JP2001053336A - Iii族窒化物系化合物半導体発光素子 - Google Patents
Iii族窒化物系化合物半導体発光素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 比較的安価な生産設備により製造が可能で、
照明として使用した際に色再現範囲が十分に広いフルカ
ラー対応の1チップ白色LEDを提供する。 【解決手段】 中間層104の上には、計5層の半導体
層により厚さ約500ÅのMQW活性層160が形成さ
れている。本MQW活性層160は、膜厚約100Åの
GaNから成る計2層のバリア層162と、発光波長が相
異なる計3層の井戸層とが交互に積層されて、MQW構
造を成している。この3層の井戸層は、不純物(Zn,Si)
が添加された膜厚約20ÅのAl0.1In0.9Nから成る赤色
発光井戸層161R、膜厚約50ÅのGa0.8In0.2Nから
成る不純物無添加の緑色発光井戸層161G、膜厚約3
0ÅのGa0.95In0.05Nから成る不純物無添加の青色発光
井戸層161Bの順にそれぞれ積層されている。本白色
LEDでの照明によれば、従来の1チップ白色LEDで
は見ることができなかった赤色が見える。
照明として使用した際に色再現範囲が十分に広いフルカ
ラー対応の1チップ白色LEDを提供する。 【解決手段】 中間層104の上には、計5層の半導体
層により厚さ約500ÅのMQW活性層160が形成さ
れている。本MQW活性層160は、膜厚約100Åの
GaNから成る計2層のバリア層162と、発光波長が相
異なる計3層の井戸層とが交互に積層されて、MQW構
造を成している。この3層の井戸層は、不純物(Zn,Si)
が添加された膜厚約20ÅのAl0.1In0.9Nから成る赤色
発光井戸層161R、膜厚約50ÅのGa0.8In0.2Nから
成る不純物無添加の緑色発光井戸層161G、膜厚約3
0ÅのGa0.95In0.05Nから成る不純物無添加の青色発光
井戸層161Bの順にそれぞれ積層されている。本白色
LEDでの照明によれば、従来の1チップ白色LEDで
は見ることができなかった赤色が見える。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、色再現範囲の広い
白色発光の III族窒化物系化合物半導体発光素子に関す
る。
白色発光の III族窒化物系化合物半導体発光素子に関す
る。
【0002】
【従来の技術】白色発光のLED( III族窒化物系化合
物半導体発光素子)としては、「赤崎勇:”青色発光デ
バイスの魅力”,Kbooks series 122(株)工業調査
会,1997.5.1」(以下「引用文献1」と言う。)に記載
されているもの、或いは、公開特許公報「特開平5−1
52609:発光ダイオード」(以下「引用文献2」と
言う。)に記載されているもの等が一般に広く知られて
いる。
物半導体発光素子)としては、「赤崎勇:”青色発光デ
バイスの魅力”,Kbooks series 122(株)工業調査
会,1997.5.1」(以下「引用文献1」と言う。)に記載
されているもの、或いは、公開特許公報「特開平5−1
52609:発光ダイオード」(以下「引用文献2」と
言う。)に記載されているもの等が一般に広く知られて
いる。
【0003】図4に、上記引用文献1の白色発光の半導
体発光素子400の断面図を示す。本半導体発光素子4
00は、金属カップ内に載置された青色発光の III族窒
化物系化合物半導体発光素子(ダイオード・チップ)の
周囲に、青色光を黄色光に変換するYAG系の蛍光体を
入れたものである。
体発光素子400の断面図を示す。本半導体発光素子4
00は、金属カップ内に載置された青色発光の III族窒
化物系化合物半導体発光素子(ダイオード・チップ)の
周囲に、青色光を黄色光に変換するYAG系の蛍光体を
入れたものである。
【0004】図5に、この半導体発光素子400の発光
スペクトルのグラフを示す。チップから直接得られる光
は450nm付近に鋭いピークを示し、蛍光体からの光
は550nm付近をピークとするブロードなスペクトル
を示している。この白色LED(半導体発光素子40
0)は、使用する蛍光体の量や化学組成比を調整するこ
とにより、発光色の色度を変化させることができる。
スペクトルのグラフを示す。チップから直接得られる光
は450nm付近に鋭いピークを示し、蛍光体からの光
は550nm付近をピークとするブロードなスペクトル
を示している。この白色LED(半導体発光素子40
0)は、使用する蛍光体の量や化学組成比を調整するこ
とにより、発光色の色度を変化させることができる。
【0005】図6は、半導体発光素子400の色再現範
囲を示した色度図である。この様に使用する蛍光体の量
や化学組成比を調整することにより、本色度図中央の扇
形内部の任意の色を発光するLEDを実現することが可
能である。
囲を示した色度図である。この様に使用する蛍光体の量
や化学組成比を調整することにより、本色度図中央の扇
形内部の任意の色を発光するLEDを実現することが可
能である。
【0006】また、上記引用文献1に記載されている白
色発光の「3in1フルカラーLED」においては、赤色
発光のLEDチップとしてGaAlAsより成る半導体発光素
子を使用している。
色発光の「3in1フルカラーLED」においては、赤色
発光のLEDチップとしてGaAlAsより成る半導体発光素
子を使用している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】例えば、図6に示した
様に、従来の半導体発光素子400によれば、色再現範
囲が十分に広くはないため、これらを照明として用いた
際、特に緑色や赤色が見えなかった。この様に、従来
は、色再現範囲が十分に広いフルカラー対応の照明を1
チップの半導体発光素子で実現することは容易ではなか
った。
様に、従来の半導体発光素子400によれば、色再現範
囲が十分に広くはないため、これらを照明として用いた
際、特に緑色や赤色が見えなかった。この様に、従来
は、色再現範囲が十分に広いフルカラー対応の照明を1
チップの半導体発光素子で実現することは容易ではなか
った。
【0008】また、上記の「3in1フルカラーLED」
においては、白色を得るためのチップ数が多くなるため
に、製造工程が複雑になり、製造に時間がかかると共に
生産コストが高くなるという問題があった。
においては、白色を得るためのチップ数が多くなるため
に、製造工程が複雑になり、製造に時間がかかると共に
生産コストが高くなるという問題があった。
【0009】また、上記の「3in1フルカラーLED」
などの従来の半導体発光素子においては、赤色発光チッ
プを実現するために赤色発光の半導体層の中に砒素(As)
を使用していた。しかし、砒素(As)化合物等を用いた製
品を量産する際には、生態系や環境に対する細かな配慮
が特に必要となり、設備投資や生産性の面で問題があっ
た。
などの従来の半導体発光素子においては、赤色発光チッ
プを実現するために赤色発光の半導体層の中に砒素(As)
を使用していた。しかし、砒素(As)化合物等を用いた製
品を量産する際には、生態系や環境に対する細かな配慮
が特に必要となり、設備投資や生産性の面で問題があっ
た。
【0010】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的は、砒素(As)化合物等を使
用せず、よって特別な配慮を必要としない比較的安価な
生産設備により製造が可能な、色再現範囲が十分に広い
フルカラー対応の1チップ白色LEDを提供することで
ある。
されたものであり、その目的は、砒素(As)化合物等を使
用せず、よって特別な配慮を必要としない比較的安価な
生産設備により製造が可能な、色再現範囲が十分に広い
フルカラー対応の1チップ白色LEDを提供することで
ある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めには、以下の手段が有効である。即ち、第1の手段
は、量子井戸構造を有する(Alx Ga1-x ) y In1-y N(0
≦x≦1;0 ≦y≦1)からなる III族窒化物系化合物よ
り形成された半導体層が積層された半導体発光素子にお
いて、複数の井戸層の内の少なくとも3層以上の井戸層
の各混晶比を互いに異ならせ、少なくとも1つの井戸層
にはアクセプタ不純物及びドナー不純物を添加すること
で井戸層を構成し、少なくとも3層以上の井戸層から発
光される各光の色度を互いに異ならせることにより、全
井戸層の発光に基づいて光取出面から放射される合成光
を白色光とすることである。
めには、以下の手段が有効である。即ち、第1の手段
は、量子井戸構造を有する(Alx Ga1-x ) y In1-y N(0
≦x≦1;0 ≦y≦1)からなる III族窒化物系化合物よ
り形成された半導体層が積層された半導体発光素子にお
いて、複数の井戸層の内の少なくとも3層以上の井戸層
の各混晶比を互いに異ならせ、少なくとも1つの井戸層
にはアクセプタ不純物及びドナー不純物を添加すること
で井戸層を構成し、少なくとも3層以上の井戸層から発
光される各光の色度を互いに異ならせることにより、全
井戸層の発光に基づいて光取出面から放射される合成光
を白色光とすることである。
【0012】尚、上記の各々の井戸層は、単一量子井戸
構造を成す井戸層であっても、多重量子井戸構造を構成
する井戸層であっても良い。また、上記の各々の井戸層
は、その井戸層の中に更に膜厚の薄いバリア層を備えて
いても良い。また、上記の各々の井戸層は、互いに各々
相互干渉するものであっても、互いに各々相互干渉しな
いものであっても良い。
構造を成す井戸層であっても、多重量子井戸構造を構成
する井戸層であっても良い。また、上記の各々の井戸層
は、その井戸層の中に更に膜厚の薄いバリア層を備えて
いても良い。また、上記の各々の井戸層は、互いに各々
相互干渉するものであっても、互いに各々相互干渉しな
いものであっても良い。
【0013】また、第2の手段は、上記の第1の手段に
おいて、赤色発光井戸層の混晶比をAly In1-y N(0≦
y≦0.1 )とすることである。
おいて、赤色発光井戸層の混晶比をAly In1-y N(0≦
y≦0.1 )とすることである。
【0014】また、第3の手段は、上記の第1又は第2
の手段において、不純物が添加されていないIn1-y Gay
N (0.7 ≦y<1)より形成された青色発光井戸層及び
緑色発光井戸層を備えることである。ただし、この青色
発光井戸層は、青色(455nm〜485nm)よりも若干発光波長
の短い青紫色(380nm〜455nm)の光を発光する井戸層であ
っても良い。
の手段において、不純物が添加されていないIn1-y Gay
N (0.7 ≦y<1)より形成された青色発光井戸層及び
緑色発光井戸層を備えることである。ただし、この青色
発光井戸層は、青色(455nm〜485nm)よりも若干発光波長
の短い青紫色(380nm〜455nm)の光を発光する井戸層であ
っても良い。
【0015】また、第4の手段は、上記の第1乃至第3
の何れか1つの手段において、アクセプタ不純物及びド
ナー不純物の濃度をそれぞれ1×1017/cm3 以上、1×
1021/cm3 以下にすることである。
の何れか1つの手段において、アクセプタ不純物及びド
ナー不純物の濃度をそれぞれ1×1017/cm3 以上、1×
1021/cm3 以下にすることである。
【0016】また、第5の手段は、上記の第1乃至第4
の何れか1つの手段において、アクセプタ不純物とし
て、亜鉛(Zn)、ベリリウム(Be)、カルシウム
(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(B
a)、又はマグネシウム(Mg)を用いることである。
の何れか1つの手段において、アクセプタ不純物とし
て、亜鉛(Zn)、ベリリウム(Be)、カルシウム
(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(B
a)、又はマグネシウム(Mg)を用いることである。
【0017】また、第6の手段は、上記の第1乃至第5
の何れか1つの手段において、ドナー不純物として、炭
素(C)、シリコン(Si)、スズ(Sn)、硫黄(S )、セレン
(Se)、又はテルル(Te)を用いることである。
の何れか1つの手段において、ドナー不純物として、炭
素(C)、シリコン(Si)、スズ(Sn)、硫黄(S )、セレン
(Se)、又はテルル(Te)を用いることである。
【0018】また、第7の手段は、上記の第1乃至第6
の何れか1つの手段において、井戸層を光取出面に近付
く程発光波長が短くなる順に積層することである。
の何れか1つの手段において、井戸層を光取出面に近付
く程発光波長が短くなる順に積層することである。
【0019】更に、第8の手段は、上記の第1乃至第7
の何れか1つの手段において、各井戸層の膜厚、混晶
比、添加不純物の種類、添加不純物の濃度、又は各発光
波長別の層数を各々調整することにより、井戸層から発
光される各光の色度図上における色度座標の、明度によ
る加重平均座標を白色点座標(1/3,1/3 )に略一致する
様に構成することである。以上の手段により、前記の課
題を解決することができる。
の何れか1つの手段において、各井戸層の膜厚、混晶
比、添加不純物の種類、添加不純物の濃度、又は各発光
波長別の層数を各々調整することにより、井戸層から発
光される各光の色度図上における色度座標の、明度によ
る加重平均座標を白色点座標(1/3,1/3 )に略一致する
様に構成することである。以上の手段により、前記の課
題を解決することができる。
【0020】
【作用及び発明の効果】本発明の手段によれば、赤色発
光井戸層と、赤色以外に発光する2つ以上の井戸層とが
構成されるため、少なくとも3層以上の井戸層から互い
に色度の異なる光が発光される。従って、本発明の白色
LEDを照明として用いた場合、従来の1チップ白色L
EDによる照明では見ることができなかった赤色が見え
るようになる。
光井戸層と、赤色以外に発光する2つ以上の井戸層とが
構成されるため、少なくとも3層以上の井戸層から互い
に色度の異なる光が発光される。従って、本発明の白色
LEDを照明として用いた場合、従来の1チップ白色L
EDによる照明では見ることができなかった赤色が見え
るようになる。
【0021】この時、光取出面から放射される合成光の
色度座標を(x,y) 、各井戸層から発光される光の色
度座標と明度をそれぞれ(xi ,yi )、Mi とすれ
ば、これらの数値の間には、次の関係が成り立つ。
色度座標を(x,y) 、各井戸層から発光される光の色
度座標と明度をそれぞれ(xi ,yi )、Mi とすれ
ば、これらの数値の間には、次の関係が成り立つ。
【数1】 ( i=1ΣN Mi )(x,y) = i=1ΣN {Mi (xi ,yi )} …(1) ただし、ここで、Nは全井戸層の層数である。
【0022】ここで、各井戸層の混晶比、添加不純物の
種類、添加不純物の濃度は、各井戸層の発光波長を決定
するパラメーターとなり得、また、各井戸層の膜厚、及
び各発光波長別の層数は、各発光波長毎の発光強度(明
度)を決定するパラメーターとなり得る。従って、上記
の各種パラメーターを各井戸層毎に各々最適に調整すれ
ば、これらの各井戸層から発光される光の色度座標点
(xi ,yi )を各頂点とする色度図上における多角形
の内部に位置する任意の色をこれらの光の合成により全
て再現することが可能となる。
種類、添加不純物の濃度は、各井戸層の発光波長を決定
するパラメーターとなり得、また、各井戸層の膜厚、及
び各発光波長別の層数は、各発光波長毎の発光強度(明
度)を決定するパラメーターとなり得る。従って、上記
の各種パラメーターを各井戸層毎に各々最適に調整すれ
ば、これらの各井戸層から発光される光の色度座標点
(xi ,yi )を各頂点とする色度図上における多角形
の内部に位置する任意の色をこれらの光の合成により全
て再現することが可能となる。
【0023】例えば、計3層の井戸層により上記の多角
形(よって三角形)を構成する場合には、赤色発光井戸
層、緑色発光井戸層、及び青色発光井戸層の3層で全井
戸層を構成することにより、最も広範囲の色を再現する
ことが可能となる(図3)。ただし、この青色発光井戸
層は、青色(455nm〜485nm)よりも若干発光波長の短い青
紫色(380nm〜455nm)の光を発光する井戸層であっても良
い。
形(よって三角形)を構成する場合には、赤色発光井戸
層、緑色発光井戸層、及び青色発光井戸層の3層で全井
戸層を構成することにより、最も広範囲の色を再現する
ことが可能となる(図3)。ただし、この青色発光井戸
層は、青色(455nm〜485nm)よりも若干発光波長の短い青
紫色(380nm〜455nm)の光を発光する井戸層であっても良
い。
【0024】従って、特に、上記の多角形を色度図上に
広範にとり、全井戸層から発光される各光の色度図上に
おける色度座標の明度による加重平均座標を白色点座標
(1/3,1/3 )に略一致する様に構成すれば、式(1)に
示す光の合成作用により、白色照明等に利用した際に色
再現範囲が十分に広いフルカラー対応の1チップ白色L
EDを実現することができる。
広範にとり、全井戸層から発光される各光の色度図上に
おける色度座標の明度による加重平均座標を白色点座標
(1/3,1/3 )に略一致する様に構成すれば、式(1)に
示す光の合成作用により、白色照明等に利用した際に色
再現範囲が十分に広いフルカラー対応の1チップ白色L
EDを実現することができる。
【0025】また、井戸層を光取出面に近付く程発光波
長が短くなる順に積層すれば、各井戸層から発光された
光が光取出面側に存在する井戸層で吸収される光吸収作
用が防止され、光の取出効率が高くなるともに、色度の
制御性が向上する。
長が短くなる順に積層すれば、各井戸層から発光された
光が光取出面側に存在する井戸層で吸収される光吸収作
用が防止され、光の取出効率が高くなるともに、色度の
制御性が向上する。
【0026】更に、本発明の手段によれば、製品( III
族窒化物系化合物半導体発光素子)及び製造工程におい
て、砒素(As)化合物等を使用しなくて良い。このため、
特別な配慮を必要としない比較的安価な生産設備により
白色LEDを製造することが可能となる。これらの作用
・効果により、前記の課題を解決し、本発明の目的を達
成することができる。
族窒化物系化合物半導体発光素子)及び製造工程におい
て、砒素(As)化合物等を使用しなくて良い。このため、
特別な配慮を必要としない比較的安価な生産設備により
白色LEDを製造することが可能となる。これらの作用
・効果により、前記の課題を解決し、本発明の目的を達
成することができる。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。図1に、本発明によるワイヤー・ボ
ンディング型の半導体発光素子100の断面図を示す。
サファイヤ基板101の上には窒化アルミニウム(AlN)
から成る膜厚約200Åのバッファ層102が設けら
れ、その上にシリコン(Si)ドープのGaN から成る膜厚約
4.0 μmのn型コンタクト層103が形成されている。
基づいて説明する。図1に、本発明によるワイヤー・ボ
ンディング型の半導体発光素子100の断面図を示す。
サファイヤ基板101の上には窒化アルミニウム(AlN)
から成る膜厚約200Åのバッファ層102が設けら
れ、その上にシリコン(Si)ドープのGaN から成る膜厚約
4.0 μmのn型コンタクト層103が形成されている。
【0028】このn型コンタクト層103の上には、ノ
ンドープのIn0.03Ga0.97N から成る膜厚約2000Åの
中間層104が形成されている。
ンドープのIn0.03Ga0.97N から成る膜厚約2000Åの
中間層104が形成されている。
【0029】そして、中間層104の上には、膜厚約2
50ÅのGaNから成るn型クラッド層105が形成さ
れ、その上に計5層の半導体層により厚さ約300Åの
MQW活性層160が形成されている。本MQW活性層
160は、膜厚約100ÅのGaNから成る計4層のバリ
ア層162と、発光波長が相異なる計3層の井戸層とが
交互に積層されることによりMQW構造を成している。
50ÅのGaNから成るn型クラッド層105が形成さ
れ、その上に計5層の半導体層により厚さ約300Åの
MQW活性層160が形成されている。本MQW活性層
160は、膜厚約100ÅのGaNから成る計4層のバリ
ア層162と、発光波長が相異なる計3層の井戸層とが
交互に積層されることによりMQW構造を成している。
【0030】この3層の井戸層は、不純物(Zn,Si) が添
加された膜厚約20ÅのAl0.1In0.9Nから成る赤色発光
井戸層161R、膜厚約50ÅのIn0.2 Ga0.8 Nから成
る不純物無添加の緑色発光井戸層161G、膜厚約30
ÅのIn0.05Ga0.95Nから成る不純物無添加の青色発光井
戸層161Bの順にそれぞれバリア層162を介して積
層されている。
加された膜厚約20ÅのAl0.1In0.9Nから成る赤色発光
井戸層161R、膜厚約50ÅのIn0.2 Ga0.8 Nから成
る不純物無添加の緑色発光井戸層161G、膜厚約30
ÅのIn0.05Ga0.95Nから成る不純物無添加の青色発光井
戸層161Bの順にそれぞれバリア層162を介して積
層されている。
【0031】このMQW活性層160の上には、膜厚約
100ÅのGaNキャップ層107が形成され、その上
にp型Al0.12Ga0.88N から成る膜厚約200Åのp型ク
ラッド層108が形成されており、更に、p型クラッド
層108の上にはp型Al0.05Ga0.95N から成る膜厚約6
00Åのp型コンタクト層109が形成されている。
100ÅのGaNキャップ層107が形成され、その上
にp型Al0.12Ga0.88N から成る膜厚約200Åのp型ク
ラッド層108が形成されており、更に、p型クラッド
層108の上にはp型Al0.05Ga0.95N から成る膜厚約6
00Åのp型コンタクト層109が形成されている。
【0032】又、p型コンタクト層109の上には金属
蒸着による透光性薄膜正電極110が、n型コンタクト
層103上には負電極140が形成されている。透光性
薄膜正電極110は、p型コンタクト層109に接合す
る膜厚約15Åのコバルト(Co)より成る薄膜正電極第1層
111と、Coに接合する膜厚約60Åの金(Au)より成る薄
膜正電極第2層112とで構成されている。
蒸着による透光性薄膜正電極110が、n型コンタクト
層103上には負電極140が形成されている。透光性
薄膜正電極110は、p型コンタクト層109に接合す
る膜厚約15Åのコバルト(Co)より成る薄膜正電極第1層
111と、Coに接合する膜厚約60Åの金(Au)より成る薄
膜正電極第2層112とで構成されている。
【0033】厚膜正電極120は、膜厚約175Åのバ
ナジウム(V)より成る厚膜正電極第1層121と、膜
厚約15000Åの金(Au)より成る厚膜正電極第2
層122と、膜厚約100Åのアルミニウム(Al)よ
り成る厚膜正電極第3層123とを透光性薄膜正電極1
10の上から順次積層させることにより構成されてい
る。
ナジウム(V)より成る厚膜正電極第1層121と、膜
厚約15000Åの金(Au)より成る厚膜正電極第2
層122と、膜厚約100Åのアルミニウム(Al)よ
り成る厚膜正電極第3層123とを透光性薄膜正電極1
10の上から順次積層させることにより構成されてい
る。
【0034】多層構造の負電極140は、n型コンタク
ト層103の一部露出された部分の上から、膜厚約17
5Åのバナジウム(V) 層141と、膜厚約1000Åの
アルミニウム(Al)層142と、膜厚約500Åのバナジ
ウム(V) 層143と、膜厚約5000Åのニッケル(Ni)
層144と、膜厚8000Åの金(Au)層145とを
順次積層させることにより構成されている。
ト層103の一部露出された部分の上から、膜厚約17
5Åのバナジウム(V) 層141と、膜厚約1000Åの
アルミニウム(Al)層142と、膜厚約500Åのバナジ
ウム(V) 層143と、膜厚約5000Åのニッケル(Ni)
層144と、膜厚8000Åの金(Au)層145とを
順次積層させることにより構成されている。
【0035】また、最上部には、SiO2 膜より成る保
護膜130が形成されており、また、サファイヤ基板1
01の底面に当たる反対側の最下部には、膜厚約500
0Åのアルミニウム(Al)より成る反射金属層150
が、金属蒸着により成膜されている。尚、この反射金属
層150は、Rh,Ti,W等の金属の他、TiN,H
fN等の窒化物でも良い。
護膜130が形成されており、また、サファイヤ基板1
01の底面に当たる反対側の最下部には、膜厚約500
0Åのアルミニウム(Al)より成る反射金属層150
が、金属蒸着により成膜されている。尚、この反射金属
層150は、Rh,Ti,W等の金属の他、TiN,H
fN等の窒化物でも良い。
【0036】次に、この発光素子100の製造方法につ
いて説明する。上記発光素子100は、有機金属気相成
長法(MOVPE法)による気相成長により製造され
た。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャリアガ
ス(H2,N2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)(以下「TM
G 」と記す)、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)(以
下「TMA 」と記す)、トリメチルインジウム(In(CH3)3)
(以下「TMI 」と記す)、シラン(SiH4)とシクロペンタ
ジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2) (以下「CP2Mg 」と
記す)である。まず、有機洗浄により洗浄したa面を主
面とした単結晶のサファイア基板101をMOVPE 装置の
反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常圧で
H2を反応室に流しながら温度1150℃で基板101を
ベーキングした。次に、基板101の温度を400℃ま
で低下させて、H2、NH3 及びTMA を供給してAlN のバッ
ファ層102を約200Åの膜厚に形成した。
いて説明する。上記発光素子100は、有機金属気相成
長法(MOVPE法)による気相成長により製造され
た。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャリアガ
ス(H2,N2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)(以下「TM
G 」と記す)、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)(以
下「TMA 」と記す)、トリメチルインジウム(In(CH3)3)
(以下「TMI 」と記す)、シラン(SiH4)とシクロペンタ
ジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2) (以下「CP2Mg 」と
記す)である。まず、有機洗浄により洗浄したa面を主
面とした単結晶のサファイア基板101をMOVPE 装置の
反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常圧で
H2を反応室に流しながら温度1150℃で基板101を
ベーキングした。次に、基板101の温度を400℃ま
で低下させて、H2、NH3 及びTMA を供給してAlN のバッ
ファ層102を約200Åの膜厚に形成した。
【0037】次に、基板101の温度を1150℃にま
で上げ、H2、NH3 、TMG 及びシランを供給し、膜厚約4.
0 μm、電子濃度2 ×1018/cm3のシリコン(Si)ドー
プのGaN から成るn型コンタクト層103を形成した。
次に、基板11の温度を850℃にし、N2又はH2、N
H3 、TMG 及びTMI を供給して、膜厚約2000ÅのIn
0.03Ga0.97N から成る中間層104を形成した。
で上げ、H2、NH3 、TMG 及びシランを供給し、膜厚約4.
0 μm、電子濃度2 ×1018/cm3のシリコン(Si)ドー
プのGaN から成るn型コンタクト層103を形成した。
次に、基板11の温度を850℃にし、N2又はH2、N
H3 、TMG 及びTMI を供給して、膜厚約2000ÅのIn
0.03Ga0.97N から成る中間層104を形成した。
【0038】上記の中間層104を形成した後、基板1
01の温度は850℃のままにし、N2又はH2、NH3 、TM
G を供給して、膜厚約250ÅのGaN から成るn型クラ
ッド層105を形成した。次に、N2又はH2、NH3 、TMA
、TMI 、DEZ 及びシランを供給して、亜鉛(Zn)、及び
シリコン(Si)が、それぞれ濃度2 ×1017/cm3のアクセプ
タ不純物、及び濃度3×1017/cm3のドナー不純物として
添加された膜厚約20ÅのAl0.1In0.9Nから成る赤色発
光井戸層161Rを形成した。
01の温度は850℃のままにし、N2又はH2、NH3 、TM
G を供給して、膜厚約250ÅのGaN から成るn型クラ
ッド層105を形成した。次に、N2又はH2、NH3 、TMA
、TMI 、DEZ 及びシランを供給して、亜鉛(Zn)、及び
シリコン(Si)が、それぞれ濃度2 ×1017/cm3のアクセプ
タ不純物、及び濃度3×1017/cm3のドナー不純物として
添加された膜厚約20ÅのAl0.1In0.9Nから成る赤色発
光井戸層161Rを形成した。
【0039】次に、N2又はH2、NH3 、TMG を供給して、
膜厚約100ÅのGaN から成るバリア層162を形成し
た。その後、N2又はH2、NH3 、TMG 及びTMI を供給し
て、膜厚約50ÅのIn0.2 Ga 0.8 Nから成る不純物無添
加の緑色発光井戸層161Gを形成した。
膜厚約100ÅのGaN から成るバリア層162を形成し
た。その後、N2又はH2、NH3 、TMG 及びTMI を供給し
て、膜厚約50ÅのIn0.2 Ga 0.8 Nから成る不純物無添
加の緑色発光井戸層161Gを形成した。
【0040】次に、N2又はH2、NH3 、TMG を供給して、
膜厚約100ÅのGaN から成るバリア層162を形成し
た。その後、N2又はH2、NH3 、TMG 及びTMI を供給し
て、膜厚約30ÅのIn0.05Ga 0.95Nから成る不純物無添
加の青色発光井戸層161Bを形成した。この様にし
て、計5層の半導体層より成る厚さ約300ÅのMQW
活性層160を形成した。
膜厚約100ÅのGaN から成るバリア層162を形成し
た。その後、N2又はH2、NH3 、TMG 及びTMI を供給し
て、膜厚約30ÅのIn0.05Ga 0.95Nから成る不純物無添
加の青色発光井戸層161Bを形成した。この様にし
て、計5層の半導体層より成る厚さ約300ÅのMQW
活性層160を形成した。
【0041】次に、N2又はH2、NH3 、TMG を供給して、
膜厚約100ÅのGaN から成るキャップ層107を形成
した。
膜厚約100ÅのGaN から成るキャップ層107を形成
した。
【0042】次に、基板11の温度を1150℃にし、N2又
はH2、NH3 、TMG 、TMA 及びCP2Mgを供給して、膜厚約
200Å、マグネシウム(Mg)をドープしたp型Al0.12Ga
0.88N から成るp型クラッド層108を形成した。次
に、基板11の温度を1100℃に保持し、N2又はH2、N
H3 、TMG 、TMA 及びCP 2Mg を供給して、膜厚約600
Å、マグネシウム(Mg)をドープしたp型Al0.05Ga 0.95N
から成るp型コンタクト層109を形成した。
はH2、NH3 、TMG 、TMA 及びCP2Mgを供給して、膜厚約
200Å、マグネシウム(Mg)をドープしたp型Al0.12Ga
0.88N から成るp型クラッド層108を形成した。次
に、基板11の温度を1100℃に保持し、N2又はH2、N
H3 、TMG 、TMA 及びCP 2Mg を供給して、膜厚約600
Å、マグネシウム(Mg)をドープしたp型Al0.05Ga 0.95N
から成るp型コンタクト層109を形成した。
【0043】次に、p型コンタクト層109の上にエッ
チングマスクを形成し、所定領域のマスクを除去して、
マスクで覆われていない部分のp型コンタクト層10
9、p型クラッド層108、キャップ層107、MQW
活性層160、n型クラッド層105、中間層104、
n型コンタクト層103の一部を塩素を含むガスによる
反応性イオンエッチングによりエッチングして、n型コ
ンタクト層103の表面を露出させた。次に、以下の手
順で、n型コンタクト層103に接合する負電極140
と、p型コンタクト層109に接合する透光性薄膜正電
極110とを形成した。
チングマスクを形成し、所定領域のマスクを除去して、
マスクで覆われていない部分のp型コンタクト層10
9、p型クラッド層108、キャップ層107、MQW
活性層160、n型クラッド層105、中間層104、
n型コンタクト層103の一部を塩素を含むガスによる
反応性イオンエッチングによりエッチングして、n型コ
ンタクト層103の表面を露出させた。次に、以下の手
順で、n型コンタクト層103に接合する負電極140
と、p型コンタクト層109に接合する透光性薄膜正電
極110とを形成した。
【0044】(1) 蒸着装置にて、10-4Paオーダ以下の
高真空に排気した後、表面に一様に膜厚約15ÅのCoを成
膜し、このCoより形成された薄膜正電極第1層111の
上に膜厚約60ÅのAuより成る薄膜正電極第2層112を
成膜する。 (2) 次に、表面上にフォトレジストを一様に塗布して、
フォトリソグラフィにより、p型コンタクト層109の
上に積層する、透光性薄膜正電極110の形成部分以外
のフォトレジストを除去する。
高真空に排気した後、表面に一様に膜厚約15ÅのCoを成
膜し、このCoより形成された薄膜正電極第1層111の
上に膜厚約60ÅのAuより成る薄膜正電極第2層112を
成膜する。 (2) 次に、表面上にフォトレジストを一様に塗布して、
フォトリソグラフィにより、p型コンタクト層109の
上に積層する、透光性薄膜正電極110の形成部分以外
のフォトレジストを除去する。
【0045】(3) 次に、エッチングにより露出している
Co、Auを除去した後、フォトレジストを除去して、p型
コンタクト層109上に透光性薄膜正電極110を形成
する。 (4) 次に、フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフ
ィによりn型コンタクト層103の露出面上の所定領域
に窓を形成して、10-4Paオーダ以下の高真空に排気し
た後、膜厚約175Åのバナジウム(V) 層141と、膜
厚約1.8μmのアルミニウム(Al)層142とを順次蒸
着した。次に、フォトレジストを除去する。これにより
n型コンタクト層103の露出面上に負電極140が形
成される。上記の工程により形成された透光性薄膜正電
極110上に、更に、厚膜正電極120を形成するため
に、フォトレジストを一様に塗布して、厚膜正電極12
0の形成部分のフォトレジストに窓を開ける。その後、
膜厚約175Åのバナジウム(V)層121と、膜厚約
15000Åの金(Au)層122と、膜厚約100Å
のアルミニウム(Al)層123とを透光性薄膜正電極
110の上に順次蒸着により成膜させ、(4) の工程と同
様にリフトオフ法により厚膜正電極120を形成する。
Co、Auを除去した後、フォトレジストを除去して、p型
コンタクト層109上に透光性薄膜正電極110を形成
する。 (4) 次に、フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフ
ィによりn型コンタクト層103の露出面上の所定領域
に窓を形成して、10-4Paオーダ以下の高真空に排気し
た後、膜厚約175Åのバナジウム(V) 層141と、膜
厚約1.8μmのアルミニウム(Al)層142とを順次蒸
着した。次に、フォトレジストを除去する。これにより
n型コンタクト層103の露出面上に負電極140が形
成される。上記の工程により形成された透光性薄膜正電
極110上に、更に、厚膜正電極120を形成するため
に、フォトレジストを一様に塗布して、厚膜正電極12
0の形成部分のフォトレジストに窓を開ける。その後、
膜厚約175Åのバナジウム(V)層121と、膜厚約
15000Åの金(Au)層122と、膜厚約100Å
のアルミニウム(Al)層123とを透光性薄膜正電極
110の上に順次蒸着により成膜させ、(4) の工程と同
様にリフトオフ法により厚膜正電極120を形成する。
【0046】(5) その後、n型コンタクト層と負電極1
40、並びに、p型コンタクト層109と透光性薄膜正
電極110とのコンタクト抵抗を低減させるための熱処
理(シンタリンブ)を行った。即ち、試料雰囲気を真空
ポンプで排気し、O2ガスを供給して圧力10Paとし、
その状態で雰囲気温度を約 570℃にして、約4 分程度加
熱した。
40、並びに、p型コンタクト層109と透光性薄膜正
電極110とのコンタクト抵抗を低減させるための熱処
理(シンタリンブ)を行った。即ち、試料雰囲気を真空
ポンプで排気し、O2ガスを供給して圧力10Paとし、
その状態で雰囲気温度を約 570℃にして、約4 分程度加
熱した。
【0047】その後、蒸着により、上部に露出している
最上層に一様にSiO2 より成る保護膜130を形成
し、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィー工程
を経て、厚膜正電極120および負電極140に外部露
出部分ができるようにほぼ同面積の窓をそれぞれ一つづ
つウエットエッチングにより形成した。また、サファイ
ア基板の裏面には、蒸着により、Rhの反射膜を形成し
た。
最上層に一様にSiO2 より成る保護膜130を形成
し、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィー工程
を経て、厚膜正電極120および負電極140に外部露
出部分ができるようにほぼ同面積の窓をそれぞれ一つづ
つウエットエッチングにより形成した。また、サファイ
ア基板の裏面には、蒸着により、Rhの反射膜を形成し
た。
【0048】このようにして、図1に示した半導体発光
素子100を形成した。図2に、本半導体発光素子10
0の発光スペクトルのグラフを示す。本グラフより、赤
色発光井戸層161Rから発光される光は460nm付
近に鋭いピークを持ち、緑色発光井戸層161Gから発
光される光は530nm付近に鋭いピークを持ち、青色
発光井戸層161Bから発光される光は650nm付近
に鋭いピークを持つことが判る。
素子100を形成した。図2に、本半導体発光素子10
0の発光スペクトルのグラフを示す。本グラフより、赤
色発光井戸層161Rから発光される光は460nm付
近に鋭いピークを持ち、緑色発光井戸層161Gから発
光される光は530nm付近に鋭いピークを持ち、青色
発光井戸層161Bから発光される光は650nm付近
に鋭いピークを持つことが判る。
【0049】図3は、半導体発光素子100の色再現範
囲を示した色度図である。図中の記号R,G,Bは、上
記の各光のピーク値付近における色度を表している。上
記の各井戸層161R,161G,161Bの膜厚を適
当に設定することにより、本半導体発光素子100にお
いては、式(1)に示した色度座標の明度による加重平
均座標(x,y)が白色点Wの座標(1/3,1/3 )に略一
致する様に構成されている。
囲を示した色度図である。図中の記号R,G,Bは、上
記の各光のピーク値付近における色度を表している。上
記の各井戸層161R,161G,161Bの膜厚を適
当に設定することにより、本半導体発光素子100にお
いては、式(1)に示した色度座標の明度による加重平
均座標(x,y)が白色点Wの座標(1/3,1/3 )に略一
致する様に構成されている。
【0050】これにより、白色照明等に利用した際に色
再現範囲が十分に広いフルカラー対応の1チップ白色L
EDを実現することができた。即ち、本半導体発光素子
100を照明として使用すれば、本色度図中央の三角形
内部の任意の色をこの照明により再現することができ
る。
再現範囲が十分に広いフルカラー対応の1チップ白色L
EDを実現することができた。即ち、本半導体発光素子
100を照明として使用すれば、本色度図中央の三角形
内部の任意の色をこの照明により再現することができ
る。
【0051】また、本半導体発光素子100によれば、
紫外線、及び赤外線が発光されないので、エネルギー効
率が高く、眼に優しい照明を1チップで実現することが
できる。
紫外線、及び赤外線が発光されないので、エネルギー効
率が高く、眼に優しい照明を1チップで実現することが
できる。
【0052】尚、上記の実施例においては、ワイヤボン
ディング型の1チップ白色LEDを示したが、本発明は
フリップチップ型等の任意の型の1チップ白色LEDと
して適用することができる。
ディング型の1チップ白色LEDを示したが、本発明は
フリップチップ型等の任意の型の1チップ白色LEDと
して適用することができる。
【0053】例えば、フリップチップ型の場合において
は、複数の井戸層を上記の実施例とは逆の積層順序で積
層する。これによりフリップチップ型の場合において
も、井戸層を光取出面に近付く程発光波長が短くなる順
で積層できるので、各井戸層から発光された光が光取出
面側に存在する井戸層で吸収される光吸収作用が防止さ
れる。従って、上記の実施例と同様に光の取出効率が高
く、色再現範囲が十分に広いフルカラー対応の1チップ
白色LEDを得ることができる。
は、複数の井戸層を上記の実施例とは逆の積層順序で積
層する。これによりフリップチップ型の場合において
も、井戸層を光取出面に近付く程発光波長が短くなる順
で積層できるので、各井戸層から発光された光が光取出
面側に存在する井戸層で吸収される光吸収作用が防止さ
れる。従って、上記の実施例と同様に光の取出効率が高
く、色再現範囲が十分に広いフルカラー対応の1チップ
白色LEDを得ることができる。
【0054】尚、フリップチップ型の場合には、反射金
属層150は不要であり、透光性薄膜正電極110の代
わりに、ロジウム(Rh)等の反射率の良好な金属を用いた
膜厚約2000Å程度の非透光性の厚膜電極を形成す
る。この場合には、厚膜正電極120は不要である。
属層150は不要であり、透光性薄膜正電極110の代
わりに、ロジウム(Rh)等の反射率の良好な金属を用いた
膜厚約2000Å程度の非透光性の厚膜電極を形成す
る。この場合には、厚膜正電極120は不要である。
【0055】また、上記の実施例では、井戸層を赤色発
光、緑色発光、青色発光の計3層としたが、黄色発光
や、或いは青緑色発光の井戸層を更に設けても良い。こ
の様に発光波長の異なる井戸層の層数を増やせば、図3
の三角形をより広範な多角形に変更することができるの
で、より広範囲の色度を再現可能なフルカラー対応の1
チップ白色LEDを実現することができる。
光、緑色発光、青色発光の計3層としたが、黄色発光
や、或いは青緑色発光の井戸層を更に設けても良い。こ
の様に発光波長の異なる井戸層の層数を増やせば、図3
の三角形をより広範な多角形に変更することができるの
で、より広範囲の色度を再現可能なフルカラー対応の1
チップ白色LEDを実現することができる。
【0056】また、上記の実施例では、各発光波長別の
光の明度を各井戸層の膜厚で調整したが、各発光波長別
の光の明度は、各発光波長別の井戸層の層数により調整
しても良い。
光の明度を各井戸層の膜厚で調整したが、各発光波長別
の光の明度は、各発光波長別の井戸層の層数により調整
しても良い。
【0057】また、上記実施例では、MQW活性層16
0を活性層としているが、活性層は、複数の単一量子井
戸より構成しても良い。即ち、本発明における各々の井
戸層は、単一量子井戸構造を成す井戸層であっても、多
重量子井戸構造を構成する井戸層であっても良い。ま
た、本発明の各々の井戸層は、その井戸層の中に更に膜
厚の薄いバリア層を備えていても良い。また、本発明の
各々の井戸層は、互いに各々相互干渉するものであって
も、互いに各々相互干渉しないものであっても良い。本
発明は、これらの任意の量子井戸構造を有する半導体発
光素子に適用することができる。
0を活性層としているが、活性層は、複数の単一量子井
戸より構成しても良い。即ち、本発明における各々の井
戸層は、単一量子井戸構造を成す井戸層であっても、多
重量子井戸構造を構成する井戸層であっても良い。ま
た、本発明の各々の井戸層は、その井戸層の中に更に膜
厚の薄いバリア層を備えていても良い。また、本発明の
各々の井戸層は、互いに各々相互干渉するものであって
も、互いに各々相互干渉しないものであっても良い。本
発明は、これらの任意の量子井戸構造を有する半導体発
光素子に適用することができる。
【0058】又、亜鉛、及びシリコンの添加量は、1 ×
1017〜1 ×1021/cm3程度で不純物レベル間の遷移による
発光が得られる。又、アクセプタ不純物元素には、亜鉛
の他、II族元素又は、IV族元素を使用でき、ドナー不純
物元素には、シリコンの他、IV族元素、VI族元素を用い
ることができる。尚、本発明において、無添加の層と
は、形成時に故意に不純物を添加しない層のことをい
う。
1017〜1 ×1021/cm3程度で不純物レベル間の遷移による
発光が得られる。又、アクセプタ不純物元素には、亜鉛
の他、II族元素又は、IV族元素を使用でき、ドナー不純
物元素には、シリコンの他、IV族元素、VI族元素を用い
ることができる。尚、本発明において、無添加の層と
は、形成時に故意に不純物を添加しない層のことをい
う。
【0059】また、上記実施例では、サファイア基板を
用いたが、結晶成長基板にはサファイアの他にも、Si、
SiC 、GaN 、MgAl2O4 等を用いることができる。又、バ
ッファ層にはAlN を用いたがAlGaN 、GaN 、InAlGaN 等
を用いることができる。
用いたが、結晶成長基板にはサファイアの他にも、Si、
SiC 、GaN 、MgAl2O4 等を用いることができる。又、バ
ッファ層にはAlN を用いたがAlGaN 、GaN 、InAlGaN 等
を用いることができる。
【0060】又、上記の実施例におけるMQW活性層1
60のバリア層にはGaN層を用いたが、バリア層には
GaN層の他にも、井戸層よりもエネルギーバンドギャ
ップが大きい層、即ち、例えば、AlGaN層、AlN
層、AlInN層、InAlGaN層等を用いることが
できる。
60のバリア層にはGaN層を用いたが、バリア層には
GaN層の他にも、井戸層よりもエネルギーバンドギャ
ップが大きい層、即ち、例えば、AlGaN層、AlN
層、AlInN層、InAlGaN層等を用いることが
できる。
【図1】本発明の実施例における白色発光の半導体発光
素子100の断面図。
素子100の断面図。
【図2】半導体発光素子100の発光スペクトルを示し
たグラフ。
たグラフ。
【図3】半導体発光素子100の色再現範囲を示した色
度図。
度図。
【図4】従来技術による白色発光の半導体発光素子40
0の断面図。
0の断面図。
【図5】半導体発光素子400の発光スペクトルを示し
たグラフ。
たグラフ。
【図6】半導体発光素子400の色再現範囲を示した色
度図。
度図。
100,400 … 半導体発光素子 101 … サファイヤ基板 102 … バッファ層 103 … 高キャリア濃度n+ 層 104 … 中間層 105 … n型クラッド層 160 … MQW活性層 161B… 青色発光井戸層 161G… 緑色発光井戸層 161R… 赤色発光井戸層 162 … バリア層 107 … キャップ層 108 … p型クラッド層 109 … p型コンタクト層 120 … 正電極 121 … 第1金属層 122 … 第2金属層 123 … 第3金属層 130 … 保護膜 140 … 負電極 W … 白色点 B … 青色発光点 G … 緑色発光点 R … 赤色発光点
Claims (8)
- 【請求項1】 量子井戸構造を有する(Alx Ga1-x ) y
In1-y N(0≦x≦1;0 ≦y≦1)からなる III族窒化物
系化合物より形成された半導体層が積層された半導体発
光素子において、 複数の井戸層の内の少なくとも3層以上の井戸層の各混
晶比を互いに異ならせ、少なくとも1つの井戸層にはア
クセプタ不純物及びドナー不純物を添加することで井戸
層を構成し、 少なくとも3層以上の井戸層から発光される各光の色度
を互いに異ならせることにより、 全井戸層の発光に基づいて光取出面から放射される合成
光を白色光としたことを特徴とする III族窒化物系化合
物半導体発光素子。 - 【請求項2】 前記赤色発光井戸層の混晶比は、 Aly In1-y N(0≦y≦0.1 )であることを特徴とする
請求項1に記載の III族窒化物系化合物半導体発光素
子。 - 【請求項3】 不純物が添加されていないIn1-y Gay N
(0.7 ≦y<1)より形成された青色発光井戸層及び緑
色発光井戸層を有することを特徴とする請求項1又は請
求項2に記載の III族窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項4】 前記アクセプタ不純物及び前記ドナー不
純物の濃度は、 それぞれ1×1017/cm3 以上、1×1021/cm3 以下であ
ることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1
項に記載の III族窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項5】 前記アクセプタ不純物は、 亜鉛(Zn)、ベリリウム(Be)、カルシウム(C
a)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、又
はマグネシウム(Mg)であることを特徴とする請求項
1乃至請求項4のいずれか1項に記載の III族窒化物系
化合物半導体発光素子。 - 【請求項6】 前記ドナー不純物は、 炭素(C)、シリコン(Si)、スズ(Sn)、硫黄(S )、セレ
ン(Se)、又はテルル(Te)であることを特徴とする請求項
1乃至請求項5のいずれか1項に記載の III族窒化物系
化合物半導体発光素子。 - 【請求項7】 前記井戸層は、前記光取出面に近付く程
発光波長が短くなる順に積層されていることを特徴とす
る請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の III族
窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項8】 前記井戸層から発光される各光の色度図
上における色度座標の、明度による加重平均座標は、 前記各井戸層の膜厚、混晶比、添加不純物の種類、添加
不純物の濃度、又は各発光波長別の層数を各々調整する
ことにより、 白色点座標(1/3,1/3 )に略一致する様に構成されてい
ることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1
項に記載の III族窒化物系化合物半導体発光素子。
Priority Applications (2)
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JP22201899A JP2001053336A (ja) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | Iii族窒化物系化合物半導体発光素子 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP22201899A JP2001053336A (ja) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | Iii族窒化物系化合物半導体発光素子 |
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JP22201899A Withdrawn JP2001053336A (ja) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | Iii族窒化物系化合物半導体発光素子 |
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---|---|
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Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002049121A1 (en) * | 2000-12-11 | 2002-06-20 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | Multi-wavelength luminous element |
WO2002067660A1 (fr) * | 2001-02-28 | 2002-09-06 | Ccs Inc. | Methode de culture d'une plante et dispositif d'eclairage permettant de cultiver une plante |
JP2003163373A (ja) * | 2001-11-26 | 2003-06-06 | Toyoda Gosei Co Ltd | Iii族窒化物系化合物半導体発光素子 |
KR20040013394A (ko) * | 2002-08-06 | 2004-02-14 | 주식회사 옵토웨이퍼테크 | 발광 다이오드 및 그 제조방법 |
JP2004311822A (ja) * | 2003-04-09 | 2004-11-04 | Solidlite Corp | 赤紫色発光ダイオード |
WO2005029595A1 (en) * | 2003-09-16 | 2005-03-31 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group iii-nitride-based compound semiconductor device |
JP2005260246A (ja) * | 2004-03-11 | 2005-09-22 | Samsung Electro Mech Co Ltd | モノリシック白色発光素子 |
US6965126B2 (en) * | 2001-06-13 | 2005-11-15 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting element |
WO2006011675A1 (en) * | 2004-07-30 | 2006-02-02 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Nitride compound semiconductor and process for producing the same |
KR100847847B1 (ko) * | 2007-01-22 | 2008-07-23 | 삼성전기주식회사 | 백색 발광소자 및 그 제조방법 |
US8288787B2 (en) | 2002-06-26 | 2012-10-16 | Lg Electronics, Inc. | Thin film light emitting diode |
US9137874B2 (en) | 2011-12-02 | 2015-09-15 | Biological Illumination, Llc | Illumination and grow light system and associated methods |
JP2016111131A (ja) * | 2014-12-04 | 2016-06-20 | 学校法人 名城大学 | 周期利得活性層を有する窒化物半導体発光素子 |
JP2016225568A (ja) * | 2015-06-03 | 2016-12-28 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
JP2017045787A (ja) * | 2015-08-25 | 2017-03-02 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
CN108365064A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-08-03 | 郭秀丽 | 一种多量子阱发光二极管及其制备方法 |
US10257988B2 (en) | 2011-12-02 | 2019-04-16 | Biological Illumination, Llc | Illumination and grow light system and associated methods |
Families Citing this family (34)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001082384A1 (de) * | 2000-04-26 | 2001-11-01 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Strahlungsmittierendes halbleiterbauelement und herstellungsverfahren |
DE10051465A1 (de) * | 2000-10-17 | 2002-05-02 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements auf GaN-Basis |
CN1252837C (zh) * | 2000-04-26 | 2006-04-19 | 奥斯兰姆奥普托半导体股份有限两合公司 | 在GaN基板上的发光二极管芯片和用GaN基板上的发光二极管芯片制造发光二极管元件的方法 |
TWI289944B (en) * | 2000-05-26 | 2007-11-11 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Light-emitting-diode-element with a light-emitting-diode-chip |
US20030132433A1 (en) * | 2002-01-15 | 2003-07-17 | Piner Edwin L. | Semiconductor structures including a gallium nitride material component and a silicon germanium component |
US20030189215A1 (en) * | 2002-04-09 | 2003-10-09 | Jong-Lam Lee | Method of fabricating vertical structure leds |
JP2004128444A (ja) * | 2002-07-31 | 2004-04-22 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 発光素子及びそれを用いた照明装置 |
US6900474B2 (en) * | 2002-12-20 | 2005-05-31 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Light emitting devices with compact active regions |
US20060006375A1 (en) * | 2003-04-14 | 2006-01-12 | Chen Ou | Light Mixing LED |
TW200525779A (en) * | 2004-01-27 | 2005-08-01 | Super Nova Optoelectronics Corp | White-like light emitting device and its manufacturing method |
CN100341162C (zh) * | 2004-03-19 | 2007-10-03 | 元砷光电科技股份有限公司 | 发光二极管结构 |
US8227820B2 (en) | 2005-02-09 | 2012-07-24 | The Regents Of The University Of California | Semiconductor light-emitting device |
US7345298B2 (en) * | 2005-02-28 | 2008-03-18 | The Regents Of The University Of California | Horizontal emitting, vertical emitting, beam shaped, distributed feedback (DFB) lasers by growth over a patterned substrate |
US7022597B2 (en) * | 2004-07-16 | 2006-04-04 | Tekcore Co., Ltd. | Method for manufacturing gallium nitride based transparent conductive oxidized film ohmic electrodes |
US7323721B2 (en) * | 2004-09-09 | 2008-01-29 | Blue Photonics Inc. | Monolithic multi-color, multi-quantum well semiconductor LED |
US7223998B2 (en) * | 2004-09-10 | 2007-05-29 | The Regents Of The University Of California | White, single or multi-color light emitting diodes by recycling guided modes |
US7271418B2 (en) * | 2004-09-24 | 2007-09-18 | National Central University | Semiconductor apparatus for white light generation and amplification |
KR100674831B1 (ko) * | 2004-11-05 | 2007-01-25 | 삼성전기주식회사 | 백색 발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법 |
KR100691444B1 (ko) * | 2005-11-19 | 2007-03-09 | 삼성전기주식회사 | 질화물 반도체 발광소자 |
DE102006039369A1 (de) * | 2005-12-30 | 2007-07-05 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | LED-Halbleiterkörper und Verwendung eines LED-Halbleiterkörpers |
WO2007081719A2 (en) | 2006-01-05 | 2007-07-19 | Illumitex, Inc. | Separate optical device for directing light from an led |
KR100771772B1 (ko) * | 2006-08-25 | 2007-10-30 | 삼성전기주식회사 | 백색 led 모듈 |
KR20090064474A (ko) | 2006-10-02 | 2009-06-18 | 일루미텍스, 인크. | Led 시스템 및 방법 |
WO2009100358A1 (en) | 2008-02-08 | 2009-08-13 | Illumitex, Inc. | System and method for emitter layer shaping |
JP5325506B2 (ja) * | 2008-09-03 | 2013-10-23 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
US8101965B2 (en) * | 2008-12-02 | 2012-01-24 | Epivalley Co., Ltd. | III-nitride semiconductor light emitting device having a multilayered pad |
KR100960280B1 (ko) * | 2008-12-02 | 2010-06-04 | 주식회사 에피밸리 | 3족 질화물 반도체 발광소자 |
TW201034256A (en) | 2008-12-11 | 2010-09-16 | Illumitex Inc | Systems and methods for packaging light-emitting diode devices |
US8585253B2 (en) | 2009-08-20 | 2013-11-19 | Illumitex, Inc. | System and method for color mixing lens array |
US8449128B2 (en) | 2009-08-20 | 2013-05-28 | Illumitex, Inc. | System and method for a lens and phosphor layer |
JP5361925B2 (ja) * | 2011-03-08 | 2013-12-04 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
US9037204B2 (en) * | 2011-09-07 | 2015-05-19 | Covidien Lp | Filtered detector array for optical patient sensors |
US9450152B2 (en) | 2012-05-29 | 2016-09-20 | Micron Technology, Inc. | Solid state transducer dies having reflective features over contacts and associated systems and methods |
CN110137326B (zh) * | 2019-05-22 | 2024-07-30 | 佛山市国星半导体技术有限公司 | 一种可在小电流密度下提升发光效能的外延结构及其制备方法 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05152609A (ja) | 1991-11-25 | 1993-06-18 | Nichia Chem Ind Ltd | 発光ダイオード |
US5777350A (en) * | 1994-12-02 | 1998-07-07 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Nitride semiconductor light-emitting device |
JPH08167737A (ja) | 1994-12-09 | 1996-06-25 | Toyoda Gosei Co Ltd | 3族窒化物半導体発光装置 |
US5874747A (en) * | 1996-02-05 | 1999-02-23 | Advanced Technology Materials, Inc. | High brightness electroluminescent device emitting in the green to ultraviolet spectrum and method of making the same |
JP3675044B2 (ja) | 1996-06-28 | 2005-07-27 | 豊田合成株式会社 | 3族窒化物半導体発光素子 |
JP3543498B2 (ja) | 1996-06-28 | 2004-07-14 | 豊田合成株式会社 | 3族窒化物半導体発光素子 |
US5684309A (en) * | 1996-07-11 | 1997-11-04 | North Carolina State University | Stacked quantum well aluminum indium gallium nitride light emitting diodes |
-
1999
- 1999-08-05 JP JP22201899A patent/JP2001053336A/ja not_active Withdrawn
-
2000
- 2000-08-03 US US09/631,980 patent/US6620643B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002049121A1 (en) * | 2000-12-11 | 2002-06-20 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | Multi-wavelength luminous element |
WO2002067660A1 (fr) * | 2001-02-28 | 2002-09-06 | Ccs Inc. | Methode de culture d'une plante et dispositif d'eclairage permettant de cultiver une plante |
US6965126B2 (en) * | 2001-06-13 | 2005-11-15 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting element |
JP2003163373A (ja) * | 2001-11-26 | 2003-06-06 | Toyoda Gosei Co Ltd | Iii族窒化物系化合物半導体発光素子 |
US10825962B2 (en) | 2002-06-26 | 2020-11-03 | Lg Innotek Co., Ltd. | Thin film light emitting diode |
US9281454B2 (en) | 2002-06-26 | 2016-03-08 | Lg Innotek Co., Ltd. | Thin film light emitting diode |
US10326059B2 (en) | 2002-06-26 | 2019-06-18 | Lg Innotek Co., Ltd. | Thin film light emitting diode |
US9716213B2 (en) | 2002-06-26 | 2017-07-25 | Lg Innotek Co., Ltd. | Thin film light emitting diode |
US8288787B2 (en) | 2002-06-26 | 2012-10-16 | Lg Electronics, Inc. | Thin film light emitting diode |
US8384091B2 (en) | 2002-06-26 | 2013-02-26 | Lg Electronics Inc. | Thin film light emitting diode |
US8445921B2 (en) | 2002-06-26 | 2013-05-21 | Lg Electronics, Inc. | Thin film light emitting diode |
KR20040013394A (ko) * | 2002-08-06 | 2004-02-14 | 주식회사 옵토웨이퍼테크 | 발광 다이오드 및 그 제조방법 |
JP2004311822A (ja) * | 2003-04-09 | 2004-11-04 | Solidlite Corp | 赤紫色発光ダイオード |
WO2005029595A1 (en) * | 2003-09-16 | 2005-03-31 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group iii-nitride-based compound semiconductor device |
CN100386895C (zh) * | 2003-09-16 | 2008-05-07 | 丰田合成株式会社 | Ⅲ族氮化物基化合物半导体器件 |
JP2005260246A (ja) * | 2004-03-11 | 2005-09-22 | Samsung Electro Mech Co Ltd | モノリシック白色発光素子 |
GB2432047B (en) * | 2004-07-30 | 2008-10-08 | Sumitomo Chemical Co | Nitride compound semiconductor and process for producing the same |
GB2432047A (en) * | 2004-07-30 | 2007-05-09 | Sumitomo Chemical Co | Nitride compound semiconductor and process for producing the same |
WO2006011675A1 (en) * | 2004-07-30 | 2006-02-02 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Nitride compound semiconductor and process for producing the same |
KR100847847B1 (ko) * | 2007-01-22 | 2008-07-23 | 삼성전기주식회사 | 백색 발광소자 및 그 제조방법 |
US9137874B2 (en) | 2011-12-02 | 2015-09-15 | Biological Illumination, Llc | Illumination and grow light system and associated methods |
US10257988B2 (en) | 2011-12-02 | 2019-04-16 | Biological Illumination, Llc | Illumination and grow light system and associated methods |
JP2016111131A (ja) * | 2014-12-04 | 2016-06-20 | 学校法人 名城大学 | 周期利得活性層を有する窒化物半導体発光素子 |
JP2016225568A (ja) * | 2015-06-03 | 2016-12-28 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
JP2017045787A (ja) * | 2015-08-25 | 2017-03-02 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
CN108365064A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-08-03 | 郭秀丽 | 一种多量子阱发光二极管及其制备方法 |
CN108365064B (zh) * | 2018-03-26 | 2019-05-24 | 郭秀丽 | 一种多量子阱发光二极管及其制备方法 |
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