JPH07183576A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子Info
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- JPH07183576A JPH07183576A JP32776293A JP32776293A JPH07183576A JP H07183576 A JPH07183576 A JP H07183576A JP 32776293 A JP32776293 A JP 32776293A JP 32776293 A JP32776293 A JP 32776293A JP H07183576 A JPH07183576 A JP H07183576A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 多色発光ＬＥＤディスプレイの一画素を小さ
くすることができる発光素子を提供することにより、近
接した位置からでも均一に混色された映像を得ることが
できるディスプレイを実現する。 【構成】 基板上にＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X≦
１、０≦Y≦１）で表される窒化ガリウム系化合物半導
体が積層されてなる窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子において、前記発光素子にはバンドギャップエネルギ
ーの異なる活性層が少なくとも二層以上形成されている
ことにより一チップで多色発光を可能とする。
くすることができる発光素子を提供することにより、近
接した位置からでも均一に混色された映像を得ることが
できるディスプレイを実現する。 【構成】 基板上にＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X≦
１、０≦Y≦１）で表される窒化ガリウム系化合物半導
体が積層されてなる窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子において、前記発光素子にはバンドギャップエネルギ
ーの異なる活性層が少なくとも二層以上形成されている
ことにより一チップで多色発光を可能とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発光ダイオード、レーザ
ーダイオード等に使用されるＩｎXＡｌYＧａ 1-X-YＮ
（０≦X≦１、０≦Y≦１）が積層されてなる窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子に係り、特に１チップで多色
発光可能にできる発光素子に関する。
ーダイオード等に使用されるＩｎXＡｌYＧａ 1-X-YＮ
（０≦X≦１、０≦Y≦１）が積層されてなる窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子に係り、特に１チップで多色
発光可能にできる発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディスプレイ光源の一つとして発光ダイ
オード（ＬＥＤ）が知られている。一般にＬＥＤを用い
てディスプレイのような多色発光を行う場合、赤、緑、
青色各発光色のＬＥＤを複数個組み合わせて１画素を形
成するか、あるいはＬＥＤのステム上に赤、緑、青色の
各発光チップを複数個組み合わせて一つのＬＥＤ画素と
する試みが成されている。
オード（ＬＥＤ）が知られている。一般にＬＥＤを用い
てディスプレイのような多色発光を行う場合、赤、緑、
青色各発光色のＬＥＤを複数個組み合わせて１画素を形
成するか、あるいはＬＥＤのステム上に赤、緑、青色の
各発光チップを複数個組み合わせて一つのＬＥＤ画素と
する試みが成されている。
【０００３】しかしながら、前者の場合では１画素に設
置したＬＥＤ間の距離が離れているため、近距離からデ
ィスプレイを観測する際には混色が不十分になる欠点が
ある。また、各ＬＥＤレンズの集光形状のため視認方向
によって、表示色が変化してしまい混色が不十分となる
欠点がある。混色をよくするため、例えばＬＥＤの樹脂
モールドに光拡散剤を添加するか、あるいはＬＥＤの前
面に光拡散板を設置すると、外部量子効率が低下してし
まう。一方、後者の場合は混色を行う際の外部量子効率
の点では前者よりも有利であるが、何分一画素を構成す
るＬＥＤが大きくなってしまい、精細な画像を得ること
が困難である。従って現在ＬＥＤを用いたディスプレイ
は、広告用、スタジアムのディスプレイ等のように数メ
ートル、あるいは数十メートル以上離れた位置から視認
するものしか実用化されていないのが現状である。つま
り、従来のＬＥＤディスプレイは、どうしても１画素を
構成するＬＥＤが大きくなり接近した位置で混色が十分
にできなくなるので、かなり離れた位置でしか見ること
ができなかった。
置したＬＥＤ間の距離が離れているため、近距離からデ
ィスプレイを観測する際には混色が不十分になる欠点が
ある。また、各ＬＥＤレンズの集光形状のため視認方向
によって、表示色が変化してしまい混色が不十分となる
欠点がある。混色をよくするため、例えばＬＥＤの樹脂
モールドに光拡散剤を添加するか、あるいはＬＥＤの前
面に光拡散板を設置すると、外部量子効率が低下してし
まう。一方、後者の場合は混色を行う際の外部量子効率
の点では前者よりも有利であるが、何分一画素を構成す
るＬＥＤが大きくなってしまい、精細な画像を得ること
が困難である。従って現在ＬＥＤを用いたディスプレイ
は、広告用、スタジアムのディスプレイ等のように数メ
ートル、あるいは数十メートル以上離れた位置から視認
するものしか実用化されていないのが現状である。つま
り、従来のＬＥＤディスプレイは、どうしても１画素を
構成するＬＥＤが大きくなり接近した位置で混色が十分
にできなくなるので、かなり離れた位置でしか見ること
ができなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＬＥＤを用いた多色発
光のディスプレイを高精細とし、例えば数十センチ離れ
た位置からでも均一に混色が行うことができれば、その
用途を広告だけでなく、他の分野にも大きく広げること
が可能となる。従って本発明の目的は、多色発光ＬＥＤ
ディスプレイの一画素を小さくすることができる発光素
子を提供することにより、近接した位置からでも均一に
混色された映像を得ることができるディスプレイを実現
することにある。
光のディスプレイを高精細とし、例えば数十センチ離れ
た位置からでも均一に混色が行うことができれば、その
用途を広告だけでなく、他の分野にも大きく広げること
が可能となる。従って本発明の目的は、多色発光ＬＥＤ
ディスプレイの一画素を小さくすることができる発光素
子を提供することにより、近接した位置からでも均一に
混色された映像を得ることができるディスプレイを実現
することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】我々はＬＥＤを構成する
半導体材料の中でも特にワイドギャップ半導体と知られ
ている窒化ガリウム系化合物半導体を用い、その半導体
一種類で多色発光を可能とする発光素子を見いだした。
即ち、本発明の発光素子は、基板上にＩｎXＡｌYＧａ
1-X-YＮ（０≦X≦１、０≦Y≦１）で表される窒化ガリ
ウム系化合物半導体が積層されてなる窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子において、前記発光素子にはバンド
ギャップエネルギーの異なる活性層が少なくとも二層以
上形成されていることを特徴とするものである。
半導体材料の中でも特にワイドギャップ半導体と知られ
ている窒化ガリウム系化合物半導体を用い、その半導体
一種類で多色発光を可能とする発光素子を見いだした。
即ち、本発明の発光素子は、基板上にＩｎXＡｌYＧａ
1-X-YＮ（０≦X≦１、０≦Y≦１）で表される窒化ガリ
ウム系化合物半導体が積層されてなる窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子において、前記発光素子にはバンド
ギャップエネルギーの異なる活性層が少なくとも二層以
上形成されていることを特徴とするものである。
【０００６】
【作用】ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮはそのバンドギャップ
エネルギーが最大のＡｌＮで６．２ｅＶ、最小のＩｎＮ
で１．８９ｅＶあり、このバンドギャップエネルギーの
バンド間発光のみを利用すると、理論的にはＡｌＮから
ＩｎＮまで発光波長をおよそ２００ｎｍ〜６５６ｎｍま
で変化させることができる。そしてこの半導体を活性層
として、１チップの中に複数形成し、それぞれの活性層
を同じく窒化ガリウム系化合物半導体よりなるクラッド
層で挟むことにより、活性層を独自に発光させることが
可能となる。但し、同一素子内において、活性層はバン
ドギャップエネルギーの大きい方、つまり発光波長の短
い活性層ほど、発光観測面側に形成されている方が好ま
しい。なぜなら、逆に短波長の活性層の上に長波長の活
性層があると、発光の際、短波長が長波長に吸収され
て、発光観測面側に取り出しにくいからである。
エネルギーが最大のＡｌＮで６．２ｅＶ、最小のＩｎＮ
で１．８９ｅＶあり、このバンドギャップエネルギーの
バンド間発光のみを利用すると、理論的にはＡｌＮから
ＩｎＮまで発光波長をおよそ２００ｎｍ〜６５６ｎｍま
で変化させることができる。そしてこの半導体を活性層
として、１チップの中に複数形成し、それぞれの活性層
を同じく窒化ガリウム系化合物半導体よりなるクラッド
層で挟むことにより、活性層を独自に発光させることが
可能となる。但し、同一素子内において、活性層はバン
ドギャップエネルギーの大きい方、つまり発光波長の短
い活性層ほど、発光観測面側に形成されている方が好ま
しい。なぜなら、逆に短波長の活性層の上に長波長の活
性層があると、発光の際、短波長が長波長に吸収され
て、発光観測面側に取り出しにくいからである。
【０００７】
【実施例】以下実施例で本発明の発光素子を詳説する。
図１は本願の一実施例の発光素子の構造を示す模式断面
図であり、１はサファイアよりなる基板、２はｎ型Ａｌ
0.23Ｉｎ0.66Ｇａ0.11Ｎよりなるクラッド層、３はｎ
型、あるいはｐ型のＩｎ0.89Ｇａ0.11Ｎよりなる活性
層、４はｐ型Ａｌ0.23Ｉｎ0.66Ｇａ0.11Ｎよりなるクラ
ッド層、５はｎ型、あるいはｐ型のＩｎ0.63Ｇａ0.37Ｎ
よりなる活性層、６はｐ型Ａｌ0.23Ｉｎ0.66Ｇａ0.11Ｎ
よりなるクラッド層、７はｎ型、あるいはｐ型のＡｌ0.
13Ｉｎ0.63Ｇａ0.24Ｎよりなる活性層、最上層である８
はｐ型Ａｌ0.23Ｉｎ0.66Ｇａ0.11Ｎよりなるクラッド層
であり、発光観測面側をｐ型Ａｌ0.23Ｉｎ0.66Ｇａ0.11
Ｎクラッド層８側としている。この発光素子は各クラッ
ド層に設けられた電極α、β、γ、δに通電することに
より、各活性層３、５、７が発光する構造としている。
図１は本願の一実施例の発光素子の構造を示す模式断面
図であり、１はサファイアよりなる基板、２はｎ型Ａｌ
0.23Ｉｎ0.66Ｇａ0.11Ｎよりなるクラッド層、３はｎ
型、あるいはｐ型のＩｎ0.89Ｇａ0.11Ｎよりなる活性
層、４はｐ型Ａｌ0.23Ｉｎ0.66Ｇａ0.11Ｎよりなるクラ
ッド層、５はｎ型、あるいはｐ型のＩｎ0.63Ｇａ0.37Ｎ
よりなる活性層、６はｐ型Ａｌ0.23Ｉｎ0.66Ｇａ0.11Ｎ
よりなるクラッド層、７はｎ型、あるいはｐ型のＡｌ0.
13Ｉｎ0.63Ｇａ0.24Ｎよりなる活性層、最上層である８
はｐ型Ａｌ0.23Ｉｎ0.66Ｇａ0.11Ｎよりなるクラッド層
であり、発光観測面側をｐ型Ａｌ0.23Ｉｎ0.66Ｇａ0.11
Ｎクラッド層８側としている。この発光素子は各クラッ
ド層に設けられた電極α、β、γ、δに通電することに
より、各活性層３、５、７が発光する構造としている。
【０００８】これらの窒化ガリウム系化合物半導体はノ
ンドープでもｎ型となる性質があるが、好ましいｎ型と
するためにＳｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓｅ等のｎ型ドーパント
をドープして結晶成長させることがさらに好ましい。ま
た、ｐ型とするためにはＺｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のｐ
型ドーパントであるII族元素をドープしてｐ型特性を示
すように結晶成長させるか、あるいは特開平５−１８３
１８９号に開示したように、前記ｐ型ドーパントをドー
プした窒化ガリウム系化合物半導体を４００℃以上でア
ニーリングする必要がある。特に、活性層３、４、５に
は前記ｎ型ドーパントおよび／またはｐ型ドーパントを
ドープしてｎ型あるいはｐ型とすることにより発光強度
を向上させることができ、さらに発光波長を変えること
もできる。
ンドープでもｎ型となる性質があるが、好ましいｎ型と
するためにＳｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓｅ等のｎ型ドーパント
をドープして結晶成長させることがさらに好ましい。ま
た、ｐ型とするためにはＺｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のｐ
型ドーパントであるII族元素をドープしてｐ型特性を示
すように結晶成長させるか、あるいは特開平５−１８３
１８９号に開示したように、前記ｐ型ドーパントをドー
プした窒化ガリウム系化合物半導体を４００℃以上でア
ニーリングする必要がある。特に、活性層３、４、５に
は前記ｎ型ドーパントおよび／またはｐ型ドーパントを
ドープしてｎ型あるいはｐ型とすることにより発光強度
を向上させることができ、さらに発光波長を変えること
もできる。
【０００９】図１の発光素子において、バンドギャップ
エネルギーは活性層３で２．０ｅＶ、活性層５で２．３
ｅＶ、活性層７で２．７ｅＶであり、その他のクラッド
層は全て３．０ｅＶである。つまり活性層３はおよそ６
２０ｎｍ、活性層５は５３９ｎｍ、活性層７は４５９ｎ
ｍのバンド間発光を示す。
エネルギーは活性層３で２．０ｅＶ、活性層５で２．３
ｅＶ、活性層７で２．７ｅＶであり、その他のクラッド
層は全て３．０ｅＶである。つまり活性層３はおよそ６
２０ｎｍ、活性層５は５３９ｎｍ、活性層７は４５９ｎ
ｍのバンド間発光を示す。
【００１０】以上のような発光素子の電極α、β、γ、
δに表１に示す電圧を印可して発光させ、発光観測面側
から観測される色調を同じく表１に示す。表１におい
て、Ｒはレッド、Ｇはグリーン、Ｂはブルー、Ｓはシア
ン、Ｍはマゼンタ、Ｙはイエロー、Ｗはホワイトの各発
光色を示す。
δに表１に示す電圧を印可して発光させ、発光観測面側
から観測される色調を同じく表１に示す。表１におい
て、Ｒはレッド、Ｇはグリーン、Ｂはブルー、Ｓはシア
ン、Ｍはマゼンタ、Ｙはイエロー、Ｗはホワイトの各発
光色を示す。
【００１１】
【表１】
【００１２】表１に示すように、各電極に所定の電圧を
印可することにより、クラッド層で挟まれた各活性層が
発光するので、一つのチップ内で均一に混色を行うこと
ができる。
印可することにより、クラッド層で挟まれた各活性層が
発光するので、一つのチップ内で均一に混色を行うこと
ができる。
【００１３】［実施例２］図２は本願の他の実施例に係
る発光素子の構造を示す模式断面図であり、図１と同一
符号の部分は同一物質を指している。この図は各活性層
がそれぞれ半絶縁性のＧａＮ層９（以下、ｉ型ＧａＮと
いう。）により、層毎に分離されていることを示してい
る。つまり、バンドギャップエネルギーの異なる活性層
をそれぞれクラッド層で挟み、クラッド層＋活性層＋ク
ラッド層よりなる単一の発光素子をｉ型ＧａＮを介して
基板上に３つ積層した構造としている。
る発光素子の構造を示す模式断面図であり、図１と同一
符号の部分は同一物質を指している。この図は各活性層
がそれぞれ半絶縁性のＧａＮ層９（以下、ｉ型ＧａＮと
いう。）により、層毎に分離されていることを示してい
る。つまり、バンドギャップエネルギーの異なる活性層
をそれぞれクラッド層で挟み、クラッド層＋活性層＋ク
ラッド層よりなる単一の発光素子をｉ型ＧａＮを介して
基板上に３つ積層した構造としている。
【００１４】ｉ型ＧａＮ層９は、ｐクラッド層４を結晶
成長させた後、連続して例えばＧａＮを成長させながら
ｐ型ドーパントをドープすることにより形成できる。そ
の層をｉ型にするか、ｐ型にするかは、成長条件によっ
て変更可能である。また発光観測面側に対し、この半絶
縁層のバンドギャップエネルギーを活性層よりも大きく
すると、発光が吸収されずに外部に取り出すことができ
る。（なお、ＧａＮのバンドギャップエネルギーは３．
４ｅＶ）
成長させた後、連続して例えばＧａＮを成長させながら
ｐ型ドーパントをドープすることにより形成できる。そ
の層をｉ型にするか、ｐ型にするかは、成長条件によっ
て変更可能である。また発光観測面側に対し、この半絶
縁層のバンドギャップエネルギーを活性層よりも大きく
すると、発光が吸収されずに外部に取り出すことができ
る。（なお、ＧａＮのバンドギャップエネルギーは３．
４ｅＶ）
【００１５】図２の発光素子では（クラッド層２＋活性
層３＋クラッド層４）と、（クラッド層４＋活性層５＋
クラッド層６）と、（クラッド層６＋活性層７＋クラッ
ド層８）とがそれぞれ単独の発光素子として、ｉ型Ｇａ
Ｎ層９を介して基板上に積層されているので、それぞれ
の電極に電流を流すことにより、各発光素子を自由に発
光させることができる。
層３＋クラッド層４）と、（クラッド層４＋活性層５＋
クラッド層６）と、（クラッド層６＋活性層７＋クラッ
ド層８）とがそれぞれ単独の発光素子として、ｉ型Ｇａ
Ｎ層９を介して基板上に積層されているので、それぞれ
の電極に電流を流すことにより、各発光素子を自由に発
光させることができる。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本願の発光素子は
１チップで多色発光が可能であるので、ＬＥＤディスプ
レイにした際にも、一画素の大きさを小さくすることが
でき高精細な画面を得ることができる。また１チップで
混色できるので、接近した位置でディスプレイを観察し
てもムラのない画像を得ることができる。従って、本願
の発光素子は、将来民生用ＬＥＤディスプレイを提供す
る上でも非常に利用価値が大きい。
１チップで多色発光が可能であるので、ＬＥＤディスプ
レイにした際にも、一画素の大きさを小さくすることが
でき高精細な画面を得ることができる。また１チップで
混色できるので、接近した位置でディスプレイを観察し
てもムラのない画像を得ることができる。従って、本願
の発光素子は、将来民生用ＬＥＤディスプレイを提供す
る上でも非常に利用価値が大きい。
【図１】 本願の一実施例の発光素子の構造を示す模式
断面図。
断面図。
【図２】 本願の他の実施例の発光素子の構造を示す模
式断面図。
式断面図。
１・・・・・サファイア基板 ２・・・・・ｎ型Ａｌ0.23Ｉｎ0.66Ｇａ0.11Ｎクラッド
層 ３・・・・・ｎ型、あるいはｐ型Ｉｎ0.89Ｇａ0.11Ｎ活
性層 ４・・・・・ｐ型Ａｌ0.23Ｉｎ0.66Ｇａ0.11Ｎクラッド
層 ５・・・・・ｎ型、あるいはｐ型Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ｎ活
性層 ６・・・・・ｐ型Ａｌ0.23Ｉｎ0.66Ｇａ0.11Ｎクラッド
層 ７・・・・・ｎ型、あるいはｐ型Ａｌ0.13Ｉｎ0.63Ｇａ
0.24Ｎ活性層 ８・・・・・ｐ型Ａｌ0.23Ｉｎ0.66Ｇａ0.11Ｎクラッド
層 ９・・・・・ｉ型ＧａＮ層
層 ３・・・・・ｎ型、あるいはｐ型Ｉｎ0.89Ｇａ0.11Ｎ活
性層 ４・・・・・ｐ型Ａｌ0.23Ｉｎ0.66Ｇａ0.11Ｎクラッド
層 ５・・・・・ｎ型、あるいはｐ型Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ｎ活
性層 ６・・・・・ｐ型Ａｌ0.23Ｉｎ0.66Ｇａ0.11Ｎクラッド
層 ７・・・・・ｎ型、あるいはｐ型Ａｌ0.13Ｉｎ0.63Ｇａ
0.24Ｎ活性層 ８・・・・・ｐ型Ａｌ0.23Ｉｎ0.66Ｇａ0.11Ｎクラッド
層 ９・・・・・ｉ型ＧａＮ層
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上にＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X
≦１、０≦Y≦１）で表される窒化ガリウム系化合物半
導体が積層されてなる窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子において、前記発光素子にはバンドギャップエネル
ギーの異なる活性層が少なくとも二層以上形成されてい
ることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子。 - 【請求項２】 前記活性層は、それぞれ半絶縁性の窒化
ガリウム系化合物半導体により、層毎に分離されて形成
されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記活性層はバンドギャップエネルギー
の大きい方が発光観測面側に形成されていることを特徴
とする請求項１または請求項２に記載の窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32776293A JP2910023B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32776293A JP2910023B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07183576A true JPH07183576A (ja) | 1995-07-21 |
| JP2910023B2 JP2910023B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=18202708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32776293A Expired - Fee Related JP2910023B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2910023B2 (ja) |
Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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