to Al x Ga y N (x + y = 1, x ≧ 0, y ≧ 0). The non-added layer 4132 is formed of AlN. In the green fluorescent layer 413G, the additive layer 4133 is formed, for example, by adding Tb or Ho to Al x Ga y N (x + y = 1, x ≧ 0, y ≧ 0), and the non-added layer 4132 is made of AlN. It is formed. In the red fluorescent layer 413R, the addition layer 4133 is formed by adding Eu to Al x Ga y N (x + y = 1, x ≧ 0, y ≧ 0), and the non-addition layer 4134 is formed of AlN. That is, in the present embodiment, all of the blue fluorescent layer 413B, the green fluorescent layer 413G, and the red fluorescent layer 413R are formed on the basis of AlN or Al x Ga y N. Although it is possible to form the fluorescent layers of the respective colors with substances made of completely different kinds of elements, it is more costly to form a layer with a base substance in common as in this embodiment. Needless to say, this is also efficient in terms of production time. In the case of the present embodiment, the luminous efficiency is expected to be improved by including Al in the fluorescent layer 413.

n型導電層421は、III族窒化物に所定のn型のドーパントが添加されてなる。III族窒化物としては、例えば、全III族元素に対するAlの含有量が50at%程度のIII族窒化物が用いられる。Al以外のIII族元素として、Ga及びInなどを含んでもよい。ドーパントとしては、例えばSiが用いられる。他にも、B、Geなどを用いることができる。   The n-type conductive layer 421 is formed by adding a predetermined n-type dopant to a group III nitride. As the group III nitride, for example, a group III nitride having an Al content of about 50 at% with respect to all group III elements is used. Ga and In may be included as group III elements other than Al. For example, Si is used as the dopant. In addition, B, Ge, or the like can be used.

クラッド層422は、例えば、n型導電層421のGaの一部をAlにて置換した組成のIII族窒化物に、Siが添加されて形成される。   The cladding layer 422 is formed, for example, by adding Si to a group III nitride having a composition in which a part of Ga of the n-type conductive layer 421 is replaced with Al.

発光層423は、III族窒化物に、発光中心のアクセプタとなる所定の添加元素が添加されてなる。本実施の形態において、発光層423は、図5において拡大して図示するように、第1組成層4231と、第2組成層4232とが、数nmずつ交互に、数層ずつ積層されてなる。例えば、第1組成層4231はAlGaInN(x+y+z=1,x≧0、y≧0、z≧0)にSiを添加して形成され、第2組成層4232は、AlGaN(x+y=1,x≧0、y≧0)にSiを添加して形成される。係る場合、wellにあたる部分をInを含む第1組成層4231とするMQW構造を実現することによって、紫外光の発光効率の向上が図られている。 The light-emitting layer 423 is formed by adding a predetermined additive element that serves as an acceptor of a light emission center to a group III nitride. In this embodiment mode, the light emitting layer 423 is formed by laminating several layers of first composition layers 4231 and second composition layers 4232 alternately by several nanometers, as shown in an enlarged manner in FIG. . For example, the first composition layer 4231 is formed by adding Si to Al x Ga y In z N (x + y + z = 1, x ≧ 0, y ≧ 0, z ≧ 0), and the second composition layer 4232 is formed of Al x It is formed by adding Si to Ga y N (x + y = 1, x ≧ 0, y ≧ 0). In such a case, the emission efficiency of ultraviolet light is improved by realizing an MQW structure in which the portion corresponding to the well is the first composition layer 4231 containing In.

p型導電層424は、III族窒化物に所定のp型のドーパントが添加されてなる添加層4241と、係る添加がなされていない非添加層4242とが、数nmずつ交互に、多数(好ましくは数十層ずつ)積層されてなる層である。すなわち、本実施の形態に係る発光装置401においては、p型導電層424においてこのように積層構造をとることにより、添加層4231を井戸層とするMQW構造が実現されている。   In the p-type conductive layer 424, a large number (preferably, an addition layer 4241 in which a predetermined p-type dopant is added to a group III nitride and a non-addition layer 4242 to which such addition is not performed are alternately arranged by several nm. Is a layer formed by stacking several tens of layers. That is, in the light emitting device 401 according to this embodiment, the p-type conductive layer 424 has such a stacked structure, thereby realizing an MQW structure in which the additive layer 4231 is a well layer.

添加層4241としては、例えば、全III族元素に対するAlの含有量が50at%以上のIII族窒化物が用いられる。Al以外のIII族元素として、Ga及びInなどを含んでもよい。ドーパントとしては、例えばMgが用いられる。他にも、Zn、Beなどを用いることができる。非添加層4242としては、添加層4241よりもAlの比率が少ないIII族窒化物が用いられる。   As the additive layer 4241, for example, a group III nitride having an Al content of 50 at% or more with respect to all group III elements is used. Ga and In may be included as group III elements other than Al. As the dopant, for example, Mg is used. In addition, Zn, Be, or the like can be used. As the non-addition layer 4242, a group III nitride having a lower Al ratio than the addition layer 4241 is used.

なお、p型導電層424を係るMQW構造に形成することは、Alを多く含むIII族窒化物半導体を形成する場合に、単純な単層膜で形成する場合よりもp型電極424の抵抗値を低減させることができるという点で効果的である。   Note that forming the p-type conductive layer 424 in the MQW structure has a higher resistance value of the p-type electrode 424 when forming a group III nitride semiconductor containing much Al than when forming a simple single-layer film. This is effective in that it can be reduced.

本実施の形態においても、ダイオード構造420のp型電極425とn型電極426との間に電圧が印加されることによって発光層423から紫外光が発光されると、その一部が蛍光体構造410に吸収され、そのエネルギーが励起エネルギーとなって、添加層4131、4133、および4135に添加された希土類あるいは遷移金属元素をそれぞれ励起し、それぞれに固有の波長の発光が生じる。これに加え、上述したMQW構造の井戸層である添加層4131、4133、および4135に閉じこめられていた電子あるいはホールといったキャリアが、紫外光(UV)によるエネルギーを得ることで再結合して発するエネルギーも、希土類あるいは遷移金属元素を励起するので、係るプロセスによっても同様に発光が生じる。その結果として、希土類あるいは遷移金属青色蛍光層413B、緑色蛍光層413G、および赤色蛍光層413Rからそれぞれ、青色光(B)、緑色光(G)、および赤色光(R)の蛍光が発せられる。そして、ダイオード構造420から発光された紫外光と、蛍光体構造410から発光された青色光、緑色光、および赤色光が混合することによって、白色光の発光が実現される。   Also in the present embodiment, when a voltage is applied between the p-type electrode 425 and the n-type electrode 426 of the diode structure 420 and ultraviolet light is emitted from the light emitting layer 423, a part of the phosphor structure is formed. The energy is absorbed by 410, and the energy becomes excitation energy to excite the rare earth or transition metal element added to the additive layers 4131, 4133, and 4135, respectively, and light emission having a specific wavelength occurs. In addition to this, energy generated by recombination of carriers such as electrons or holes confined in the additive layers 4131, 4133, and 4135, which are well layers having the MQW structure described above, by obtaining energy by ultraviolet light (UV). However, since the rare earth element or the transition metal element is excited, light emission is similarly generated by such a process. As a result, blue light (B), green light (G), and red light (R) are emitted from the rare earth or transition metal blue fluorescent layer 413B, the green fluorescent layer 413G, and the red fluorescent layer 413R, respectively. The ultraviolet light emitted from the diode structure 420 and the blue light, the green light, and the red light emitted from the phosphor structure 410 are mixed to realize white light emission.

よって、本実施の形態に係る発光装置おいても、高輝度の白色光を安価に得ることができる。   Therefore, also in the light emitting device according to this embodiment, high-intensity white light can be obtained at low cost.

<第6の実施の形態>
以上の実施の形態において説明したような、MQW構造や量子ドット構造を有する蛍光体(構造)でなくとも、多色光の発光は実現される。本実施の形態では、より簡易な構造で、多色光として例えば白色光を得る態様について説明する。
<Sixth Embodiment>
Even if it is not a phosphor (structure) having an MQW structure or a quantum dot structure as described in the above embodiment, light emission of multicolor light is realized. In the present embodiment, a mode in which, for example, white light is obtained as multicolor light with a simpler structure will be described.

図6は、第6の実施の形態に係る発光装置1001を模式的に示す図である。本実施の形態に係る発光装置1001は、第2の実施の形態に係る発光装置101に近似した構造を有する。すなわち、蛍光体構造1110上に、ダイオード構造1020が形成されてなる。   FIG. 6 is a diagram schematically showing a light emitting device 1001 according to the sixth embodiment. The light emitting device 1001 according to the present embodiment has a structure similar to the light emitting device 101 according to the second embodiment. That is, the diode structure 1020 is formed on the phosphor structure 1110.

より具体的には、発光装置1001は、例えばサファイア単結晶からなる基板1011上に、低温バッファ層1014と、下地層1012と、蛍光層1013と、n型導電層1021と、発光層1022と、クラッド層1023と、p型導電層1024とが順に形成されてなる。これらは、蛍光層1013を除き、それぞれ、第2の実施の形態に係る基板111、低温バッファ層114、下地層112、n型導電層121、発光層12223、クラッド層12322、p型導電層124と同様の組成や構造を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。なお、低温バッファ層1014は、下地層1012の結晶性を確保するうえで必要な場合に設けられる。また、p型導電層1024上には、p型電極1025が形成され、n型導電層1021の一部は露出しており、この露出した部分にn型電極1026が形成されている点も同様である。   More specifically, the light-emitting device 1001 includes, for example, a low-temperature buffer layer 1014, an underlayer 1012, a fluorescent layer 1013, an n-type conductive layer 1021, a light-emitting layer 1022, and a substrate 1011 made of sapphire single crystal. A clad layer 1023 and a p-type conductive layer 1024 are sequentially formed. These layers, except for the fluorescent layer 1013, are the substrate 111, the low-temperature buffer layer 114, the base layer 112, the n-type conductive layer 121, the light emitting layer 12223, the cladding layer 12322, and the p-type conductive layer 124, respectively, according to the second embodiment. Therefore, the detailed description thereof is omitted. Note that the low-temperature buffer layer 1014 is provided when necessary to ensure the crystallinity of the base layer 1012. Similarly, a p-type electrode 1025 is formed on the p-type conductive layer 1024, a part of the n-type conductive layer 1021 is exposed, and an n-type electrode 1026 is formed on the exposed part. It is.

蛍光層1013は、窒化物に、励起されることによって緑色(G)の蛍光を発する希土類あるいは遷移金属元素と、同じく励起されることによって赤色(R)の蛍光を発する希土類あるいは遷移金属元素とが添加されてなる。好ましくは、それぞれの希土類あるいは遷移金属元素は、微細均一に分散して存在するように添加される。蛍光層1013は、例えば、GaInN(x+y=1,x≧0、y≧0)に緑色(G)の蛍光を発する希土類あるいは遷移金属元素としてTbあるいはHoを、赤色(R)の蛍光を発する希土類あるいは遷移金属元素としてEuを添加して形成される。 The fluorescent layer 1013 includes a rare earth or transition metal element that emits green (G) fluorescence when excited by a nitride, and a rare earth or transition metal element that emits red (R) fluorescence when excited by the nitride. It is added. Preferably, each rare earth element or transition metal element is added so as to be dispersed finely and uniformly. The fluorescent layer 1013 is formed of, for example, Tb or Ho as a rare earth element or a transition metal element that emits green (G) fluorescence in Ga x In y N (x + y = 1, x ≧ 0, y ≧ 0), and red (R). It is formed by adding Eu as a rare earth or transition metal element that emits fluorescence.

発光装置1001は、下地層1012をMOCVD法により形成し、他の層を、MBE法によって形成するのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、全ての層をMOCVD法で形成してもよいし、全ての層をMBE法によって形成してもよい。   In the light emitting device 1001, it is preferable to form the base layer 1012 by the MOCVD method and the other layers by the MBE method from the viewpoint of realizing high crystal quality, but all the layers are formed by the MOCVD method. Alternatively, all layers may be formed by the MBE method.

本実施の形態においては、ダイオード構造1020のp型電極1025とn型電極1026との間に電圧が印加されることによって発光層1022から青色光が発光されると、その一部が蛍光体構造1010に吸収され、そのエネルギーが励起エネルギーとなって、蛍光層1013に添加された希土類あるいは遷移金属元素をそれぞれ直接に、あるいは井戸層に存在するキャリアの再結合により生じるエネルギーによって励起する。これにより、蛍光層113からは、緑色光(G)と赤色光(R)との蛍光が発せられる。ただし、それぞれの色を発光する希土類あるいは遷移金属元素は微細均一に分散しているので、見かけ上は、両者の混食光である黄色光が発せられる。そして、ダイオード構造1020から発光された青色光と、蛍光体構造1010から発光された緑色光と赤色光とからなる黄色光とが混合することによって、白色光の発光が実現される。   In this embodiment mode, when blue light is emitted from the light emitting layer 1022 by applying a voltage between the p-type electrode 1025 and the n-type electrode 1026 of the diode structure 1020, a part of the light is emitted from the phosphor structure. Absorbed by 1010, the energy becomes excitation energy, and the rare earth element or transition metal element added to the fluorescent layer 1013 is excited directly or by energy generated by recombination of carriers existing in the well layer. Thereby, the fluorescent layer 113 emits fluorescence of green light (G) and red light (R). However, since the rare earth elements or transition metal elements emitting the respective colors are finely and uniformly dispersed, apparently yellow light that is mixed light of both is emitted. The blue light emitted from the diode structure 1020 and the yellow light composed of the green light and the red light emitted from the phosphor structure 1010 are mixed to realize white light emission.

なお、ダイオード構造1020の部分には電圧が印加されるが、その下の発光体構造1010の部分には電圧は印加されないので、その組成に電気的な制約がない点は、第2の実施の形態と同様である。   A voltage is applied to the diode structure 1020, but no voltage is applied to the light emitter structure 1010 below, so that there is no electrical restriction on the composition of the second embodiment. It is the same as the form.

よって、本実施の形態に係る発光装置おいては、より簡易な構造で、高輝度の白色光を得ることができる。もちろん、蛍光層1013に添加する元素として他の希土類あるいは遷移金属元素を用いることにより、あるいは、異なる色を発光するダイオード構造1020を形成することにより、色の組合せを異なるものとすることによって、白色光のみならず、任意の色の発光を実現することも可能である。添加する希土類あるいは遷移金属元素が1種だけの場合は、当該希土類あるいは遷移金属元素に固有の発光が生じることはいうまでもない。また、蛍光層1013から、3種類以上の色を発光するように、対応する種類の希土類あるいは遷移金属元素が添加される態様であってもよい。   Therefore, in the light emitting device according to this embodiment, white light with high luminance can be obtained with a simpler structure. Of course, by using other rare earth elements or transition metal elements as elements to be added to the fluorescent layer 1013, or by forming a diode structure 1020 that emits different colors, the color combinations can be made different. Not only light but also light emission of any color can be realized. Needless to say, when only one rare earth or transition metal element is added, light emission specific to the rare earth or transition metal element occurs. Further, a mode in which a corresponding type of rare earth or transition metal element is added so as to emit three or more colors from the fluorescent layer 1013 may be used.

(実施例1)
本実施例においては、図1に示す発光装置1を作製した。まず、蛍光体10の作製においては、基板11として2インチ径の厚さ500μmのC面サファイア単結晶を用い、これを所定のMOCVD装置の反応菅内に設置した。MOCVD装置は、反応ガスあるいはキャリアガスとして、少なくともH、N、TMG(トリメチルガリウム)およびNHが、反応管内に供給可能とされている。反応管内の圧力を100Torrに設定した後、Hを平均流速1m/secで流しながら、基板11を1100℃まで昇温した。
Example 1
In this example, the light emitting device 1 shown in FIG. 1 was produced. First, in producing the phosphor 10, a C-plane sapphire single crystal having a diameter of 2 inches and a thickness of 500 μm was used as the substrate 11, and this was placed in a reaction vessel of a predetermined MOCVD apparatus. In the MOCVD apparatus, at least H 2 , N 2 , TMG (trimethyl gallium) and NH 3 can be supplied into the reaction tube as a reaction gas or a carrier gas. After setting the pressure in the reaction tube to 100 Torr, the substrate 11 was heated to 1100 ° C. while H 2 was flowed at an average flow rate of 1 m / sec.

その後、いったん500℃に高温した後、TMAとNHとを供給して、AlNの低温バッファ層14を20nmの厚さに形成したうえで、再び1100℃に昇温し、TMGとNHとを供給して、下地層12として厚さ2μmのGaN層を形成した。この際、成膜速度を0.3μm/hrとなるように、TMA及びNHの供給量を設定した。なお、このGaN層中の転位密度をTEM(透過電子顕微鏡)によって観察したところ、1×1010/cmであった。また、GaNの(002)面のX線ロッキングカーブを測定したところ、その半値幅は60秒であり、AFM(原子間力顕微鏡)により求めた表面粗さ(Ra)は1.5Å以下であった。すなわち、GaNからなる下地層12は良好な結晶品質を有することが確認された。 Then, after raising the temperature to 500 ° C. once, TMA and NH 3 are supplied, and after forming the low temperature buffer layer 14 of AlN to a thickness of 20 nm, the temperature is raised again to 1100 ° C., and TMG, NH 3 and And a 2 μm-thick GaN layer was formed as the underlayer 12. At this time, the supply amounts of TMA and NH 3 were set so that the film formation rate was 0.3 μm / hr. The dislocation density in the GaN layer was observed by TEM (transmission electron microscope) and found to be 1 × 10 10 / cm 2 . Further, when the X-ray rocking curve of the (002) plane of GaN was measured, the half-value width was 60 seconds, and the surface roughness (Ra) obtained by AFM (atomic force microscope) was 1.5 mm or less. It was. That is, it was confirmed that the underlayer 12 made of GaN has good crystal quality.

引き続き、成長させたGaN層を保護するために、TMGとNHを平均流速10m/secで流して、GaN膜を厚さ10nm成長させた。 Subsequently, in order to protect the grown GaN layer, TMG and NH 3 were flowed at an average flow rate of 10 m / sec to grow a GaN film with a thickness of 10 nm.

成長終了後、膜形成された基板を取り出し、これを所定のMBE装置の中に設置した。MBE装置は、固体源として、7NのGa、7NのIn、6NのAlを用いた。また、窒素源として、所定の高周波プラズマ装置により発生した原子状窒素を用いた。蛍光層を形成するために添加すべく、3NのTbおよびEuの固体源をそれぞれ設けた。   After the growth was completed, the film-formed substrate was taken out and placed in a predetermined MBE apparatus. The MBE apparatus used 7N Ga, 7N In, and 6N Al as solid sources. Further, atomic nitrogen generated by a predetermined high-frequency plasma apparatus was used as the nitrogen source. A solid source of 3N Tb and Eu was provided for addition to form the fluorescent layer, respectively.

まず、基板を900℃まで加熱した後、Hを流すことにより保護層となっていたGaN膜を除去した。 First, after heating the substrate to 900 ° C., the GaN film that was the protective layer was removed by flowing H 2 .

続けて、GaNの下地層12の上に、緑色蛍光層13Gの添加層131を構成すべく、600℃で、Ga0.75In0.25Nを2nmの厚さに形成した。その際には、Tbを同時にドープさせた。さらに、非添加層132として、GaNを2nmの厚さに形成した。係る添加層131と非添加層132の形成を、それぞれが30層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。 Subsequently, Ga 0.75 In 0.25 N was formed to a thickness of 2 nm at 600 ° C. on the GaN foundation layer 12 to form the additive layer 131 of the green fluorescent layer 13G. At that time, Tb was doped at the same time. Further, as the non-added layer 132, GaN was formed to a thickness of 2 nm. The formation of the additive layer 131 and the non-added layer 132 was repeated alternately so that there were 30 layers each.

同様に、赤色蛍光層13Rの添加層133を構成すべく、600℃で、Ga0.75In0.25Nを2nmの厚さに形成した。その際には、Euを同時にドープさせた。さらに、非添加層134として、GaNを2nmの厚さに形成した。係る添加層133と非添加層134の形成を、それぞれが20層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。 Similarly, Ga 0.75 In 0.25 N was formed to a thickness of 2 nm at 600 ° C. in order to form the additive layer 133 of the red fluorescent layer 13R. At that time, Eu was simultaneously doped. Further, as the non-added layer 134, GaN was formed to a thickness of 2 nm. The formation of the additive layer 133 and the non-added layer 134 was repeated alternately so that there were 20 layers each.

一方、LED素子20の作製においては、基板27として2インチ径の厚さ500μmのC面サファイア単結晶を用い、これを所定のMOCVD装置の反応菅内に設置した。MOCVD装置は、反応ガスあるいはキャリアガスとして、少なくともH、N、TMA(トリメチルアルミニウム)、TMG、TMI(トリメチルインジウム)、CpMg、NH、およびSiHが、反応管内に供給可能とされている。反応管内の圧力を100Torrに設定した後、Hを平均流速1m/secで流しながら、基板27を1100℃まで昇温した。 On the other hand, in the production of the LED element 20, a C-plane sapphire single crystal having a diameter of 2 inches and a thickness of 500 μm was used as the substrate 27, and this was placed in a reaction vessel of a predetermined MOCVD apparatus. The MOCVD apparatus can supply at least H 2 , N 2 , TMA (trimethylaluminum), TMG, TMI (trimethylindium), Cp 2 Mg, NH 3 , and SiH 4 as reaction gas or carrier gas into the reaction tube. Has been. After setting the pressure in the reaction tube to 100 Torr, the substrate 27 was heated to 1100 ° C. while H 2 was allowed to flow at an average flow rate of 1 m / sec.

その後、TMGとNHとSiHとを供給して、n型導電層21として、SiをドープしたGaN層を2μmの厚さに形成した。この際、成膜速度を0.3μm/hrとなるように、TMG及びNHの供給量を設定した。なお、このGaN層中の転位密度をTEMによって観察したところ、1×1010/cmであった。また、GaNの(002)面のX線ロッキングカーブを測定したところ、その半値幅は60秒であり、AFMにより求めた表面粗さ(Ra)は1.5Å以下であった。すなわち、n型導電層21は良好な結晶品質を有することが確認された。 Thereafter, TMG, NH 3 and SiH 4 were supplied to form a Si-doped GaN layer with a thickness of 2 μm as the n-type conductive layer 21. At this time, the supply amounts of TMG and NH 3 were set so that the film formation rate was 0.3 μm / hr. When the dislocation density in the GaN layer was observed by TEM, it was 1 × 10 10 / cm 2 . Further, when the X-ray rocking curve of the (002) plane of GaN was measured, the half width was 60 seconds, and the surface roughness (Ra) determined by AFM was 1.5 mm or less. That is, it was confirmed that the n-type conductive layer 21 has good crystal quality.

ついで、TMGとTMIとNHとを供給して、発光層22として、Ga0.8In0.2Nを2.5μmの厚さに形成した。 Next, TMG, TMI, and NH 3 were supplied to form Ga 0.8 In 0.2 N with a thickness of 2.5 μm as the light emitting layer 22.

さらに、TMGとTMAとNHとCpMgとを供給して、クラッド層23として、MgをドープしたAl0.1Ga0.9N層を30nmの厚さに形成した。 Further, TMG, TMA, NH 3, and Cp 2 Mg were supplied to form an Mg 0.1- doped Al 0.1 Ga 0.9 N layer with a thickness of 30 nm as the cladding layer 23.

続けて、TMGとNHとCpMgとを供給して、p型導電層24として、MgをドープしたGaN層を0.2μmの厚さに形成した。次いで、Nガスを導入し、750℃において1時間保持して、p型導電層24の活性化処理を行った。 Subsequently, TMG, NH 3, and Cp 2 Mg were supplied, and a Mg-doped GaN layer was formed to a thickness of 0.2 μm as the p-type conductive layer 24. Next, N 2 gas was introduced and maintained at 750 ° C. for 1 hour, and the p-type conductive layer 24 was activated.

その後、発光層22、クラッド層23、およびp型導電層24を所定のエッチング工程によって部分的にエッチング除去することによって、n型導電層21を構成するSiドープGaN層の一部を露出させ、この露出部分に対してAl/Tiからなるn型電極26を形成した。また、p型導電層24を構成するMgドープGaN層上に、Au/Niからなるp型電極25を形成した。   Thereafter, the light emitting layer 22, the clad layer 23, and the p-type conductive layer 24 are partially etched away by a predetermined etching process to expose a part of the Si-doped GaN layer constituting the n-type conductive layer 21, An n-type electrode 26 made of Al / Ti was formed on the exposed portion. A p-type electrode 25 made of Au / Ni was formed on the Mg-doped GaN layer constituting the p-type conductive layer 24.

得られたLED素子20に対し、Au/Ni電極とAl/Ti電極との間に電圧を印加したところ、LED素子20からは青色光の発光が確認された。   When a voltage was applied to the obtained LED element 20 between the Au / Ni electrode and the Al / Ti electrode, the LED element 20 was confirmed to emit blue light.

そして、係る青色光を蛍光体10に入射させたところ、緑色光と赤色光との発光が確認された。また、蛍光体10とLED素子20とを所定の配置関係に配置したうえで、Au/Ni電極とAl/Ti電極との間に電圧を印加することで、白色光の発光が確認された。   Then, when such blue light was incident on the phosphor 10, emission of green light and red light was confirmed. Moreover, after arrange | positioning the fluorescent substance 10 and the LED element 20 in the predetermined arrangement | positioning relationship, light emission of white light was confirmed by applying a voltage between an Au / Ni electrode and an Al / Ti electrode.

(実施例2)
本実施例においては、図2に示す発光装置101を作製した。まず、蛍光体構造110については、MOCVD装置およびMBE装置を用いて、実施例1の蛍光体10と同様に作製した。
(Example 2)
In this example, the light emitting device 101 shown in FIG. 2 was manufactured. First, the phosphor structure 110 was produced in the same manner as the phosphor 10 of Example 1 using an MOCVD apparatus and an MBE apparatus.

引き続き、MBE装置において、蛍光体構造110の上に、ダイオード構造120の作製を行った。なお、本実施例において、MBE装置には、蛍光体構造110の作製に必要な固体源に加えて、ダイオード構造120を作製するに必要な固体源として、ドーパント源としてSi、Mgの固体源を用意した。   Subsequently, the diode structure 120 was fabricated on the phosphor structure 110 in the MBE apparatus. In this embodiment, in addition to the solid source necessary for manufacturing the phosphor structure 110, the MBE apparatus includes a solid source of Si and Mg as dopant sources as a solid source necessary for manufacturing the diode structure 120. Prepared.

ダイオード構造120の形成は、まず、600℃で、蛍光層113の上にn型導電層121として、SiをドープしたGaN層を2μmの厚さに形成した。ついで、600℃で、発光層122を2.5μmの厚さに形成した。さらに、600℃で、クラッド層123として、MgをドープしたAl0.1Ga0.9N層を30nmの厚さに形成した。続けて、600℃で、p型導電層124として、MgをドープしたGaN層を0.2μmの厚さに形成した。   The diode structure 120 was formed by first forming a Si-doped GaN layer as an n-type conductive layer 121 on the phosphor layer 113 at 600 ° C. to a thickness of 2 μm. Next, the light emitting layer 122 was formed to a thickness of 2.5 μm at 600 ° C. Further, an Al0.1Ga0.9N layer doped with Mg was formed to a thickness of 30 nm as the cladding layer 123 at 600 ° C. Subsequently, a GaN layer doped with Mg was formed to a thickness of 0.2 μm as the p-type conductive layer 124 at 600 ° C.

その後、発光層122、クラッド層123、およびp型導電層124を所定のエッチング工程によって部分的にエッチング除去することによって、n型導電層121を構成するSiドープGaN層の一部を露出させ、この露出部分に対してAl/Tiからなるn型電極126を形成した。また、p型導電層124を構成するMgドープGaN層上に、Au/Niからなるp型電極125を形成した。   Thereafter, a part of the Si-doped GaN layer constituting the n-type conductive layer 121 is exposed by partially removing the light emitting layer 122, the cladding layer 123, and the p-type conductive layer 124 by a predetermined etching process. An n-type electrode 126 made of Al / Ti was formed on the exposed portion. A p-type electrode 125 made of Au / Ni was formed on the Mg-doped GaN layer constituting the p-type conductive layer 124.

得られた発光装置101に対し、Au/Ni電極とAl/Ti電極との間に電圧を印加したところ、白色光の発光が確認された。   When a voltage was applied to the obtained light emitting device 101 between the Au / Ni electrode and the Al / Ti electrode, white light emission was confirmed.

(実施例3)
本実施例においては、図3に示す発光装置201を作製した。まず、蛍光体210の作製においては、基板211として2インチ径の厚さ500μmのC面サファイア単結晶を用い、これを所定のMOCVD装置の反応菅内に設置した。MOCVD装置は、反応ガスあるいはキャリアガスとして、少なくともH、N、TMA、TMG、およびNHが、反応管内に供給可能とされている。反応管内の圧力を100Torrに設定した後、H2を平均流速1m/secで流しながら、基板211を1100℃まで昇温した。
(Example 3)
In this example, the light emitting device 201 shown in FIG. 3 was manufactured. First, in manufacturing the phosphor 210, a C-plane sapphire single crystal having a diameter of 2 inches and a thickness of 500 μm was used as the substrate 211, and this was placed in a reaction vessel of a predetermined MOCVD apparatus. The MOCVD apparatus can supply at least H 2 , N 2 , TMA, TMG, and NH 3 as reaction gas or carrier gas into the reaction tube. After setting the pressure in the reaction tube to 100 Torr, the temperature of the substrate 211 was raised to 1100 ° C. while flowing H 2 at an average flow rate of 1 m / sec.

その後、TMAとNH3とを供給して、下地層212として厚さ1μmのAlN層を形成した。この際、成膜速度を0.3μm/hrとなるように、TMA及びNH3の供給量を設定した。なお、このAlN層中の転位密度をTEMによって観察したところ、1×1010/cmであった。また、GaNの(002)面のX線ロッキングカーブを測定したところ、その半値幅は60秒であり、AFMにより求めた表面粗さ(Ra)は1.5Å以下であった。すなわち、AlNからなる下地層212は良好な結晶品質を有することが確認された。 Thereafter, TMA and NH 3 were supplied to form an AlN layer having a thickness of 1 μm as the base layer 212. At this time, the supply amounts of TMA and NH 3 were set so that the film formation rate was 0.3 μm / hr. When the dislocation density in the AlN layer was observed by TEM, it was 1 × 10 10 / cm 2 . Further, when the X-ray rocking curve of the (002) plane of GaN was measured, the half width was 60 seconds, and the surface roughness (Ra) determined by AFM was 1.5 mm or less. That is, it was confirmed that the base layer 212 made of AlN has good crystal quality.

引き続き、成長させたAlN層を保護するために、TMGとNHを平均流速10m/secで流して、GaN膜を厚さ10nm成長させた。 Subsequently, in order to protect the grown AlN layer, TMG and NH 3 were flowed at an average flow rate of 10 m / sec to grow a GaN film with a thickness of 10 nm.

成長終了後、膜形成された基板を取り出し、これを所定のMBE装置の中に設置した。MBE装置は、固体源として、7NのGa、7NのIn、6NのAlを用いた。また、窒素源として、所定の高周波プラズマ装置により発生した原子状窒素を用いた。蛍光層を形成するために添加すべく、3NのTm、Tb、およびEuの固体源をそれぞれ設けた。   After the growth was completed, the film-formed substrate was taken out and placed in a predetermined MBE apparatus. The MBE apparatus used 7N Ga, 7N In, and 6N Al as solid sources. Further, atomic nitrogen generated by a predetermined high-frequency plasma apparatus was used as the nitrogen source. Solid sources of 3N Tm, Tb, and Eu were provided for addition to form the fluorescent layer, respectively.

まず、基板を900℃まで加熱した後、H2を流すことにより保護層となっていたGaN膜を除去した。   First, the substrate was heated to 900 ° C., and then the GaN film serving as the protective layer was removed by flowing H 2.

続けて、AlNの下地層212の上に、600℃で、GaNにTmをドープしてなる島状結晶I1を、厚さ2nm、水平方向の直径20nmに形成した。さらに、島状結晶I1を埋め込むように、キャップ層C1としてAlNを3nmの厚さに形成した。これは、2nmの厚さの添加層2131と、1nmの厚さの非添加層2132とを形成したことにも相当する。係る島状結晶I1とキャップ層C1の形成を、40回繰り返して行った。   Subsequently, an island-like crystal I1 formed by doping Tm with GaN at 600 ° C. was formed on the AlN underlayer 212 at a thickness of 2 nm and a horizontal diameter of 20 nm. Further, AlN was formed to a thickness of 3 nm as the cap layer C1 so as to embed the island crystal I1. This corresponds to the formation of the addition layer 2131 having a thickness of 2 nm and the non-addition layer 2132 having a thickness of 1 nm. The formation of the island crystal I1 and the cap layer C1 was repeated 40 times.

同様に、いずれも600℃において、緑色蛍光層213Gについて、GaNにTbがドープされた島状結晶I2とAlNによるキャップ層C2との形成を、30回繰り返して行い、赤色蛍光層213Rについて、GaNにEuがドープされた島状結晶I3とAlNによるキャップ層C2との形成を、20回繰り返して行った。   Similarly, at 600 ° C., the formation of the island-like crystal I2 in which GaN is doped with Tb and the cap layer C2 of AlN is repeated 30 times for the green fluorescent layer 213G, and the red fluorescent layer 213R is formed of the GaN The formation of the island-like crystal I3 doped with Eu and the cap layer C2 of AlN was repeated 20 times.

一方、LED素子220の作製においては、基板227として2インチ径の厚さ500μmのC面サファイア単結晶を用い、これを所定のMOCVD装置の反応菅内に設置した。MOCVD装置は、反応ガスあるいはキャリアガスとして、少なくともH、N、TMA、TMG、TMI、CpMg、NH、およびSiHが、反応管内に供給可能とされている。反応管内の圧力を100Torrに設定した後、Hを平均流速1m/secで流しながら、基板11を1100℃まで昇温した。 On the other hand, in manufacturing the LED element 220, a C-plane sapphire single crystal having a diameter of 2 inches and a thickness of 500 μm was used as the substrate 227, and this was placed in a reaction vessel of a predetermined MOCVD apparatus. The MOCVD apparatus can supply at least H 2 , N 2 , TMA, TMG, TMI, Cp 2 Mg, NH 3 , and SiH 4 as reaction gas or carrier gas into the reaction tube. After setting the pressure in the reaction tube to 100 Torr, the substrate 11 was heated to 1100 ° C. while H 2 was flowed at an average flow rate of 1 m / sec.

まず、下地層228として、厚さ1μmのAlN層を形成した。この際、成膜速度を0.3μm/hrとなるように、TMA及びNHの供給量を設定した。 First, an AlN layer having a thickness of 1 μm was formed as the base layer 228. At this time, the supply amounts of TMA and NH 3 were set so that the film formation rate was 0.3 μm / hr.

その後、TMAとTMGとNHとSiHとを供給して、n型導電層221として、SiをドープしたAl0.3Ga0.7N層を2μmの厚さに形成した。 Thereafter, TMA, TMG, NH 3, and SiH 4 were supplied to form an Si 0.3- doped Al 0.3 Ga 0.7 N layer having a thickness of 2 μm as the n-type conductive layer 221.

引き続き、クラッド層22として、SiをドープしたAl0.4Ga0.6N層を20nmの厚さに形成した。 Subsequently, an Al 0.4 Ga 0.6 N layer doped with Si was formed to a thickness of 20 nm as the cladding layer 22.

次いで、第1組成層2231を構成すべく、SiをドープしたAl0.2Ga0.78In0.02N層を2.5nmの厚さに形成した。さらに、第2組成層2232としてSiをドープしたAl0.25Ga0.75N層を2.5nmの厚さに形成した。係る第1組成層2231と第2組成層2232の形成をそれぞれが5層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。 Next, in order to form the first composition layer 2231, a Si-doped Al 0.2 Ga 0.78 In 0.02 N layer was formed to a thickness of 2.5 nm. Further, an Al 0.25 Ga 0.75 N layer doped with Si was formed to a thickness of 2.5 nm as the second composition layer 2232. The formation of the first composition layer 2231 and the second composition layer 2232 was repeated alternately so that there were five layers each.

続けて、TMAとTMGとNHとCpMgとを供給して、p型導電層224として、MgをドープしたAl0.3Ga0.7N層を0.1μmの厚さに形成した。次いで、N2ガスを導入し、750℃において1時間保持して、p型導電層224の活性化処理を行った。 Subsequently, TMA, TMG, NH 3 and Cp 2 Mg were supplied to form an Mg 0.3- doped Al 0.3 Ga 0.7 N layer with a thickness of 0.1 μm as the p-type conductive layer 224. . Next, N 2 gas was introduced and maintained at 750 ° C. for 1 hour, and the p-type conductive layer 224 was activated.

その後、クラッド層222、発光層223、およびp型導電層224を所定のエッチング工程によって部分的にエッチング除去することによって、n型導電層221の一部を露出させ、この露出部分に対してAl/Tiからなるn型電極226を形成した。また、p型導電層224上に、Au/Niからなるp型電極225を形成した。   Thereafter, the cladding layer 222, the light emitting layer 223, and the p-type conductive layer 224 are partially etched away by a predetermined etching process to expose a part of the n-type conductive layer 221, and Al is exposed to the exposed portion. An n-type electrode 226 made of / Ti was formed. A p-type electrode 225 made of Au / Ni was formed on the p-type conductive layer 224.

得られたLED素子220に対し、Au/Ni電極とAl/Ti電極との間に電圧を印加したところ、LED素子220からは青色光の発光が確認された。   When a voltage was applied to the obtained LED element 220 between the Au / Ni electrode and the Al / Ti electrode, the LED element 220 was confirmed to emit blue light.

そして、係る青色光を蛍光体210に入射させたところ、緑色光と赤色光との発光が確認された。また、蛍光体210とLED素子220とを所定の配置関係に配置したうえで、Au/Ni電極とAl/Ti電極との間に電圧を印加することで、白色光の発光が確認された。   Then, when such blue light was made incident on the phosphor 210, emission of green light and red light was confirmed. Moreover, after arrange | positioning the fluorescent substance 210 and the LED element 220 in the predetermined arrangement | positioning relationship, the light emission of white light was confirmed by applying a voltage between an Au / Ni electrode and an Al / Ti electrode.

(実施例4)
本実施例においては、図4に示す発光装置301を作製した。まず、蛍光体構造310については、MOCVD装置およびMBE装置を用いて、実施例3の蛍光体210と同様に作製した。
Example 4
In this example, a light emitting device 301 shown in FIG. 4 was manufactured. First, the phosphor structure 310 was produced in the same manner as the phosphor 210 of Example 3 using an MOCVD apparatus and an MBE apparatus.

引き続き、MBE装置において、蛍光体構造310の上に、ダイオード構造320の作製を行った。なお、本実施例において、MBE装置には、蛍光体構造310の作製に必要な固体源に加えて、ダイオード構造320を作製するに必要な固体源として、ドーパント源としてIn、Si、Mgの固体源を用意した。   Subsequently, a diode structure 320 was formed on the phosphor structure 310 in the MBE apparatus. In this embodiment, the MBE apparatus includes a solid source necessary for manufacturing the phosphor structure 310, a solid source necessary for manufacturing the diode structure 320, and a solid source of In, Si, and Mg as a dopant source. Prepared the source.

ダイオード構造320の形成は、まず、600℃で、蛍光層313の上にn型導電層321として、SiをドープしたAl0.3Ga0.7N層を2μmの厚さに形成した。ついで、600℃で、クラッド層322として、SiをドープしたAl0.4Ga0.6N層を20nmの厚さに形成した。 The diode structure 320 was formed by first forming a Si-doped Al 0.3 Ga 0.7 N layer having a thickness of 2 μm as an n-type conductive layer 321 on the fluorescent layer 313 at 600 ° C. Subsequently, an Al 0.4 Ga 0.6 N layer doped with Si was formed to a thickness of 20 nm as a clad layer 322 at 600 ° C.

次いで、発光層323の第1組成層3231を構成すべく、600℃で、SiをドープしたAl0.2Ga0.78In0.02N層を2.5nmの厚さに形成した。さらに、第2組成層3232としてSiをドープしたAl0.25Ga0.75N層を2.5nmの厚さに形成した。係る第1組成層3231と第2組成層3232の形成をそれぞれが5層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。 Next, an Si 0.2 doped Al 0.2 Ga 0.78 In 0.02 N layer was formed to a thickness of 2.5 nm at 600 ° C. to form the first composition layer 3231 of the light emitting layer 323. Further, an Al 0.25 Ga 0.75 N layer doped with Si was formed to a thickness of 2.5 nm as the second composition layer 3232. The formation of the first composition layer 3231 and the second composition layer 3232 was repeated alternately so that there were five layers each.

続けて、600℃で、p型導電層324として、MgをドープしたAl0.3Ga0.7N層を0.1μmの厚さに形成した。 Subsequently, an Al 0.3 Ga 0.7 N layer doped with Mg was formed to a thickness of 0.1 μm as the p-type conductive layer 324 at 600 ° C.

その後、発光層322、クラッド層323、およびp型導電層324を所定のエッチング工程によって部分的にエッチング除去することによって、n型導電層321の一部を露出させ、この露出部分に対してAl/Tiからなるn型電極326を形成した。また、p型導電層324の上に、Au/Niからなるp型電極325を形成した。   Thereafter, the light emitting layer 322, the cladding layer 323, and the p-type conductive layer 324 are partially etched away by a predetermined etching process to expose a part of the n-type conductive layer 321 and Al is exposed to the exposed portion. An n-type electrode 326 made of / Ti was formed. A p-type electrode 325 made of Au / Ni was formed on the p-type conductive layer 324.

得られた発光装置301に対し、Au/Ni電極とAl/Ti電極との間に電圧を印加したところ、白色光の発光が確認された。   When a voltage was applied to the obtained light emitting device 301 between the Au / Ni electrode and the Al / Ti electrode, emission of white light was confirmed.

(実施例5)
本実施例においては、図5に示す発光装置401を作製した。まず、基板411として2インチ径の厚さ500μmのC面サファイア単結晶を用い、これを所定のMOCVD装置の反応菅内に設置した。MOCVD装置は、反応ガスあるいはキャリアガスとして、少なくともH、N、TMA、TMG、およびNHが、反応管内に供給可能とされている。反応管内の圧力を100Torrに設定した後、H2を平均流速1m/secで流しながら、基板411を1100℃まで昇温した。
(Example 5)
In this example, a light emitting device 401 shown in FIG. 5 was manufactured. First, a 2-inch diameter C-plane sapphire single crystal having a diameter of 2 inches was used as the substrate 411, and this was placed in a reaction vessel of a predetermined MOCVD apparatus. The MOCVD apparatus can supply at least H 2 , N 2 , TMA, TMG, and NH 3 as reaction gas or carrier gas into the reaction tube. After setting the pressure in the reaction tube to 100 Torr, the temperature of the substrate 411 was raised to 1100 ° C. while flowing H 2 at an average flow rate of 1 m / sec.

その後、TMAとNHとを供給して、下地層412として厚さ1μmのAlN層を形成した。この際、成膜速度を0.3μm/hrとなるように、TMA及びNHの供給量を設定した。なお、このAlN層中の転位密度をTEMによって観察したところ、1×1010/cmであった。また、GaNの(002)面のX線ロッキングカーブを測定したところ、その半値幅は60秒であり、AFMにより求めた表面粗さ(Ra)は1.5Å以下であった。すなわち、AlNからなる下地層412は良好な結晶品質を有することが確認された。 Thereafter, TMA and NH 3 were supplied to form an AlN layer having a thickness of 1 μm as the base layer 412. At this time, the supply amounts of TMA and NH 3 were set so that the film formation rate was 0.3 μm / hr. When the dislocation density in the AlN layer was observed by TEM, it was 1 × 10 10 / cm 2 . Further, when the X-ray rocking curve of the (002) plane of GaN was measured, the half width was 60 seconds, and the surface roughness (Ra) determined by AFM was 1.5 mm or less. That is, it was confirmed that the underlayer 412 made of AlN has a good crystal quality.

引き続き、成長させたAlN層を保護するために、TMGとNHを平均流速10m/secで流して、GaN膜を厚さ10nm成長させた。 Subsequently, in order to protect the grown AlN layer, TMG and NH 3 were flowed at an average flow rate of 10 m / sec to grow a GaN film with a thickness of 10 nm.

成長終了後、膜形成された基板を取り出し、これを所定のMBE装置の中に設置した。MBE装置は、固体源として、7NのGa、7NのIn、6NのAlを用いた。また、窒素源として、所定の高周波プラズマ装置により発生した原子状窒素を用いた。蛍光層を形成するために添加すべく、3NのTm、Tb、およびEuの固体源をそれぞれ設けた。さらに、ドーパント源として、Si、Mgの固体源を設けた。   After the growth was completed, the film-formed substrate was taken out and placed in a predetermined MBE apparatus. The MBE apparatus used 7N Ga, 7N In, and 6N Al as solid sources. Further, atomic nitrogen generated by a predetermined high-frequency plasma apparatus was used as the nitrogen source. Solid sources of 3N Tm, Tb, and Eu were provided for addition to form the fluorescent layer, respectively. Furthermore, a solid source of Si and Mg was provided as a dopant source.

まず、基板を900℃まで加熱した後、H2を流すことにより保護層となっていたGaN膜を除去した。   First, the substrate was heated to 900 ° C., and then the GaN film serving as the protective layer was removed by flowing H 2.

続けて、AlNの下地層412の上に、青色蛍光層413Bの添加層4131を構成すべく、600℃で、Al0.3Ga0.7Nを3nmの厚さに形成した。その際には、Tmを同時にドープさせた。さらに、非添加層4132として、AlNを3nmの厚さに形成した。係る添加層4131と非添加層4132の形成を、それぞれが40層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。 Subsequently, Al 0.3 Ga 0.7 N was formed to a thickness of 3 nm at 600 ° C. on the AlN base layer 412 to form the additive layer 4131 of the blue fluorescent layer 413B. At that time, Tm was doped at the same time. Further, AlN was formed to a thickness of 3 nm as the non-added layer 4132. The additive layer 4131 and the non-added layer 4132 were formed alternately and repeatedly so that there were 40 layers each.

同様に、緑色蛍光層413Gの添加層4133を構成すべく、600℃で、Al0.3Ga0.7Nを3nmの厚さに形成した。その際には、Tbを同時にドープさせた。さらに、非添加層4134として、AlNを3nmの厚さに形成した。係る添加層4133と非添加層4134の形成を、それぞれが30層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。 Similarly, Al 0.3 Ga 0.7 N was formed to a thickness of 3 nm at 600 ° C. in order to form the additive layer 4133 of the green fluorescent layer 413G. At that time, Tb was doped at the same time. Further, AlN was formed to a thickness of 3 nm as the non-added layer 4134. The formation of the additive layer 4133 and the non-added layer 4134 was repeated alternately so that there were 30 layers each.

同様に、赤色蛍光層413Rの添加層4135を構成すべく、600℃で、Al0.3Ga0.7Nを3nmの厚さに形成した。その際には、Euを同時にドープさせた。さらに、非添加層4135として、AlNを3nmの厚さに形成した。係る添加層4135と非添加層4136の形成を、それぞれが20層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。 Similarly, Al 0.3 Ga 0.7 N was formed to a thickness of 3 nm at 600 ° C. in order to form the additive layer 4135 of the red fluorescent layer 413R. At that time, Eu was simultaneously doped. Further, AlN was formed to a thickness of 3 nm as the non-added layer 4135. The formation of the additive layer 4135 and the non-added layer 4136 was repeated alternately so that there were 20 layers each.

さらに、600℃で、n型導電層421として、SiをドープしたAl0.5Ga0.5層を2μmの厚さに形成した。引き続き、600℃で、クラッド層422として、SiをドープしたAl0.48Ga0.52N層を20nmの厚さに形成した。 Furthermore, an Al 0.5 Ga 0.5 layer doped with Si was formed to a thickness of 2 μm as the n-type conductive layer 421 at 600 ° C. Subsequently, an Al 0.48 Ga 0.52 N layer doped with Si was formed to a thickness of 20 nm as the cladding layer 422 at 600 ° C.

次いで、発光層423の第1組成層4231を構成すべく、600℃で、SiをドープしたAl0.4Ga0.58In0.02N層を2.5nmの厚さに形成した。さらに、600℃で、第2組成層4232としてSiをドープしたAl0.45Ga0.55N層を2.5nmの厚さに形成した。係る第1組成層4231と第2組成層4232の形成をそれぞれが10層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。なお係る組成を有する発光層423は、実施例4で例示する組成の発光層323よりも短波長の紫外光を発光するものである。 Next, an Al 0.4 Ga 0.58 In 0.02 N layer doped with Si was formed to a thickness of 2.5 nm at 600 ° C. to form the first composition layer 4231 of the light emitting layer 423. Further, an Al 0.45 Ga 0.55 N layer doped with Si was formed to a thickness of 2.5 nm as the second composition layer 4232 at 600 ° C. The formation of the first composition layer 4231 and the second composition layer 4232 was repeated alternately so that there were 10 layers each. Note that the light-emitting layer 423 having such a composition emits ultraviolet light having a shorter wavelength than the light-emitting layer 323 having the composition illustrated in Example 4.

続けて、p型導電層424を構成すべく、600℃で、添加層4241としてMgをドープしたAl0.5Ga0.5N層を2.5nmの厚さに形成し、引き続き非添加層4242として、600℃で、Al0.48Ga0.52N層を2.5nmの厚さに形成した。係る添加層4241と非添加層4242との形成を、それぞれが100層ずつとなるよう、繰り返し行った。 Subsequently, to form the p-type conductive layer 424, an Al 0.5 Ga 0.5 N layer doped with Mg is formed to a thickness of 2.5 nm as the additive layer 4241 at 600 ° C., and then the non-added layer As 4242, an Al 0.48 Ga 0.52 N layer was formed to a thickness of 2.5 nm at 600 ° C. The formation of the additive layer 4241 and the non-added layer 4242 was repeated so that there were 100 layers each.

その後、クラッド層422、発光層423、およびp型導電層424を所定のエッチング工程によって部分的にエッチング除去することによって、n型導電層221の一部を露出させ、この露出部分に対してAl/Tiからなるn型電極426を形成した。また、p型導電層224上に、Au/Niからなるp型電極425を形成した。   Thereafter, the cladding layer 422, the light emitting layer 423, and the p-type conductive layer 424 are partially etched away by a predetermined etching process to expose a part of the n-type conductive layer 221, and the exposed portion is exposed to Al. An n-type electrode 426 made of / Ti was formed. A p-type electrode 425 made of Au / Ni was formed on the p-type conductive layer 224.

得られた発光装置401に対し、Au/Ni電極とAl/Ti電極との間に電圧を印加したところ、白色光の発光が確認された。   When a voltage was applied to the obtained light emitting device 401 between the Au / Ni electrode and the Al / Ti electrode, emission of white light was confirmed.

(実施例6)
本実施例においては、図6に示す発光装置1001を作製した。まず、蛍光体構造1010については、MOCVD装置を用いて、実施例1の蛍光体10と同様に、AlNからなるバッファ層1014と、GaNからなる下地層1012を作製した。引き続き、成長させたGaN層を保護するために、TMGとNH3を平均流速10m/secで流して、GaN膜を厚さ10nm成長させた。
(Example 6)
In this example, a light emitting device 1001 shown in FIG. 6 was manufactured. First, with respect to the phosphor structure 1010, a buffer layer 1014 made of AlN and an underlayer 1012 made of GaN were produced using the MOCVD apparatus in the same manner as the phosphor 10 of Example 1. Subsequently, in order to protect the grown GaN layer, TMG and NH3 were flowed at an average flow rate of 10 m / sec to grow a GaN film to a thickness of 10 nm.

成長終了後、膜形成された基板を取り出し、これを所定のMBE装置の中に設置した。MBE装置は、固体源として、7NのGa、7NのIn、6NのAlを用いた。また、窒素源として、所定の高周波プラズマ装置により発生した原子状窒素を用いた。蛍光層を形成するために添加すべく、3NのTbおよびEuの固体源をそれぞれ設けた。   After the growth was completed, the film-formed substrate was taken out and placed in a predetermined MBE apparatus. The MBE apparatus used 7N Ga, 7N In, and 6N Al as solid sources. Further, atomic nitrogen generated by a predetermined high-frequency plasma apparatus was used as the nitrogen source. A solid source of 3N Tb and Eu was provided for addition to form the fluorescent layer, respectively.

まず、基板を900℃まで加熱した後、H2を流すことにより保護層となっていたGaN膜を除去した。   First, the substrate was heated to 900 ° C., and then the GaN film serving as the protective layer was removed by flowing H 2.

続けて、GaNの下地層1012の上に、蛍光層1013を構成すべく、600℃で、Ga0.75In0.25Nを2nmの厚さに形成した。その際には、TbとEuとを同時にドープさせた。 Subsequently, Ga 0.75 In 0.25 N having a thickness of 2 nm was formed on the GaN base layer 1012 at 600 ° C. to form the fluorescent layer 1013. At that time, Tb and Eu were doped at the same time.

引き続き、MBE装置において、蛍光体構造1010の上に、実施例2のダイオード構造120の作製と同様に、ダイオード構造1020の作製を行った。   Subsequently, in the MBE apparatus, the diode structure 1020 was manufactured on the phosphor structure 1010 in the same manner as the diode structure 120 of Example 2.

得られた発光装置1001に対し、Au/Ni電極とAl/Ti電極との間に電圧を印加したところ、白色光の発光が確認された。   When voltage was applied to the obtained light emitting device 1001 between the Au / Ni electrode and the Al / Ti electrode, emission of white light was confirmed.

<変形例>
Al、In、Ga、Bを少なくとも1種含む窒化物、つまりはAlInGa1−X−YN(0≦X≦1、0≦Y≦1)を蛍光体として利用するのであれば、上述のように単結晶基板にエピタキシャル成長させる態様のみならず、該窒化物そのものを単結晶、エピタキャル膜、多結晶あるいは粉体等の様々な形態で利用することはもちろん可能である。これらに希土類あるいは遷移金属元素を添加して用いる態様も同様に可能である。
<Modification>
If a nitride containing at least one kind of Al, In, Ga, B, that is, Al x In Y Ga 1- XYN (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1) is used as a phosphor. Of course, it is possible to use the nitride itself in various forms such as a single crystal, an epitaxial film, a polycrystal or a powder as well as an aspect of epitaxial growth on a single crystal substrate as described above. An embodiment in which a rare earth element or a transition metal element is added to these elements is also possible.

希土類あるいは遷移金属元素としては、上述のように、赤色発光にEu、青色発光にTm、緑色発光TbあるいはHo等を用いることが可能であり、さらに赤外発光にはErを用いることが可能であるが、必ずしもこれらの元素に限られるわけではない。   As the rare earth or transition metal element, as described above, Eu can be used for red light emission, Tm for green light emission, green light emission Tb or Ho, and Er can be used for infrared light emission. However, it is not necessarily limited to these elements.

また、上記の実施の形態では、主として、希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層と添加されていない非添加層とが交互に配置される態様が実現されていたが、これに代わり、異なる希土類あるいは遷移金属元素が添加された層が交互に配置される態様であってもよい。   Further, in the above-described embodiment, an aspect in which an additive layer to which a rare earth element or a transition metal element is added and an unadded layer to which an additive is not added is alternately arranged is realized. It may be an embodiment in which layers to which rare earth elements or transition metal elements are added are alternately arranged.

本発明の第1の実施の形態に係る発光装置1を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the light-emitting device 1 which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る発光装置101を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the light-emitting device 101 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る発光装置201を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the light-emitting device 201 which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る発光装置301を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the light-emitting device 301 which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態に係る発光装置401を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the light-emitting device 401 which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態に係る発光装置1001を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the light-emitting device 1001 which concerns on the 6th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、101、201、301、401、1001 発光装置
10、210 蛍光体
110、310、410、1010 蛍光体構造
11、111、211,311、411、1011 (蛍光体(構造)の)の基板
12、112、212、312、412。1012 (蛍光体(構造)の)下地層
13、113、213、313、413、1013 蛍光層
13G、113G、213G、313G、413G 緑色蛍光層
13R、113R、213R、313R、413R 赤色蛍光層
14,114、1014 低温バッファ層
20、229 LED素子
120、320、420、1020 ダイオード構造
21、121、221、321、421、1021 n型導電層
22、122、223、323、423、1022 発光層
23、123、222、322、422、1022 クラッド層
24、124、224、324、424、1024 p型導電層
25、125、225、325、425、1025 p型電極
26、126、226、326、426、1026 n型電極
213b、313b、413b 青色蛍光層
27、227 (LED素子の)基板
C1〜C3 キャップ層
I1〜I3 島状結晶
1, 101, 201, 301, 401, 1001 Light-emitting device 10, 210 Phosphor 110, 310, 410, 1010 Phosphor structure 11, 111, 211, 311, 411, 1011 (of phosphor (structure)) 12 1122, 212, 312, 412, 1012 (phosphor (structure)) underlayer 13, 113, 213, 313, 413, 1013 fluorescent layer 13G, 113G, 213G, 313G, 413G green fluorescent layer 13R, 113R, 213R 313R, 413R Red fluorescent layer 14, 114, 1014 Low temperature buffer layer 20, 229 LED element 120, 320, 420, 1020 Diode structure 21, 121, 221, 321, 421, 1021 n-type conductive layer 22, 122, 223, 323, 423, 1022 Light emitting layer 23, 123, 2 2, 322, 422, 1022 Clad layer 24, 124, 224, 324, 424, 1024 p-type conductive layer 25, 125, 225, 325, 425, 1025 p-type electrode 26, 126, 226, 326, 426, 1026 n Type electrode 213b, 313b, 413b Blue fluorescent layer 27, 227 (LED element) substrate C1-C3 Cap layer I1-I3 Island-like crystal

Claims (22)

Al、In、Ga、Bのうち、少なくとも1種の元素を含む窒化物に少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加領域、
を複数備え、それぞれの添加領域と前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域とが交互に層状に配置されてなるとともに、前記それぞれの添加領域の窒化物組成が隣接する前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域の窒化物組成と異なり、かつ、前記それぞれの添加領域のバンドギャップよりも、前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域のバンドギャップの方が大きい蛍光体と、
第1の波長範囲を有する第1の光を発する光源と、
を備え、
前記光源から発光した第1の光によって前記希土類あるいは遷移金属元素を励起することにより、第2の波長範囲を有する第2の光を成分として有する光を発光する、
ことを特徴とする蛍光発光装置。
An additive region in which at least one rare earth element or transition metal element is added to a nitride containing at least one element of Al, In, Ga, and B;
Each of the added regions and the region to which the rare earth or transition metal element is not added are alternately arranged in layers, and the nitride composition of each of the added regions is adjacent to the adjacent rare earth or transition metal Unlike nitride composition of the area element is not added, and the than the band gap of the respective doped region, and the rare earth or the larger phosphor band gap of the region the transition metal element is not added ,
A light source emitting a first light having a first wavelength range;
With
Exciting the rare earth element or the transition metal element with the first light emitted from the light source to emit light having a second light component having a second wavelength range as a component;
A fluorescent light emitting device characterized by that.
請求項1に記載の蛍光発光装置であって、
前記添加領域は、Al、In、Ga、Bのうち、少なくとも1種の元素を含む窒化物に少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された島状結晶が形成されてなる領域であることを特徴とする蛍光発光装置。
The fluorescent light-emitting device according to claim 1,
The added region is a region formed by island-like crystals in which at least one rare earth element or transition metal element is added to a nitride containing at least one element selected from Al, In, Ga, and B. A fluorescent light emitting device characterized by the above.
請求項1または請求項2に記載の蛍光発光装置であって、
前記蛍光体は、
それぞれに前記添加領域を含む複数の蛍光領域を有しており、
前記添加領域に添加されている前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素の種類が、それぞれの前記蛍光領域ごとに異なる、
ことを特徴とする蛍光発光装置。
The fluorescent light-emitting device according to claim 1 or 2 ,
The phosphor is
Each has a plurality of fluorescent regions including the added region,
The kind of the at least one rare earth or transition metal element added to the added region is different for each of the fluorescent regions,
A fluorescent light emitting device characterized by that.
請求項3に記載の蛍光発光装置であって、
前記光源が前記第1の光として青色光を発光し、
前記蛍光体が、
前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第1の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第1の蛍光領域と、
前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第2の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第2の蛍光領域と、
の2つの蛍光領域を備え、
前記光源から発光された青色光によって前記第1および第2の希土類あるいは遷移金属元素を励起して前記第1および第2の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光とを前記第2の光として発光させることにより、前記青色光と前記第2の光とを成分として有する光を発光する、
ことを特徴とする蛍光発光装置。
The fluorescent light-emitting device according to claim 3 ,
The light source emits blue light as the first light;
The phosphor is
A first fluorescent region doped with a first rare earth or transition metal element that emits red light by excitation as the at least one rare earth or transition metal element;
A second fluorescent region to which a second rare earth or transition metal element that emits green light by excitation is added as the at least one rare earth or transition metal element;
With two fluorescent regions
The blue light emitted from the light source excites the first and second rare earth elements or the transition metal element to emit red light and green light as the second light from the first and second fluorescent regions, respectively. To emit light having the blue light and the second light as components.
A fluorescent light emitting device characterized by that.
請求項に記載の蛍光発光装置であって、
前記光源が前記第1の光として紫外光を発光する光源であり
前記蛍光体が、
前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第1の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第1の蛍光領域と、
前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第2の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第2の蛍光領域と、
前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって青色光を発光する第3の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第3の蛍光領域と、
つの蛍光領域を備え、
前記光源から発光された紫外光によって前記第1、第2および第3の希土類あるいは遷移金属元素を励起して前記第1、第2および第の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光と青色光とを前記第2の光として発光させる
ことを特徴とする蛍光発光装置。
The fluorescent light-emitting device according to claim 3 ,
The light source is a light source that emits ultraviolet light as the first light;
The phosphor is
A first fluorescent region doped with a first rare earth or transition metal element that emits red light by excitation as the at least one rare earth or transition metal element;
A second fluorescent region to which a second rare earth or transition metal element that emits green light by excitation is added as the at least one rare earth or transition metal element;
A third fluorescent region to which a third rare earth or transition metal element that emits blue light by excitation is added as the at least one rare earth or transition metal element;
With three fluorescent regions
The first , second, and third rare earth or transition metal elements are excited by ultraviolet light emitted from the light source , and red light, green light, and blue light are emitted from the first , second, and third fluorescent regions, respectively. And as the second light ,
A fluorescent light emitting device characterized by that.
請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の蛍光発光装置であって、
前記光源が発光ダイオードであることを特徴とする蛍光発光装置。
The fluorescent light-emitting device according to any one of claims 1 to 5 ,
The fluorescent light-emitting device , wherein the light source is a light-emitting diode .
請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の蛍光発光装置であって、
前記蛍光体が所定の基板にエピタキシャル形成してなるものであることを特徴とする蛍光発光装置。
The fluorescent light-emitting device according to any one of claims 1 to 6,
A fluorescent light-emitting device, wherein the phosphor is formed by epitaxially forming on a predetermined substrate .
Al、In、Ga、Bのうち、少なくとも1種の元素を含む窒化物に少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加領域、An additive region in which at least one rare earth element or transition metal element is added to a nitride containing at least one element of Al, In, Ga, and B;
を複数備え、それぞれの添加領域と前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域とが交互に層状に配置されてなるとともに、前記それぞれの添加領域の窒化物組成が隣接する前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域の窒化物組成と異なり、かつ、前記それぞれの添加領域のバンドギャップよりも、前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域のバンドギャップの方が大きい蛍光体構造と、Each of the added regions and the region to which the rare earth or transition metal element is not added are alternately arranged in layers, and the nitride composition of each of the added regions is adjacent to the adjacent rare earth or transition metal A phosphor structure that is different from the nitride composition in a region to which no element is added, and has a larger band gap in a region to which the rare earth or transition metal element is not added than the band gap in each of the added regions; ,
前記蛍光体構造と連接して形成され、第1の波長範囲を有する第1の光を発する発光体構造と、A phosphor structure that is connected to the phosphor structure and emits a first light having a first wavelength range;
を備え、With
前記発光体構造から発光された第1の光によって前記希土類あるいは遷移金属元素を励起することにより、第2の波長範囲を有する第2の光を成分として有する光を発光する、Exciting the rare earth element or the transition metal element with the first light emitted from the light emitter structure, thereby emitting light having a second light component having a second wavelength range as a component;
ことを特徴とする蛍光発光素子。A fluorescent light emitting device characterized by the above.
請求項8に記載の蛍光発光素子であって、
前記添加領域は、Al、In、Ga、Bのうち、少なくとも1種の元素を含む窒化物に少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された島状結晶が形成されてなる領域であることを特徴とする蛍光発光素子。
The fluorescent light-emitting device according to claim 8,
The added region is a region formed by island-like crystals in which at least one rare earth or transition metal element is added to a nitride containing at least one element of Al, In, Ga, and B. A fluorescent light emitting device characterized by the above.
請求項8または請求項9に記載の蛍光発光素子であって、
前記蛍光体構造は、
それぞれに前記添加領域を含む複数の蛍光領域を有しており、
前記添加領域に添加されている前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素の種類が、それぞれの前記蛍光領域ごとに異なる、
ことを特徴とする蛍光発光素子。
The fluorescent light-emitting device according to claim 8 or 9,
The phosphor structure is
Each has a plurality of fluorescent regions including the added region,
The kind of the at least one rare earth or transition metal element added to the added region is different for each of the fluorescent regions,
A fluorescent light emitting device characterized by the above.
請求項10に記載の蛍光発光素子であって、
前記発光体構造が前記第1の光として青色光を発光し、
前記蛍光体構造は、
前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第1の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第1の蛍光領域と、
前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第2の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第2の蛍光領域と、
の2つの蛍光領域を備え、
前記発光体構造から発光された青色光によって前記第1および第2の希土類あるいは遷移金属元素を励起して前記第1および第2の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光とを前記第2の光として発光させることにより、前記青色光と前記第2の光とを成分として有する光を発光する、
ことを特徴とする蛍光発光素子。
The fluorescent light-emitting device according to claim 10 ,
The light emitter structure emits blue light as the first light;
The phosphor structure is
A first fluorescent region doped with a first rare earth or transition metal element that emits red light by excitation as the at least one rare earth or transition metal element;
A second fluorescent region to which a second rare earth or transition metal element that emits green light by excitation is added as the at least one rare earth or transition metal element;
With two fluorescent regions
The first and second rare earth elements or transition metal elements are excited by blue light emitted from the light emitter structure, and red light and green light are respectively emitted from the first and second fluorescent regions to the second light. To emit light having the blue light and the second light as components.
A fluorescent light emitting device characterized by the above.
請求項10に記載の蛍光発光素子であって、
前記発光体構造が前記第1の光として紫外光を発光し、
前記蛍光体構造が、
前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第1の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第1の蛍光領域と、
前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第2の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第2の蛍光領域と、
前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって青色光を発光する第3の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第3の蛍光領域と、
の3つの蛍光領域を備え、
前記発光体構造から発光された紫外光によって前記第1、第2および第3の希土類あるいは遷移金属元素を励起して前記第1、第2および第3の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光と青色光とを前記第2の光として発光させる、
ことを特徴とする蛍光発光素子。
The fluorescent light-emitting device according to claim 10 ,
The phosphor structure emits ultraviolet light as the first light;
The phosphor structure is
A first fluorescent region doped with a first rare earth or transition metal element that emits red light by excitation as the at least one rare earth or transition metal element;
A second fluorescent region to which a second rare earth or transition metal element that emits green light by excitation is added as the at least one rare earth or transition metal element;
A third fluorescent region to which a third rare earth or transition metal element emitting blue light by excitation is added as the at least one rare earth or transition metal element;
With three fluorescent regions
The first, second, and third rare earth or transition metal elements are excited by ultraviolet light emitted from the phosphor structure, and red light and green light are respectively emitted from the first, second, and third fluorescent regions. Emitting blue light as the second light,
A fluorescent light emitting device characterized by the above.
請求項8ないし請求項12のいずれかに記載の蛍光発光素子であって、
前記発光体構造がダイオード構造を有することを特徴とする蛍光発光素子。
The fluorescent light-emitting device according to any one of claims 8 to 12,
The fluorescent light-emitting element, wherein the light-emitting structure has a diode structure .
請求項8ないし請求項13のいずれかに記載の蛍光発光素子であって、
前記蛍光体構造および前記発光体構造が所定の基板にエピタキシャル形成してなるものであることを特徴とする蛍光発光素子。
The fluorescent light-emitting device according to any one of claims 8 to 13 ,
A fluorescent light emitting device, wherein the phosphor structure and the light emitting structure are formed epitaxially on a predetermined substrate .
請求項14に記載の蛍光発光素子であって、
前記蛍光体構造と前記発光体構造とを積層形成してなることを特徴とする蛍光発光素子。
The fluorescent light-emitting device according to claim 14 ,
A fluorescent light emitting device comprising the phosphor structure and the light emitting structure laminated .
請求項ないし請求項15のいずれかに記載の蛍光発光素子であって、
前記発光体構造が、Al、In、Ga、Bのうち、少なくとも1種の元素を含む窒化物を含む発光層を有することを特徴とする蛍光発光素子。
The fluorescent light-emitting device according to any one of claims 8 to 15,
The fluorescent light emitting device , wherein the light emitting structure has a light emitting layer containing a nitride containing at least one element of Al, In, Ga, and B.
Al、In、Ga、Bのうち、少なくとも1種の元素を含む窒化物に少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加領域、An additive region in which at least one rare earth element or transition metal element is added to a nitride containing at least one element of Al, In, Ga, and B;
を複数備え、それぞれの添加領域と前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域とが交互に層状に配置されてなるとともに、前記それぞれの添加領域の窒化物組成が隣接する前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域の窒化物組成と異なり、かつ、前記それぞれの添加領域のバンドギャップよりも、前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域のバンドギャップの方が大きく、Each of the added regions and the region to which the rare earth or transition metal element is not added are alternately arranged in layers, and the nitride composition of each of the added regions is adjacent to the adjacent rare earth or transition metal Unlike the nitride composition of the region where no element is added, and the band gap of the region where the rare earth or transition metal element is not added is larger than the band gap of the respective added region,
所定の光源から発光された第1の光によって前記希土類あるいは遷移金属元素を励起することにより、第2の波長範囲を有する第2の光を成分として有する光を発光する、  Exciting the rare earth element or the transition metal element with the first light emitted from a predetermined light source to emit light having the second light having the second wavelength range as a component;
ことを特徴とする蛍光体。A phosphor characterized by that.
請求項17に記載の蛍光であって、
前記添加領域は、Al、In、Ga、Bのうち、少なくとも1種の元素を含む窒化物に少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された島状結晶が形成されてなる領域であることを特徴とする蛍光体
The phosphor according to claim 17,
The added region is a region formed by island-like crystals in which at least one rare earth or transition metal element is added to a nitride containing at least one element of Al, In, Ga, and B. A phosphor characterized by.
請求項17または請求項18に記載の蛍光体であって、
それぞれに前記添加領域を含む複数の蛍光領域を有しており、
前記添加領域に添加されている前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素の種類が、それぞれの前記蛍光領域ごとに異なる、
ことを特徴とする蛍光体。
The phosphor according to claim 17 or 18,
Each has a plurality of fluorescent regions including the added region,
The kind of the at least one rare earth or transition metal element added to the added region is different for each of the fluorescent regions,
A phosphor characterized by that.
請求項19に記載の蛍光体であって、
前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第1の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第1の蛍光領域と、
前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第2の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第2の蛍光領域と、
の2つの蛍光領域を備え、
所定の光源から発光された青色光によって前記第1および第2の希土類あるいは遷移金属元素が励起されることにより、前記第1および第2の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光とを前記第2の光として発光することにより、前記青色光と前記第2の光とを成分として有する光を発光する、
ことを特徴とする蛍光体。
The phosphor according to claim 19, wherein
A first fluorescent region doped with a first rare earth or transition metal element that emits red light by excitation as the at least one rare earth or transition metal element;
A second fluorescent region to which a second rare earth or transition metal element that emits green light by excitation is added as the at least one rare earth or transition metal element;
With two fluorescent regions
The first and second rare earth elements or transition metal elements are excited by blue light emitted from a predetermined light source, so that red light and green light are respectively emitted from the first and second fluorescent regions. To emit light having the blue light and the second light as components.
A phosphor characterized by that.
請求項19に記載の蛍光体であって、
前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第1の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第1の蛍光領域と、
前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第2の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第2の蛍光領域と、
前記少なくとも1種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって青色光を発光する第3の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第3の蛍光領域と、
の3つの蛍光領域を備え、
所定の光源から発光された紫外光によって前記第1、第2および第3の希土類あるいは遷移金属元素を励起されることにより前記第1、第2および第3の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光と青色光とを前記第2の光として発光する、
ことを特徴とする蛍光体。
The phosphor according to claim 19, wherein
A first fluorescent region doped with a first rare earth or transition metal element that emits red light by excitation as the at least one rare earth or transition metal element;
A second fluorescent region to which a second rare earth or transition metal element that emits green light by excitation is added as the at least one rare earth or transition metal element;
A third fluorescent region to which a third rare earth or transition metal element emitting blue light by excitation is added as the at least one rare earth or transition metal element;
With three fluorescent regions
The first, second, and third rare earth or transition metal elements are excited by ultraviolet light emitted from a predetermined light source, whereby red light and green light are respectively emitted from the first, second, and third fluorescent regions. And blue light as the second light,
A phosphor characterized by that.
請求項17ないし請求項21のいずれかに記載の蛍光体であって、
所定の基板にエピタキシャル形成してなるものであることを特徴とする蛍光体。
The phosphor according to any one of claims 17 to 21,
A phosphor formed by epitaxial formation on a predetermined substrate .
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