JPH0291980A

JPH0291980A - 固体発光素子

Info

Publication number: JPH0291980A
Application number: JP63244806A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nakamoto; 中本　正幸; Masaaki Yada; 矢田　正明
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1988-09-29
Filing date: 1988-09-29
Publication date: 1990-03-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、ＰＮ接合面を有する固体発行素子の改良に関
する。

（従来の技術）近年、エレクトロニクス技術の進展に伴い発光素子も放
電管を用いたものばかりでなく、固体発光素子が広く用
いられつつある。

従来、固体発光素子の代表的なものとしては、例えば第
２図示す如く、Ｎ形ＧａＰ結晶基板１上にＴｅを微量含
むＮ　ｆｆ３　Ｇ　ａ　Ｐエピタキシャル層２及び微量
のＺｎ、Ｏを含むＰ形ＧａＰエピタキシャル層３を形成
させ、更にこのＰ形ＧａＰエピタキシャル層３上・及び
前記基板１の裏面に夫々電極４．５を形成した構造の赤
色発光素子が知られている。また、この他図示しないが
、Ｎ型ＧａＡｓ基板にＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓのＰＮ
接合を利用した赤色発光素子、前記基板上におけるＧａ
ＡＳｌ−χ　ＰｘのＰＮ接合を利用した橙、黄色発光素
子、前記ＧａＰ上におけるＧａＰのＰＮ接合を利用した
緑色発光素子、ＳｉＣ上のＳｉＣのＰＮ接合を利角した
青色発光素子等が知られている。

しかし、これらの固体発素子は、小型で電子回路との整
合性が良いという利点の反面、夫々の種類の発光素子特
有の発光波長に規制され、それ以外の発光色を選択して
も、固体発光素子の種類自体も少なく、任意の発光色を
得ることが困難であった。

（発明が解決しようとする課題）本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、様々な発光
色をもちながらしかも同一種類のＰＮ接合を有する固体
発光素子を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本願第１の発明は、微量なＢｅを含むＰ形窒化ホウ素結
晶層及びこの結晶層上に形成された微量なＳｉを含むＮ
形窒化ホウ素結晶層からなる基体と、少なくともこの基
体の側部の前記Ｐ形、Ｎ形窒化ホウ素結晶層の接合面を
覆う粒径０．３〜１３μｍの粒から構成された粒状の蛍
光体層と、前記基体の上面、下面に夫々形成された電極
とを具備することを特徴とする固体発光素子である。

本願第２の発明は、微量なＢｅを含むＰ形窒化ホウ素結
晶層及びこの結晶層上に形成された微量なＳｉを含むＮ
形窒化ホウ素結晶層からなる基体と、少なくともこの基
体の側部の前記Ｐ形、Ｎ形窒化ホウ素結晶層の接合面を
覆う膜厚０．５〜２．６μｍの薄膜蛍光体層と、前記基
体の上面、下面に夫々形成された電極とを具備すること
を特徴とする固体発光素子である。

本願第１の発明において、粒状の蛍光体層を構成する粒
径が０．３〜１３μｍの範囲を外れると、十分な発光強
度が得られない。また、本願第２の発明においても、蛍
光体層の膜厚が０．６〜２．６μｍの範囲を外れると、
十分な発光強度が得られない。

本発明者等は、上記蛍光体層を形成する前、即ち順バイ
アス方向に例えば０．５ｍＡの電流を流した場合、第３
図に示す如く、主に２００〜４００ｒ＋＋＋＋の紫外域
にピーク波長を有する発光スペクトルをを得た。そこで
、本発明者等はＰＮ接合上に粒径や膜厚の異なる様々な
蛍光体層を形成させて実験を試みたところ、上記に記載
した発明を得るに至ったものである。

以下、本発明について第１図を参照して更に詳しく説明
する。

図中の１１は、微量なＢｅを含むＰ形窒化ホウ素結晶層
（以下、Ｐ形層という）である、このＰ形層ＩＩ上には
、微量なＳｉを含むＮ形窒化ホウ素結晶層（以下、Ｎ形
層という）　１２が形成されている。ここで、前記Ｐ形
層１１とＮ形層１２を総称して基体と呼ぶ、この基体の
側壁には、粒径０．３〜１３μｍの粒から構成された粒
状の蛍光体層重３が形成されている。なお、この蛍光体
層１３は、基体の側壁全体に亙って形成されている必要
はなく、少なくともＰ形層１１とＮ形層１２の接合部分
を覆っていればよい。前記基体の上面、下面には、夫々
電極１４、１５が形成されている。

（作用）本発明によれば、ＰＮ接合上に粒径や膜厚の異なる様々
な蛍光体層を形成させることにより、様々な発光色をも
ちながらしかも同一種類のＰＮ接合を有する固体発光素
子を得ることができる。

（実施例１）自己付活蛍光体ＭｇＷＯ＋を、ニトロセルロース６ｗｔ
％、エタノール２．５ｗｔ％、ブチルアセテート８６．
５ｗｔ％、ジエチルフタレート５．　ＯｗＬ％からなる
溶液に撹拌、混合した。次に、このＭ　ｇ　Ｗ　Ｏ４粒
子を前述したＰＮ接合部分を含む基体側壁に塗布し４０
０℃に加熱後、室温に冷却して蛍光体層を形成し、固体
発光素子を得た。

こうして得られた固体発光素子に順バイアス方向に電極
間電圧２０Ｖ、電流２ｍＡを流したところ、４８０ｎ１
１１にピーク波長が存在する発光スペクトルが得られ、
青色発光を示した。また、粒径の異なるＭｇＷＯ４扮体
蛍光鉢体蛍光体層合部分に上記と同様な方法で夫々形成
させて発光スペクトルを測定し、４８０ｎｍのピーク波
長における相対発光強度を求め、第４図に示す相対発光
強度と蛍光体粒径との関係を求めた。同図により、蛍光
体粒径が０．６μｍ以下の場合、蛍光体の発光効率が纒
めて悪く、最大発光強度が得られる蛍光体粒径４．０μ
ｍ前後の発光強度に比較して２０％以下に低下し、はと
んど発光に対する寄与はなかった。

一方、蛍光体粒径カ月１μｍ以上の場合も同様に相対発
光強度は２０％以下に低下し、発光に対する寄与は少な
かった０以上より、蛍光体層を構成するＭｇＷＯ＋の粒
径は０．６〜１１μｍが好ましい。

（実施例２）自己付活蛍光体Ｃａ　Ｗ　Ｏ＋を試料粉末として実施例
１と同様に、有機溶液中に分肢、撹拌混合した。次に、
このＣａＷＯ斗粒子金粒子したＰＮ接合部分を含む基体
側壁に塗布し乾燥後４７０℃に加熱し、室温に冷却して
蛍光体層を形成し、固体発光素子を得た。

こうして得られた固体発光素子に順バイアス方向に電極
間電圧３０Ｖ、電流３ｍＡを流したところ、４１５ｎｍ
前後にピーク波長を持つ発光スペクトルが得られ、青色
発光を示した。

また、粒径の異なるＣａＷＯ４扮体蛍光鉢体蛍光体層合
部分に上記と同様な方法で夫々形成させて発光スペクト
ルを測定し、４８０ｎｍのピーク波長における相対発光
強度を求め、第５図に示す相対発光強度と蛍光体粒径と
の関係を求めた。同図により、蛍光体粒径が６μｍの付
近で最大の発光強度が得られたが、ＭｇＷＯ４場合と同
様、粒径が２μｍ以下または１３μｍ以上になると、２
０％以下に低下した。従って、Ｃａ　Ｗ　０４　蛍光体
を使用した場合、蛍光体粒径は、２〜１３μｍが好まし
い。

（実施例３）蛍光体Ｚｎｚ　５ｉ０４　　：Ｍｎを使用して実施例１
と同様な方法でこの粒子からなる蛍光体層をＰＮ接合部
分を含む基体側壁に塗−布して蛍光体層を形成し、固体
発光素子を得た。

こうして得られた固体発光素子に順バイアス方向に電極
間電圧２５Ｖ、電流２．５ｍＡを流したところ、５２５
ｎｍにピーク波長を有する発光スペクトルが得られ、緑
色発光を示した。

また、蛍光体粒径を変化させ、第６図に示す相対発光強
度と蛍光体粒径との関係を求めた。同図により、蛍光体
粒径が５μｍの付近で最大の発光強度が得られたが、粒
径が１．３μｍ以下または１３μｍ以上になると、相対
発光強度が２０％以下に低下し、発光への寄与はなかっ
た。従って、こうした蛍光体を使用した場合、蛍光体粒
径は、１゜３〜１３μｍが好ましい。

（実施例４）蛍光体Ｙ２０ａ：Ｅｕを使用して実施例１と同様な方法
でこの粒子からなる蛍光体層をＰＮ接合部分を含む基体
側壁に塗布して蛍光体層を形成し、固体発光素子を得た
。

こうして得られた固体発光素子に順バイアス方向に電極
間電圧３０Ｖ、電流３．０ｍＡを流したところ、６１１
ｎｍにピーク波長を有する発光スペクトルが得られ、緑
色発光を示した。

また、蛍光体粒径な変化させ、第７図に示す相対発光強
度と蛍光体粒径との関係を求めた。同図により、蛍光体
粒径が４．２μｍの付近で最大の発光強度が得られたが
、粒径が０．７μｍ以下または１１μｍ以上になると、
相対発光強度が２０％以下に低下し、発光への寄与はな
かった。従って、こうした蛍光体を使用した場合、蛍光
体粒径は、０．７〜１１μｍが好ましい。

（実施例５）自己付活蛍光体ＭｇＷＯ＋を真空ベルジャ内に入れ、真
空度をｌ　ＸＩＯ〜６Ｘ１０　ｍｍ　Ｈｇ程度にする。

この状態でＡｒガスを導入し、２　１０　〜２　１０ｍ
ｍＨｇＡｒ雰囲気中でＭｇＷＯ粉末をスパッタ、同じく
真空ベルジャ内のＭｇＷＯ＋粉末と反対側に設置したＰ
Ｎ接合部分に所望の厚みの蛍光体層をス゛バッタリング
法により形成し、固体発光素子を得た。

こうして得られた固体発光素子に順バイアス方向に電極
間電圧２０Ｖ、電流２ｍＡを流したところ、４８０ｎｍ
にピーク波長が存在する発光スペクトルが得られ、青色
発光を示した。また、膜厚の異なるＭｇｗｏ４薄膜蛍光
体層をＰＮ接合部分に上記と同様な方法で夫々形成させ
て発光スペクトルを測定し、４８０ｎｍのピーク波長に
おける相対発光強度を求め、第８図に示す相対発光強度
と蛍光体粒径との関係を求めた。同図により、蛍光体粒
径が０．６μｍ以下の場合、蛍光体の発光効率が掻めて
悪く、最大発光強度が得られる蛍光体粒径１μｍ前後の
発光強度に比較して２０％以下に低下し、はとんど発光
に対する寄与はなかった。

方、蛍光体粒径が２．６μｍ以上の場合も同様に相対発
光強度は２０％以下に低下し、発光に対する寄与は少な
かった０以上より、蛍光体層を構成するＭｇＷｏ今の粒
径は０．６〜２．６μｍが好ましい。

（実施例６）自己付活蛍光体ＣａＷＯ＋を試料粉末として実施例５と
同様に、真空スパッタリング法にてＧａＷＯ４粒子を前
述したＰＮ接合部分を含む基体側壁に塗布して蛍光体層
を形成し、固体発光素子を得た。

こうして得られた固体発光素子に順バイアス方向に電橋
間電圧３０ｖ２電流３ｍＡを流したところ、４１５ｎｍ
前後にピーク波長を持つ発光スペクトルが得られ、青色
発光を示した。

また、膜厚の異なるＣａＷＯ粉体蛍光体層をＰＮ接合部
分に上記と同様な方法で夫々形成させて発光スペクトル
を測定し、ピーク波長における相対発光強度を求め、第
９図に示す相対発光強度と蛍光体粒径との関係を求めた
。同図により、蛍光休校膜厚が１．６μｍ付近で最大の
発光強度が得られたが、ＭｇＷＯ４の場合と同様、膜厚
が０．６μｍ以下または２．６μｍ以上になると、２０
％以下に低下した。従って、ＣａＷＯ４蛍光体を使用し
た場合、蛍光体粒径は、０６〜２６μｍが好ましい。

（実施例７）雷光体Ｚｎ２５ｉＯ＋　：Ｍｎを使用して実施例５と同
様な方法でこの粒子からなる蛍光体層をＰＮ接合部分を
含む基体側壁に塗布して蛍光体層を形成し、固体発光素
子を得た。

こうして得られた固体発光素子に順バイアス方向に電橋
間電圧２５Ｖ、電流２．５ｍＡを流したところ、５２５
ｎｍにピーク波長を有する発光スペクトルが得られ、緑
色発光を示した。

また、蛍光体層の膜厚を変化させ、第１θ図に示す相対
発光強度と蛍光体粒径との関係を求めた。

同図により、蛍光体層の膜厚が１．４μｍの付近で最大
の発光強度が得られたが、膜厚が０．４μｍ以下または
３．０μｍ以上になると、相対発光強度が２０％以下に
低下し、発光への寄与は少なかった。従って、こうした
蛍光体を使用した場合、蛍光体粒径は、０．４〜３．０
μｍが好ましい。

（実施例８）蛍光体ＹＬＯａ：Ｅｕを使用して実施例５と同様な方法
でこの粒子からなる蛍光体層をＰＮ接合部分を含む基体
側壁に塗布して蛍光体層を形成し、固体発光素子を得た
。

こうして得られた固体発光素子に順バイアス方向に電橋
間電圧３０ｖ５電流３．０ｍＡを流したところ、６１１
ｎｍにピーク波長を有する発光スペクトルが（与られ、
緑色発光を示した。

また、蛍光体層の膜厚を変化させ、第１１図に示す相対
発光強度と蛍光体粒径との関係を求めた。

同図により、１μｍ前後で最大発光強度かえられたが、
その膜厚がが０．３μｍ以下または３０μｍ以上になる
と、相対発光強度が２０％以下に低下し、発光への寄与
はなかった。従って、こうした蛍光体を使用した場合、
蛍光体粒径は、０゜３〜３．０μｍが好ましい。

［発明の効果〕以上詳述した如く本発明によれば、様々な発光色をもち
ながらしかも同一種類のＰＮ接合を有する信頼性の高い
固体発光素子を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る固体発光素子の断面図
、第２図は従来の固体発光素子の断面図、第３図は本発
明に係る固体発光素子のＰＮ接合面からの放射光の発光
スペクトル特性図、第４図〜第”ｌＱ４よ夫つ異ヶう粒
径。粉体蛍光メ。相対発光強度と発光体粒径との関係を示す特性図、第８
図〜第１！図は夫々異なる膜厚の薄膜蛍光体＃卑による
相対発光強度と発光体膜厚との関係を示す特性図である
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）微量なＢｅを含むＰ形窒化ホウ素結晶層及びこの
結晶層上に形成された微量なＳｉを含むＮ形窒化ホウ素
結晶層からなる基体と、少なくともこの基体の側部の前
記Ｐ形、Ｎ形窒化ホウ素結晶層の接合面を覆う粒径０．
３〜１３μｍから構成された粒状の蛍光体層と、前記基
体の上面、下面に夫々形成された電極とを具備すること
を特徴とする固体発光素子。
（２）微量なＢｅを含むＰ形窒化ホウ素結晶層及びこの
結晶層上に形成された微量なＳｉを含むＮ形窒化ホウ素
結晶層からなる基体と、少なくともこの基体の側部の前
記Ｐ形、Ｎ形窒化ホウ素結晶層の接合面を覆う膜厚０．
６〜２．６μｍの薄膜蛍光体層と、前記基体の上面、下
面に夫々形成された電極とを具備することを特徴とする
固体発光素子。