KR101244470B1 - 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 파장의 광을 안정되게 발광할 수 있는 비교적 간이한 구성의 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 발광 소자(1)는, 복합 기판(3)과 복합 기판(3) 상에 설치되어 있고, 발광층(9)을 갖는 질화갈륨계 반도체층(5)을 포함한다. 복합 기판(3)은 기체(19)와 질화갈륨층을 가지며, 질화갈륨계 반도체층(5)은 질화갈륨층의 주면에 형성되어 있고, 질화갈륨층의 c축 방향과 질화갈륨층의 주면(S1)의 법선(N1)의 방향이 이루는 각도(θ)는 50° 이상 130° 이하의 범위 내에 있으며, 발광층(9)은 절대값 0.2 이상의 범위 내에 있는 편광도의 광을 발생시키고, 기체(19)는 발광층(9)으로부터 발생되는 광에 의해 발광하는 형광 재료를 포함한다. 이 구성에 의해 발광층(9)으로부터 발생되는 청색광과, 발광층(9)으로부터 발생되는 청색광이 기체(19)에 입사됨으로써 발광되는 황색광이 합성된 백색광을 발광할 수 있다.

Description

발광 소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 발광 소자에 관한 것이다.
최근, 복수의 파장(색)의 광을 발광하는 발광 소자가 개발되고 있다. 특허문헌 1의 질화물 반도체 발광 소자는, GaN 기판 상에 GaN 반도체층이 형성되고, GaN 반도체층은, 각각 상이한 파장의 광을 발광하는 제1 및 제2 양자 우물층을 갖는다. 제1 활성층으로부터의 광의 색과 제2 활성층으로부터의 광의 색의 혼색이 관측된다. 특허문헌 2의 발광 장치는, 지지 기판에 청색 발광 다이오드 칩 및 황색 발광 다이오드 칩을 탑재하고, 2개의 발광 다이오드로부터의 발광에 의해 백색광을 얻을 수 있다. 특허문헌 3의 발광 소자는, 자외선을 흡수하여 보다 장파장의 광을 발생시키는 III족 질화물 반도체 기판과, 이 III족 질화물 반도체 기판 상에 설치되어 있고, 자외선을 포함하는 광을 발광하는 활성층을 갖는다. 특허문헌 4의 백색 발광 소자는, 청색광을 발생시키는 InGaN-LED와, 청색광에 의해 황색광을 발생시키는 ZnSSe 형광판을 구비한다. 특허문헌 5에는, 복합 기판에 포함되는 형광체를 이용하여 입사광과 상이한 파장의 광을 발생시키는 파장 변환 부재가 개시되어 있다. 또한, 복합 기판에 대한 기술은 특허문헌 6, 특허문헌 7에 개시되며, InGaN 우물층으로부터 발생되는 광의 편광에 대해서는 비특허문헌 1에 기재되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2008-159606호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2008-218645호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 제2008-235804호 공보 특허문헌 4 : 일본 특허 공개 제2004-253592호 공보 특허문헌 5 : 일본 특허 공개 제2007-150331호 공보 특허문헌 6 : 일본 특허 공표 제2005-537679호 공보 특허문헌 7 : 일본 특허 공개 제2008-010766호 공보
비특허문헌 1 : Dmitry S. Sizov, Rajaram Bhat, Jerome Napierala, Chad Gallinat, Kechang Song, and Chung-en Zah, "500-㎚ Optical Gain Anisotropy of Semipolar(11-22) InGaN Quantum Wells", Applied Physics Express 2(2009) 071001.
이상과 같이, 복수의 파장(색)의 광을 발광하는 발광 소자에 대한 개발이 행해지고 있지만, 편광성, 발광 효율이 불충분하거나 구조가 복잡하다는 등의 이유 때문에, 비교적 간이한 구성이면서도 편광성이나 발광 효율이 향상된 발광 소자의 개발이 요구되고 있다. 그래서, 본 발명은, 상기한 사항을 감안하여 이루어진 것으로서, 복수의 파장의 광을 안정되게 발광할 수 있는 발광 소자의 제공을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 발광 소자는, 기판과, 상기 기판 상에 설치되어 있고, 인듐을 함유하는 발광층을 갖는 육방정계 질화갈륨계 반도체층을 구비한 발광 소자로서, 상기 기판은, 기체(基體)와, 상기 기체 상에 설치되어 있고, 상기 기체보다도 두께가 작은 질화갈륨층을 가지며, 상기 육방정계 질화갈륨계 반도체층은, 상기 질화갈륨층의 주면(主面)에 형성되어 있고, 상기 질화갈륨층의 c축 방향과 상기 질화갈륨층의 주면의 법선 방향이 이루는 각도는, 50° 이상 130° 이하의 범위 내에 있으며, 상기 발광층은, 절대값 0.2 이상의 범위 내에 있는 편광도의 광을 발생시키고, 상기 기체는, 상기 발광층으로부터 발생되는 광에 의해 발광하는 형광 재료를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 발광층으로부터 발생되는 광과, 발광층으로부터 발생되는 광이 기체에 입사됨으로써 발광되는 광이 합성된 광을 발광할 수 있다. 질화갈륨층의 c축 방향과 질화갈륨층의 주면의 법선 방향이 이루는 각도가 50° 이상 130° 이하의 범위 내에 있기 때문에, 발광층의 인듐의 함유량이 비교적 많아지고, 따라서, 고휘도의 발광이 가능해진다. 질화갈륨층의 c축 방향과 질화갈륨층의 주면의 법선 방향이 이루는 각도가 50° 이상 130° 이하의 범위 내에 있기 때문에, 피에조 전계가 비교적 작고, 따라서, 구동 전류의 전류값의 변화에 의해 발생하는 발광층의 발광 파장의 변화폭이 비교적 작다. 편광도가 절대값 0.2 이상의 범위 내에 있기 때문에, 편광도가 비교적 높다.
이 발광 소자에서는, 상기 기체는, 상기 형광 재료를 포함하는 형광체층과, 상기 형광체층의 주면에 형성된 지지층을 가지며, 상기 질화갈륨층은, 상기 지지층의 주면에 형성되어 있다. 따라서, 질화갈륨층과의 접합이 양호한 재료의 지지층을 선택하는 것이 가능해진다.
이 발광 소자는, 상기 형광체층의 이면에 설치되어 있고, 상기 형광체층으로부터 출사되는 광을 반사하기 위한 반사층을 더 구비한다. 따라서, 형광체층 내에 입사된 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
이 발광 소자에서는, 상기 질화갈륨층의 두께는 100 ㎚ 이상 1200 ㎚ 이하의 범위 내에 있고, 기판의 고품질화와 저비용화를 양립시킬 수 있다.
이 발광 소자에서는, 상기 발광층은, 430 ㎚ 이상 490 ㎚ 이하의 범위 내에 있는 피크 파장의 광을 발생시키기 때문에, 청색광을 발광한다.
이 발광 소자에서는, 상기 형광 재료는, 540 ㎚ 이상 600 ㎚ 이하의 범위 내에 있는 피크 파장의 광을 발광하는 성분을 함유하기 때문에, 황색광을 발광한다. 따라서, 발광층으로부터의 청색광과 기체의 형광 재료에 의한 황색광을 합성함으로써 백색광을 얻을 수 있다.
이 발광 소자에서는, 상기 형광 재료는, Al, In, Ga, Cl, Br, I 중 적어도 1원소 이상의 불순물을 함유하는 다결정 ZnSxSe1-x(0≤x≤1)를 함유한다. ZnSxSe1-x는 청색광을 흡수하여 황색광을 발광할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 파장의 광을 안정되게 발광할 수 있는 발광 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 실시형태에 따른 발광 소자의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 실시형태에 따른 다른 발광 소자의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 실시형태에 따른 다른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 실시형태에 따른 편광도의 구동 전류값 의존을 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 적합한 실시형태에 대해서 상세히 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서, 가능한 경우에는, 동일 요소에는 동일 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다. 도 1에, 실시형태에 따른 발광 소자(1)의 구성을 나타낸다. 발광 소자(1)는, 복합 기판(3), 질화갈륨계 반도체층(5), p 전극(13), 패드 전극(15) 및 n 전극(17)을 구비한다. 복합 기판(3)은, 기체(19) 및 GaN층(21)을 갖고 있다. 기체(19)는, 후술하는 발광층(9)으로부터 발생되는 광에 의해 발광하는 형광 재료를 포함한다. 이 형광 재료는, 430 ㎚ 이상 490 ㎚ 이하의 범위 내에 있는 피크 파장의 광(청색광)을 수광하면, 540 ㎚ 이상 600 ㎚ 이하의 범위 내에 있는 피크 파장의 광(황색광)을 발광하는 성분을 함유한다.
기체(19) 상에 GaN층(21)이 형성되어 있고, 기체(19)와 GaN층(21)은 접하고 있다. GaN층(21)의 두께[이하, 두께란, GaN층(21)의 주면(S1)의 법선(N1)의 방향의 폭을 의미함]은 기체(19)의 두께보다도 작다.
질화갈륨계 반도체층(5)은, n형 질화물 반도체층(7), 발광층(9) 및 p형 질화물 반도체층(11)을 갖고 있다. n형 질화물 반도체층(7), 발광층(9) 및 p형 질화물 반도체층(11)은 모두 육방정계 질화갈륨계 반도체로 이루어진다. 질화갈륨계 반도체층(5)은, GaN층(21)의 주면(S1)에 형성되어 있고, GaN층(21)에 접하고 있다. 질화갈륨계 반도체층(5)은, GaN층(21)의 주면(S1)으로부터 에피택셜 성장에 의해 형성된 것이다.
n형 질화물 반도체층(7)은, GaN층(23) 및 완충층(25)을 포함하고, GaN층(23)은, 제1 영역(23a) 및 제2 영역(23b)으로 이루어진다. 제1 영역(23a) 및 제2 영역(23b)은, GaN층(21)의 주면(S1)에 형성되어 있고, 이 주면(S1) 상에 병렬로 배치되어 있다. 제1 영역(23a) 및 제2 영역(23b)은 모두 GaN층(21)에 접하고 있다. 완충층(25)은, 제1 영역(23a) 상에 형성되어 있고, 제1 영역(23a)에 접하고 있다. 또한, 제1 영역(23a), 완충층(25), 발광층(9) 및 p형 질화물 반도체층(11)은, 이 순서로 GaN층(21)의 주면(S1) 상에 적층되어 있다. n 전극(17)은, 제2 영역(23b) 상에 설치되어 있고, 제2 영역(23b)에 오믹 접촉하고 있다. 제1 영역(23a)의 두께는, 제2 영역(23b)의 두께보다도 크다.
발광층(9)은, 복수의 배리어층(27)과 복수의 우물층(29)을 가지며, 배리어층(27) 및 우물층(29)이 교대로 적층된 다중 양자 우물 구조를 갖는다. 발광층(9)은, 완충층(25) 상에 형성되어 있고, 완충층(25)에 접하고 있다. 배리어층(27)과 우물층(29)은, 법선(N1)과 직교하는 방향을 따라 교대로 적층되어 있다. 발광층(9)은, 430 ㎚ 이상 490 ㎚ 이하의 범위 내에 있는 피크 파장의 광(청색광)을 발생시킨다.
p형 질화물 반도체층(11)은, 전자 블록층(31) 및 컨택트층(33)을 갖는다. 전자 블록층(31)은 발광층(9) 상에 형성되어 있고, 발광층(9)에 접하고 있다. 컨택트층(33)은 전자 블록층(31) 상에 형성되어 있고, 전자 블록층(31)에 접하고 있다.
p 전극(13)은, 컨택트층(33) 상에 설치되어 있고, 컨택트층(33)에 오믹 접촉하고 있다. 패드 전극(15)은, 컨택트층(33) 상 및 p 전극(13) 상에 설치되어 있고, p 전극(13)의 개구를 통해 컨택트층(33)에 접촉하고 있으며, 밀착성이 양호한 것으로 되어 있다.
또한, 발광 소자(1)의 구성을 보다 상세하게 설명한다. 기체(19)는, Al, In, Ga, Cl, Br, I 중 적어도 1원소 이상의 불순물을 함유하는 다결정 ZnSe로 이루어지지만, Al, In, Ga, Cl, Br, I 중 적어도 1원소 이상의 불순물을 함유하는 다결정 ZnSxSe1-x(0≤x≤1)를 함유하는 것이면 좋다. GaN층(21)은, n형 도핑된 GaN으로 이루어진다. GaN층(21)은, 200 ㎚ 정도의 두께를 갖고 있지만, 100 ㎚ 이상 1200 ㎚ 이하의 범위 내에 있는 두께를 갖고 있으면 좋다. GaN층(21)의 전위 밀도는 1×107 cm-2 이하이다. GaN층(21)의 법선(N1)의 방향과 GaN층(21)의 c축 방향이 이루는 각(θ)은, GaN층(21)의 주면(S1)이 GaN 결정의 m면이 되는 값이지만, 50° 이상 130° 이하의 범위 내에 있으면 좋다.
GaN층(23)은, n형 도핑된 GaN으로 이루어지고, 제1 영역(23a)은 2 ㎛ 정도의 두께를 갖는다. 완충층(25)은, n형 도핑된 InGaN으로 이루어지고, 100 ㎚ 정도의 두께를 갖는다. 완충층(25)의 In 조성비는 0.02이며, Ga 조성비는 0.98이다.
배리어층(27)은, GaN으로 이루어지고, 15 ㎚ 정도의 두께를 갖는다. 우물층(29)은, InGaN으로 이루어지고, 3 ㎚ 정도의 두께를 갖는다. 우물층(29)의 In 조성비는 0.17이며, Ga 조성비는 0.83이다. 각도(θ)가 50° 이상 130° 이하의 범위 내에 있음으로써, 우물층(29)에 있어서의 In 조성비가 비교적 크고, 따라서, 발광층(9)은, 고휘도의 청색광을 발광할 수 있다. 또한, 각도(θ)가 50° 이상 130° 이하의 범위 내에 있기 때문에, 발광층(9) 내의 피에조 전계가 비교적 작고, 따라서, 구동 전류의 전류값의 변화에 의해 생기는 발광층(9)의 발광 파장의 변화폭이 비교적 작다.
또한, 각도(θ)가 50° 이상 130° 이하의 범위 내에 있음으로써, 발광층(9)은 절대값 0.2 이상의 범위 내에 있는 편광도의 청색광을 발생시킨다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축을 주면에 투영한 방향과 수직인 방향의 편광 성분을 I1이라 하고, 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축을 주면에 투영한 방향의 편광 성분을 I2라고 하면, 편광도는 (I1-I2)/(I1+I2)에 의해 규정된다. 편광 성분 I1은 편광 성분 I2보다도 크다.
전자 블록층(31)은, p형 도핑된 AlGaN으로 이루어지고, 20 ㎚ 정도의 두께를 갖는다. 전자 블록층(31)의 Al 조성비는 0.18이며, Ga 조성비는 0.82이다. 컨택트층(33)은, p형 도핑된 GaN으로 이루어지고, 50 ㎚ 정도의 두께를 갖는다. p 전극(13)은 Ni/Au로 이루어지고, 패드 전극(15)은 Ti/Au로 이루어지며, n 전극(17)은 Ti/Al로 이루어진다.
계속해서, 발광 소자(1)의 제조 방법(실시예)에 대해서 설명한다. 우선, GaN층(21)의 이면[주면(S1)과는 반대측의 면]의 평균 표면 조도(Ra)를 1 ㎚ 이하로 하였다. 그리고, 이 GaN층(21)의 이면에 기체(19)를 가열하면서 압착시킴으로써 기체(19)와 GaN층(21)을 접합시켜, 복합 기판(3)을 얻었다. GaN층(21)의 이면의 평균 표면 조도(Ra)를 1 ㎚ 이하로 함으로써, 기체(19)와 GaN층(21)을 충분히 강고하게 접합시킬 수 있었다.
다음에, GaN층(21)의 주면(S1)에 질화갈륨계 반도체층(5)을 형성하였다. 우선, n형 도핑된 GaN층[GaN층(23)에 대응]을, 840℃에서 두께가 2 ㎛ 정도가 될 때까지, GaN층(21)의 주면(S1)에서 에피택셜 성장시켰다. 다음에, n형 도핑된 InGaN층[완충층(25)에 대응하고, In 조성비는 0.02이며, Ga 조성비는 0.98임]을, 840℃에서 두께가 100 ㎚ 정도가 될 때까지, 상기 2 ㎛ 정도의 두께의 GaN층의 표면에서 에피택셜 성장시킨 후에, GaN으로 이루어진 복수의 배리어층[배리어층(27)에 대응]과, InGaN(In 조성비는 0.17이고, Ga 조성비는 0.83)으로 이루어진 복수의 우물층[우물층(29)에 대응]을 포함하는 다중 양자 우물 구조의 발광층[발광층(9)에 대응]을, 상기 100 ㎚ 정도의 두께의 InGaN층의 표면 상에서 에피택셜 성장시켰다. 복수의 배리어층의 각각을 두께가 15 ㎚ 정도가 될 때까지, 840℃에서 성장시키고, 또한, 복수의 우물층의 각각을, 두께가 3 ㎚ 정도가 될 때까지, 780℃에서 성장시켰다.
다음에, p형 도핑된 AlGaN층[전자 블록층(31)에 대응하고, Al 조성은 0.18이며, Ga 조성은 0.82임]을, 840℃에서 두께가 20 ㎚ 정도가 될 때까지, 상기 발광층의 표면에서 성장시킨 후에, p형 도핑된 GaN층[컨택트층(33)에 대응]을, 840℃에서 두께가 50 ㎚ 정도가 될 때까지, 상기 AlGaN층의 표면에서 성장시켰다. 다음에, 상기한 50 ㎚ 정도의 두께의 p형 GaN층, 20 ㎚ 정도의 두께의 p형 AlGaN층, 발광층, 100 ㎚ 정도의 두께의 n형 InGaN층 및 2 ㎛ 정도의 두께의 n형 GaN층을 드라이 에칭하고, 컨택트층(33), 전자 블록층(31), 발광층(9), 완충층(25) 및 GaN층(23)[제1 영역(23a) 및 제2 영역(23b)]을 형성하였다. 이상과 같이 하여, GaN층(21)의 주면(S1)에 질화갈륨계 반도체층(5)을 에피택셜 성장에 의해 형성하였다.
다음에, p 전극(13)을 컨택트층(33)의 표면에 진공 증착에 의해 형성한 후에, 패드 전극(15)을 컨택트층(33)의 표면 및 p 전극(13)의 표면에 진공 증착에 의해 형성하고, n 전극(17)을 제2 영역(23b)의 표면에 진공 증착에 의해 형성하였다.
이상의 제조 방법에 의해 제조한 발광 소자(1)에 통전한 결과, 발광층(9)이 470 ㎚의 피크 파장의 광(청색광)을 발생시키고, 기체(19)가 발광층(9)으로부터의 청색광을 수광하여 여기되어 황색광을 발광함으로써, 이 청색광과 황색광이 합성된 백색광이 관측되었다. 발광층(9)으로부터 발생된 청색광의 편광도는 0.84였다.
이상 설명한 발광 소자(1)는, 발광층(9)으로부터 발생되는 청색광과, 발광층(9)으로부터 발생되는 청색광이 기체(19)에 입사됨으로써 발광되는 황색광이 합성된 백색광을 발광할 수 있다. 각도(θ)가 50° 이상 130° 이하의 범위 내에 있기 때문에, 발광층(9)의 인듐의 함유량이 비교적 많아지고, 따라서, 고휘도의 발광이 가능해진다. 각도(θ)가 50° 이상 130° 이하의 범위 내에 있기 때문에, 피에조 전계가 비교적 작고, 따라서, 구동 전류의 전류값의 변화에 의해 생기는 발광층(9)의 발광 파장의 변화폭이 비교적 작다. 편광도가 절대값 0.2 이상의 범위 내에 있기 때문에, 편광도가 비교적 높다.
도 2에, 변형예에 따른 발광 소자(1a)의 구성을 나타낸다. 발광 소자(1a)는, 발광 소자(1)의 복합 기판(3) 대신에 복합 기판(3a)과, 반사층(35a)을 구비한다. 복합 기판(3a) 및 반사층(35a)을 제외하고 발광 소자(1a)는 발광 소자(1)와 동일한 구성을 갖는다. 복합 기판(3a)은, 기체(19a) 및 GaN층(21a)을 갖는다. 기체(19a)는, 형광체층(37a) 및 지지층(39a)을 포함한다. 반사층(35a), 형광체층(37a), 지지층(39a) 및 GaN층(21a)은, 이 순서로 적층되어 있다. 반사층(35a)은 형광체층(37a)의 이면(S2)에 형성되어 있고, 형광체층(37a)에 접하고 있다. 지지층(39a)은 형광체층(37a)의 주면(S3)에 형성되어 있고, 형광체층(37a)에 접하고 있다. GaN층(21a)은 지지층(39a)의 주면(S4)에 형성되어 있고, 지지층(39a)에 접하고 있다.
반사층(35a)은 형광체층(37a)으로부터 출사되는 광을 반사하기 위한 것으로서, 반사율이 높은 금속(예컨대 Ag)으로 이루어진다. 형광체층(37a)이, 발광층(9)으로부터 발광되어 형광체층(37a) 내에 입사되는 청색광의 거의 전부를 흡수할 수 있는 두께를 갖는 경우, 형광체층(37a)과 반사층(35a)의 계면의 평탄성에 제한을 둘 필요는 없지만, 형광체층(37a)이, 그 두께보다도 충분히 작은 두께를 갖는 경우, 형광체층(37a)과 반사층(35a)의 계면에서 일어날 수 있는 청색광의 난반사를 저감하기 위해서(즉, 청색광의 편광도의 저하를 억제하기 위해서), 형광체층(37a)과 반사층(35a)의 계면의 평탄성을 높여 반사층(35a)을 미러로 할 수 있다.
형광체층(37a)은, 기체(19)와 마찬가지로 Al, In, Ga, Cl, Br, I 중 적어도 1원소 이상의 불순물을 함유하는 다결정 ZnSe로 이루어지지만, Al, In, Ga, Cl, Br, I 중 적어도 1원소 이상의 불순물을 함유하는 다결정 ZnSxSe1-x(0≤x≤1)를 함유하는 것이면 좋다. 지지층(39a)은, 발광층(9)으로부터 발생되는 청색광을 충분히 투과할 수 있는 것으로서, GaN층과의 접합을 양호하게 행할 수 있는 예컨대 단결정 사파이어로 이루어진다.
GaN층(21a)은, n형 도핑된 GaN으로 이루어진다. GaN층(21a)은, 200 ㎚ 정도의 두께를 갖지만, 100 ㎚ 이상 1200 ㎚ 이하의 범위 내에 있는 두께를 갖고 있으면 좋다. GaN층(21a)의 전위 밀도는 1×107 cm-2 이하이다. GaN층(21a)의 주면(S1a)의 법선(N1a)의 방향과, GaN층(21a)의 GaN 결정의 c축 방향이 이루는 각도(θa)는, 105°로서, 주면(S1a)이 GaN 결정의 (20-2-1)면이 되는 값이지만, 50° 이상 130° 이하의 범위 내에 있으면 좋다.
계속해서, 발광 소자(1a)의 제조 방법(다른 실시예)에 대해서 설명한다. 우선, 도 3의 (A)에 도시된 바와 같이, 형광체층(37a)의 주면(S3)에 지지층(39a)을 가열하면서 압착시킴으로써 형광체층(37a)과 지지층(39a)을 접합시키고, 이 후, 지지층(39a)의 주면(S4)에 GaN층(41)을 가열하면서 압착시킴으로써 지지층(39a)과 GaN층(41)을 접합시켰다. 여기서, GaN층(41)의 하나의 면의 평균 표면 조도(Ra)를 미리 1 ㎚로 해 두고, 이 면과 지지층(39a)의 주면(S4)을 합하여 지지층(39a)과 GaN층(41)을 가열하면서 압착시켰다. 이와 같이 평균 표면 조도(Ra)를 1 ㎚ 이하로 함으로써, 지지층(39a)과 GaN층(41)을 충분히 강고하게 접합시킬 수 있었다.
다음에, 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이, 절단면(L)을 따라 GaN층(41)을 와이어 톱을 이용하여 절단하고, 도 3의 (C)에 도시된 바와 같이, GaN층(41)으로부터 GaN층(21a)을 형성하였다. 절단면(L)은, 주면(S3)[또는 주면(S4)]에 평행한 면이다. 이상과 같이 하여 형광체층(37a), 지지층(39a) 및 GaN층(21a)을 갖는 복합 기판(3a)을 형성하였다.
다음에, 발광 소자(1)와 동일한 방법에 의해, GaN층(21a)의 주면(S1a)에 질화갈륨계 반도체층(5)을 에피택셜 성장에 의해 형성하고, p 전극(13), 패드 전극(15) 및 n 전극(17)을 진공 증착에 의해 더 형성하였다. 그리고, 형광체층(37a)의 이면(S2)에 반사층(35a)을 진공 증착에 의해 형성하였다.
이상의 제조 방법에 의해 제조한 발광 소자(1a)에 통전한 결과, 발광층(9)이 470 ㎚인 피크 파장의 광(청색광)을 발생시키고, 형광체층(37a)이 발광층(9)으로부터의 청색광을 수광하여 여기되어 황색광을 발광함으로써, 이 청색광과 황색광이 합성된 백색광이 관측되었다. 도 4에 발광 소자(1a)로부터 발생된 청색광의 편광도의 구동 전류값에 대한 의존성의 실측 결과를 나타낸다. 발광 소자(1a)로부터 발생된 청색광의 편광도의 절대값은, 0.63(2 mA의 전류값) 이상 0.65(500 mA의 전류값) 이하의 범위 내에 있고, 비교적 작았다. 따라서, 발광 소자(1a)는, 폭넓은 구동 전류로 이용 가능한 것을 알 수 있다.
이상 설명한 발광 소자(1a)는, 발광층(9)으로부터 발생되는 청색광과, 발광층(9)으로부터 발생되는 청색광이 형광체층(37a)에 입사됨으로써 발광되는 황색광이 합성된 백색광을 발광할 수 있다. 각도(θa)가 50° 이상 130° 이하의 범위 내에 있기 때문에, 발광층(9)에서의 인듐의 함유량이 비교적 많아지고, 따라서, 고휘도의 발광이 가능해진다. 각도(θa)가 50° 이상 130° 이하의 범위 내에 있기 때문에, 피에조 전계가 비교적 작고, 따라서, 구동 전류의 전류값의 변화에 의해 생기는 발광층(9)의 발광 파장의 변화폭이 비교적 작다. 편광도가 절대값 0.2 이상의 범위 내에 있기 때문에, 편광도가 비교적 높다.
복수의 파장의 광을 안정되게 발광할 수 있는 발광 소자이다. 발광층으로부터 발생되는 광과 발광층으로부터 발생되는 광이 기체에 입사됨으로써 발광되는 광이 합성된 광을 발광할 수 있는 발광 소자이다.
1, 1a : 발광 소자
11 : p형 질화물 반도체층
13 : p 전극
15 : 패드 전극
17 : n 전극
19, 19a : 기체
21, 21a, 23, 41 : GaN층
23a : 제1 영역
23b : 제2 영역
25 : 완충층
27 : 배리어층
29 : 우물층
3 : 복합 기판
31 : 전자 블록층
33 : 컨택트층
35a : 반사층
37a : 형광체층
39a : 지지층
3a : 복합 기판
5 : 질화갈륨계 반도체층
7 : n형 질화물 반도체층
9 : 발광층

Claims (7)

  1. 기판과, 상기 기판 상에 설치되어 있고, 인듐을 함유하는 발광층을 갖는 육방정계 질화갈륨계 반도체층을 구비한 발광 소자로서,
    상기 기판은, 기체와, 상기 기체 상에 설치되어 있고, 상기 기체보다도 두께가 작은 질화갈륨층을 가지며,
    상기 육방정계 질화갈륨계 반도체층은, 상기 질화갈륨층의 주면(主面)에 형성되어 있고,
    상기 질화갈륨층의 c축 방향과 상기 질화갈륨층의 주면의 법선 방향이 이루는 각도는, 50° 이상 130° 이하의 범위 내에 있으며,
    상기 발광층은, 절대값 0.2 이상의 범위 내에 있는 편광도의 광을 발생시키고,
    상기 기체는, 상기 발광층으로부터 발생되는 광에 의해 발광하는 형광 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기체는, 상기 형광 재료를 포함하는 형광체층과, 상기 형광체층의 주면에 형성된 지지층을 가지며,
    상기 질화갈륨층은, 상기 지지층의 주면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 형광체층의 이면에 설치되어 있고, 상기 형광체층으로부터 출사되는 광을 반사하기 위한 반사층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질화갈륨층의 두께는 100 ㎚ 이상 1200 ㎚ 이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광층은, 430 ㎚ 이상 490 ㎚ 이하의 범위 내에 있는 피크 파장의 광을 발생시키는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  6. 제5항에 있어서, 상기 형광 재료는, 540 ㎚ 이상 600 ㎚ 이하의 범위 내에 있는 피크 파장의 광을 발광하는 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  7. 제6항에 있어서, 상기 형광 재료는, Al, In, Ga, Cl, Br, I 중 적어도 1원소 이상의 불순물을 함유하는 다결정 ZnSxSe1 -x(0≤x≤1)를 함유하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
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