JP2002261334A

JP2002261334A - 発光素子及び装置

Info

Publication number: JP2002261334A
Application number: JP2001148382A
Authority: JP
Inventors: Hironori Takagi; 宏典高木; Koji Tanizawa; 公二谷沢; Hiromitsu Marui; 宏充丸居
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2001-05-17
Publication date: 2002-09-13
Anticipated expiration: 2021-05-17
Also published as: JP4770058B2

Abstract

(57)【要約】【課題】種々の応用製品への適用範囲の拡大を可能と
するために、可視領域での多彩な発光色の発光素子及び
発光装置を得る。【解決手段】ｎ型層、ｐ型層が活性層を挟む構造を有
する発光素子は、活性層がＩｎを含む窒化物半導体層を
有し、ｎ型層、ｐ型層の少なくとも一方、好ましくはｎ
型層内に、Ｉｎを含む第１の窒化物半導体層と、その第
１の窒化物半導体層と異なる組成を有する第２の窒化物
半導体層とが積層されてなるフォトルミネセンス層を有
し、このフォトルミネセンス層でもって、活性層からの
発光の一部を吸収して、異なる波長の光を発すること
で、様々な発光色が得られる発光素子となる。またこの
発光素子に蛍光体を付与した発光装置は、さらに多彩な
混合色及び色むらのない白色を発光できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光素子、あるいはそ
れを光源として、ドットマトリックス状に配置したＬＥ
Ｄディスプレイ、バックライト、交通信号灯、イメージ
スキャナ、に使用されるものであり、主に窒化物半導体
（例えば、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦X、０
≦Y、X＋Y≦１）を用いた素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化物半導体は高輝度純緑色発光ＬＥ
Ｄ、青色ＬＥＤとして、既にフルカラーＬＥＤディスプ
レイ、交通信号灯、イメージスキャナー光源、バックラ
イト等の各種光源で実用化されている。これらのＬＥＤ
素子は基本的に、サファイア基板上にＧａＮよりなるバ
ッファ層と、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ側コンタクト
層と、単一量子井戸構造、若しくは多重量子井戸構造の
ＩｎＧａＮ層を包含する活性層と、ＭｇドープＡｌＧａ
Ｎよりなるｐ側クラッド層と、ＭｇドープＧａＮよりな
るｐ側コンタクト層とが順に積層された構造を有してお
り、２０ｍＡにおいて、発光波長４５０ｎｍの青色ＬＥ
Ｄで５ｍＷ、外部量子効率９．１％、５２０ｎｍの緑色
ＬＥＤで３ｍＷ、外部量子効率６．３％と非常に優れた
特性を示す。

【０００３】また、本出願人は窒化物半導体基板の上
に、活性層を含む窒化物半導体レーザ素子を作製して、
世界で初めて室温での連続発振１万時間以上を達成した
ことを発表した（ICNS'97 予稿集,October 27-31,1997,
P444-446、及びJpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997）pp.L156
8-1571、Part2,No.12A,1 December 1997）。

【０００４】また、窒化物半導体のバンドギャップは、
上記の組成式において、１．９５ｅＶ〜６．０ｅＶまで
あり、紫外〜赤色の発光素子の材料として従来より注目
されている。近年、この窒化物半導体を用いた青色ＬＥ
Ｄ、青緑色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤが実用化され、さらに、
長波長発光のＬＥＤの研究も試みられている。これら、
窒化物半導体を用いたＬＥＤの多色化は、様々な分野へ
の応用を可能にするものであり、それを開発することは
産業上重要である。また上記単色光に限らず、ブロード
な波長域をもった混合色の発光装置も様々な分野への応
用が期待される。なかでも特に白色の発光装置は液晶の
バックライトなどに利用でき、注目されている。このよ
うな混合色の発光装置は、従来複数の発光素子を組み合
わせてその混色光として得られるものである。このた
め、白色に代表される混合色を発する発光装置は、単色
光を発する発光装置に比べて大きなものとなってしま
い、近年における急激な小型化・軽量化への要求に対
し、弊害となる。またこのように複数の発光素子を用い
ると、発光むらが発生し、発光色を制御することも容易
ではない。

【０００５】以上のように、複数の発光素子（光源）を
用いるのではなく、１つの素子から複数の発光色を有す
る、すなわち複数のピーク波長を有する素子、１つの素
子からそれによる混色光を得るものについても、様々な
試みが成されている。例えば図３に示すように、発光素
子の発光層が、異なる波長の光が得られるように、異な
るバンドギャップエネルギーの層を複数設けて、発光素
子から発光を得るものなどがある。このことは、可視域
での極めて広い範囲で発光が可能な窒化物半導体を利用
することで、所望の波長の光を得ようとするものであ
る。

【０００６】すなわち図３に示すように、積層構造１１
０に、複数の波長（ピーク波長）の光を発する発光層１
０４、１０５を形成することになる。具体的には、この
ような発光層を形成するには、ｐｎ接合部に多重量子井
戸構造（障壁層１０３）などの複数の発光層（井戸層）
１０４、１０５を有する活性層１１０を設けて、これら
複数の発光層から異なる波長の発光を得るものとなる。
しかし、このような発光層を用いるには、Ｉｎ混晶比が
高いと良好な結晶成長が困難になり、電流注入による発
光では、活性層の破壊が発生し易くなり、高い素子信頼
性を得ることが困難になる。

【０００７】窒化物半導体発光デバイスにはＩｎＧａＮ
よりなる井戸層を有する単一量子井戸構造、若しくは多
重量子井戸構造の活性層を有するダブルへテロ構造が採
用されている。しかし活性層を多重量子井戸構造とする
と、単一量子井戸構造のものに比較して、活性層全体の
膜厚が厚いため、縦方向の直列抵抗が高くなり、例えば
ＬＥＤ素子ではＶｆ（順方向電圧）が高くなる傾向にあ
る。

【０００８】Ｖｆを低下させる技術とほぼ同じ技術内容
として、例えば特開平９−２９８３４１号に活性層より
も上にあるｐ側の光導波層、コンタクト層等をＩｎＡｌ
ＧａＮ層を含む超格子層とするレーザ素子が記載されて
いる。この技術はｐ型の窒化物半導体層をＩｎを含む窒
化物半導体層を含む超格子構造とすることによって、ｐ
層のキャリア濃度を増加させ、レーザ素子の閾値を低減
させようとするものである。しかし、現実にはＩｎＡｌ
ＧａＮのような４元混晶の窒化物半導体は結晶性が悪
く、またＩｎを含む窒化物半導体はｐ型になりにくいた
め、実際に素子を作製することは難しい傾向にある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明は比較的
実用化しやすい構成であり、高い発光信頼性を有し、複
数の発光成分を有する混合色の発光素子及び装置を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の発光素子及び装
置は、上記事情に鑑みなされたものであり、発光素子構
造中に、活性層からの発光を、一部吸収して、異なる波
長の励起光を発するフォトルミネセンス層を設けること
で様々な混合色を発光する発光素子が得られ、さらに該
発光素子からの発光の一部を吸収し、該発光素子からの
光と異なる波長の光を発光する蛍光体を付与すること
で、さらに多彩な混合色を発光する発光装置が得られる
ことを見いだし、本発明を完成するに至ったものであ
る。本発明の発光素子及び装置は、以下の構成によるこ
とを特徴とするものである。

【００１１】（１）活性層が、ｐ型層と、ｎ型層とに挟
まれた構造を有する発光素子において、前記活性層か
らの光の少なくとも一部を吸収し、該活性層からの光と
異なる波長の光を発するフォトルミネセンス層が、前記
ｐ導電型層、ｎ導電型層の少なくとも一方に設けられて
いることを特徴とする。（２）前記フォトルミネセンス層が、窒化物半導体を有
することを特徴とする。この構成により、可視光域に広
域なバンドギャップエネルギーを有する窒化物半導体で
あることで、フォトルミネセンス層から可視光域におけ
る様々な波長の光を取り出すことが可能となり、演色性
に優れる発光素子を得られる。（３）前記フォトルミネセンス層が、前記ｐ型層に設け
られると共に、ｐ型不純物を有することを特徴とする。
この構成により、フォトルミネセンス層において、良好
な光励起、波長変換を実現できる。（４）前記フォトルミネセンス層が、前記ｎ型層に設け
られると共に、ｎ型不純物を有することを特徴とする。
この構成により、フォトルミネセンス層において、良好
な光励起、波長変換を実現できる。（５）前記活性層がＩｎを含む窒化物半導体層を有し、
前記フォトルミネセンス層が、Ｉｎを含む窒化物半導体
層を有すると共に、該Ｉｎを含む窒化物半導体層のＩｎ
混晶比が該活性層中のＩｎを含む窒化物半導体層のＩｎ
混晶比より大きいことを特徴とする。この構成により、
Ｉｎを含む窒化物半導体を有する活性層を用いた発光素
子において、活性層からの光を、フォトルミネセンス層
中のＩｎを含む窒化物半導体でもって、異なる波長の光
を取り出すことができ、発光素子から様々な可視光域の
光を得ることができる。具体的には、活性層がＩｎ_aＧ
ａ_1-aＮ（０≦ａ＜１）層を有し、フォトルミネセンス
層がＩｎ_bＧａ_1-bＮ（０≦ｂ＜１）層を有する際に、ａ
＜ｂを満たすように各層を設ける。（６）前記ｎ型層がｎ型窒化物半導体層、前記ｐ型層が
ｐ型窒化物半導体層であって、前記活性層がＩｎ_aＧａ
_1-aＮ（０≦ａ＜１）層を有し、前記フォトルミネセン
ス層が、第１の窒化物半導体層と、該第１の窒化物半導
体層と異なる組成を有する第２の窒化物半導体層とが積
層されてなるｎ側多層膜層を有することを特徴とする。（７）前記フォトルミネセンス層を構成する第１の窒化
物半導体層、又は第２の窒化物半導体層のうち少なくと
も一方の層の膜厚が、１００Å以下であることを特徴と
する。（８）本発明の発光装置は前記発光素子と、該発光素子
からの光の少なくとも一部を吸収し、該発光素子からの
光と異なる波長の光を発する蛍光体とを有することを特
徴とする。（９）前記蛍光体は、Ｃｅで付活されたＹ₂Ｏ₃・５／３
Ａｌ₂Ｏ₃、Ｅｕ及び／又はＣｒで付活された窒素含有Ｃ
ａＯ-Ａｌ₂Ｏ₃-ＳｉＯ₂から選ばれた少なくとも一種で
あることを特徴とする。（１０）前記発光装置において、前記発光素子は、光拡
散材及び前記蛍光体を含有した透光性モールド部材によ
って被覆されていることを特徴とする。（１１）前記発光装置において、前記発光素子は、青色
の波長域を含む単色性のピーク波長が発光可能な活性層
と、緑色及び／又は黄色の波長域を含む発光が可能なフ
ォトルミネッセンス層とを有すると共に、前記蛍光体は
黄色及び／又は赤色の波長域を含む光を発することを特
徴とする。この構成により、窒化物半導体でのｐ−ｎ接
合の素子構造における発光出力を向上させることができ
る。また、活性層よりもＩｎ混晶比の大きいフォトルミ
ネセンス層であっても、良好な結晶性でもって窒化物半
導体の積層構造体内に設けることが可能となり、長波長
域での光励起を可能とする。加えて、フォトルミネセン
ス層をｎ側多層膜層とすることで、ｎ型層において、様
々な位置にフォトルミネセンス層を設けることが可能と
なり、特に、活性層に近接して、設けることが可能とな
ることから、発光出力が向上する。ｎ側多層膜層の上
に、活性層を設ける場合においては、ｎ側多層膜層がＩ
ｎを含む窒化物半導体の形成において、結晶性を良好な
ものとするように作用する。このことで、比較的結晶性
の悪いＩｎを含む窒化物半導体を有する、活性層、及び
フォトルミネセンス層の形成において、有利に働き、発
光素子の特性向上に寄与する。また本発明の発光装置
は、上記発光素子に蛍光体が付与されている。蛍光体か
らは、窒化物半導体では発光が困難な黄色又は赤色の長
波長の光を得ることができる。このため本発明の発光装
置は多彩な混合色を発光することができ、特に光の三原
色である赤、緑、青色成分を有する色むらの少ない白色
の発光も可能となる。（１３）量子井戸構造の活性層が、ｐ型層と、ｎ型層と
に挟まれた構造を有する発光素子において、前記活性層
からの光の少なくとも一部を吸収し、該活性層からの光
と異なる波長の光を発するフォトルミネセンス層が、前
記ｐ導電型層、ｎ導電型層の少なくとも一方に設けら
れ、該フォトルミネセンス層が、Ｉｎを含む窒化物半導
体からなる第１の層と、第１の層よりもバンドギャップ
エネルギーの大きい窒化物半導体からなる第２の層とを
少なくとも有する超格子多層膜であり、前記第２の層
が、前記活性層の障壁層よりも膜厚が小さいことを特徴
とする。この構成により、量子井戸構造の活性層内の障
壁層よりも膜厚の小さい第２の層と第１の層とが交互に
積層された超格子多層膜のフォトルミネセンス層を形成
でき、電流が注入された場合に、ｐ−ｎ接合部である活
性層、井戸層に効率的にキャリアが注入され、フォトル
ミネセンス層では、第１の層よりバンドギャップエネル
ギーが大きな第２の層が障壁層よりも薄膜で形成される
ことから、キャリアの活性層への注入を阻害せず、良好
に発光素子の構造内にフォトルミネセンス層を設けるこ
とができる。また、この構成（１３）は、他の構成
（１）〜（１２）、（１４）、（１５）と組み合わせる
こともできる。（１４）量子井戸構造の活性層が、ｐ型層と、ｎ型層と
に挟まれた構造を有する発光素子において、前記活性層
からの光の少なくとも一部を吸収し、該活性層からの光
と異なる波長の光を発するフォトルミネセンス層が、前
記ｐ導電型層、ｎ導電型層の少なくとも一方に設けら
れ、該フォトルミネセンス層が、Ｉｎを含む窒化物半導
体からなる第１の層と、第１の層よりもバンドギャップ
エネルギーの大きい窒化物半導体からなる第２の層とを
少なくとも有する超格子多層膜であり、前記第１の層の
数が、前記活性層内の井戸層の数よりも多いことを特徴
とする。この構成により、活性層内の井戸層の数よりも
積層数の多い第１の層を有するフォトルミネセンス層を
形成することで、活性層内では発光再結合が積層数の少
ない井戸層で起こり、そこから得られた発光を励起光と
して、積層数の多い第１の層でフォトルミネセンスを引
き起こし、効率的に波長変化される発光装置が得られ
る。これは、井戸層の積層数を多くしても、ある一定以
上では、発光出力が上がらずに、Ｖｆなどが大きくなる
傾向にあるためであり、一方で超格子多層膜のフォトル
ミネセンス層では、主に発光の得られる第１の層の積層
数が多くなることで、光変換効率を高めた構造とでき
る。また、この構成は、他の構成（１）〜（１３）、
（１５）と組み合わせることができる。（１５）量子井戸構造の活性層が、ｐ型層と、ｎ型層と
に挟まれた構造を有する発光素子において、前記活性層
からの光の少なくとも一部を吸収し、該活性層からの光
と異なる波長の光を発するフォトルミネセンス層が、前
記ｐ導電型層、ｎ導電型層の少なくとも一方に設けら
れ、該フォトルミネセンス層が、Ｉｎを含む窒化物半導
体からなる第１の層と、第１の層よりもバンドギャップ
エネルギーの大きい窒化物半導体からなる第２の層とを
少なくとも有する超格子多層膜であり、前記第１の層と
第２の層とのバンドギャップエネルギー差が、前記活性
層における井戸層と障壁層とのバンドギャップエネルギ
ー差よりも大きいことを特徴とする。この構成により、
活性層に比較して大きなバンドギャップエネルギー差を
多層膜のフォトルミネセンス層に設けることで、所望の
発光が得られるようにバンドギャップエネルギーが設け
られた第１の層と、それよりもバンドギャップエネルギ
ーの大きな第２の層との間で、バンドギャップエネルギ
ー差を大きく設けることで、サブバンドの形成を促し、
キャリアを効率的にフォトルミネセンス層を移動させる
ことができ、活性層内への効率的なキャリアの注入を実
現できる素子構造となる。また、この構成（１５）は、
他の構成（１）〜（１４）と組み合わせることができ
る。以下、本発明の発光素子及び装置における作用・効
果について、説明する。本発明の発光素子は、図２に示
すように、ｐ−ｎ接合部を含む電流注入領域内に、電流
注入により発光する層２２と、その光２０１を吸収して
波長の異なる励起光２０２を得る層とが設けられたもの
である。このことは、従来の窒化物半導体を用いた発光
素子において、その素子構造内部に、ＬＥＤ光を異なる
波長の光に変換するフォトルミネセンス光を生み出す層
が設けられているものである。すなわち、発光素子中の
ｐ−ｎ接合を構成するｐ型層、ｎ型層の少なくとも一方
に、フォトルミネセンス層を有するものである。また、
本発明の発光素子を異なる観点からとらえると、ｐ−ｎ
接合を有する積層体の内部に、電流注入による発光の一
部を吸収して、波長変換するフォトルミネセンス層を有
している発光素子である。

【００１２】本発明では、電流注入により光を発する活
性層を、ｐ型層と、ｎ型層とで挟む構造を有する発光素
子に、前記フォトルミネセンス層が設けられるものであ
る。この時、フォトルミネセンス層は、ｎ型層に設ける
ことが好ましく、なぜなら、ｐ型層に設けた場合では、
ｎ型層に設ける場合に比べて、励起光が得られる効率に
極めて劣ったものとなるためである。この傾向は、窒化
物半導体を用いたｐ型層、ｎ型層に観られ、ｐ型層に設
けられたフォトルミネセンス層では、電流注入による発
光の光がほとんど励起されずに、励起光を得ることが困
難となる。このため、素子から得られる光の内、フォト
ルミネセンス層からの光成分（光の強度が全体に占める
割合）は、僅かなものとなり、所望の発光色の光を得る
ことが困難な素子となる。

【００１３】本発明における前記ｐ型層、ｎ型層にフォ
トルミネセンス層を設けることの違いは、電流注入によ
り発光する発光素子構造内に、波長変換するフォトルミ
ネセンス層が設けられているためであると考えられる。
すなわち、発光素子の発光効率を最大限のものとし、そ
の上で、フォトルミネセンス層における光の波長変換を
効率的に実現しうる素子となるように、発光素子構造内
部にフォトルミネセンス層を設けることが要求されるか
らである。

【００１４】また、本発明のフォトルミネセンス層とし
ては、活性層もしくはそれを構成し電流注入により発光
する層のバンドギャップエネルギーが、フォトルミネセ
ンス層のバンドギャップエネルギーより大きくすること
で、好ましい光の励起が実現される。具体的には、活性
層がＩｎ_aＧａ_1-aＮ（０≦ａ＜１）層を有し、前記フォ
トルミネセンス層が、Ｉｎ_bＧａ_1-bＮ（０≦ｂ＜１）層
である場合に、ｂ＞ａとすることである。本発明のフォ
トルミネセンス層の組成としては、特に限定されない
が、Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦
１）で表される組成で、活性層もこの組成式で表される
ものとすることで、可視光域において、様々な発光色の
発光素子が得られる。また、別の具体例を挙げると、活
性層から青色の波長の光、フォトルミネセンス層でその
光から青色と補色の関係にある黄色の波長の光、がそれ
ぞれ得られるように、上記Ｉｎを含む窒化物半導体の混
晶比を決定することで、白色の発光素子が得られる。そ
れに加えて、窒化物半導体を用いた発光素子では、可視
光域において、青色系（純青色を含む）、緑色系（純緑
色を含む）の光は、高輝度の発光素子が得られているた
め、フォトルミネセンス層で、それよりも長波長の光、
例えば赤色系の光、が得られるような上記窒化物半導体
のＩｎ混晶比とすることで、可視光域において、演色性
に優れる発光素子が得られる。これは、上述した発光素
子とフォトルミネセンス層における発光効率、波長変換
効率（光励起効率）との関係を考慮したものであり、発
光素子として発光効率の良好な波長領域の光を、活性層
から取り出し、フォトルミネセンス層において、その光
を、それよりも長波長の光として取り出すことにある。
従って、窒化物半導体を用いた発光素子において、様々
な発光色の光を、効率よく得ることが可能である。

【００１５】本発明において、フォトルミネセンス層に
は、不純物が含まれることが、光の励起において重要な
ものとなる。これは、不純物が含まれないと、フォトル
ミネセンス層における光の励起がほとんど発生しなくな
り、従来のフォトルミネセンス層を有していない窒化物
半導体のＬＥＤに比べて、その光の変化が僅かなものに
とどまる。このため、従来のＬＥＤとほとんど変化のな
い発光色の発光素子では、従来以上の応用を期待するこ
とは難しい。このため、本発明におけるフォトルミネセ
ンス層には、不純物をドープすることが好ましく、その
含有量として具体的には、１×１０¹⁶〜１×１０²²／cm
³の範囲である。この時、不純物量を多くすることで、
光の変換効率が良好になる傾向がみられる。

【００１６】ここで、フォトルミネセンス層に用いるｎ
型不純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ等のIV族、VI
族元素を好ましく選択し、さらに好ましくはＳｉ、Ｓｎ
を用いる。また、これらｎ型不純物に、Ｚｎを加えても
良い。この時、これらｎ型不純物に加えて、Ｚｎを添加
すると、フォトルミネセンス層のバンドギャップエネル
ギーの光とは別に、それより長い波長の光、すなわち長
波長にシフトした光も取り出すことが可能となり、フォ
トルミネセンス層から得られる光の波長域が広がり、結
果として素子から得られる光についても様々な光が取り
出せることとなり、その応用において、有利に働くもの
となる。これは、ｎ型不純物に加えて、Ｚｎを含有する
ことで、深い準位が形成され、このことでフォトルミネ
センス層のバンドギャップエネルギーからの光と異な
り、その光よりも波長の長い光を得ることができるもの
と考えられる。このｎ型不純物を含むフォトルミネセン
ス層は、発光素子のｐ−ｎ接合の積層体において、ｎ型
層内に、設けることで、フォトルミネセンス層からの発
光が得られる素子となる。

【００１７】また、フォトルミネセンス層に用いるｐ型
不純物としては、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｂｅ等の周期律表
第IIＡ族、IIＢ族元素を選択し、好ましくはＭｇ、Ｃａ
等をｐ型不純物とする。このｐ型不純物を含むフォトル
ミネセンス層は、発光素子のｐ−ｎ接合の積層体におい
て、ｐ型層内に、設けることで、フォトルミネセンス層
からの発光が得られる素子となる。以上のように、本発
明の発光素子では、フォトルミネセンス層に各導電型の
不純物をドープすることで、良好な光励起、波長変換効
率を得ることができ、また後述するように、フォトルミ
ネセンス層が多層膜層である場合には、多層膜中に含ま
れ、主に光励起、波長変換を担う層に少なくともドープ
することである。この時、上記光励起、波長変換を主に
担う層が複数形成されている場合には、それぞれをほぼ
同様なドープ量としてもよく、各層ごとにドープ量を変
化させても良い。具体的には、第１の窒化物半導体層に
ｎ型不純物がドープし、第２の窒化物半導体層をアンド
ープとするような変調ドープと呼ばれるもので、変調ド
ープすることにより、活性層からの発光出力が向上しや
すい傾向にある。

【００１８】また、本発明のフォトルミネセンス層をｎ
型層に設ける場合において、特に位置は限定されるもの
ではない。具体的には、ｎ型窒化物半導体のクラッド
層、ｎ型窒化物半導体のコンタクト層、の内部、もしく
はフォトルミネセンス層がそれらクラッド層、コンタク
ト層として機能するようにしたものでも良い。好ましく
は、後述する第２多層膜層をフォトルミネセンス層とす
るように、活性層に近いことであり、接して設けられて
いても良い。クラッド層、コンタクト層として、機能す
るフォトルミネセンス層としては、多層膜で構成し、そ
の多層膜の少なくとも１層をフォトルミネセンス層と
し、別の少なくとも１層を、発光層からの光で励起光を
発しない層を設けることで、実現しうる。

【００１９】加えて、半導体層の積層方向において、特
に活性層から離れた位置にフォトルミネセンス層を設け
る場合に、図１で示すようなコンタクト層に設けると、
電流注入による発光の位置からフォトルミネセンス層に
至るまでに、各層の界面を伝播することとなるため、そ
の界面での光の反射などによる損失を考慮しなければな
らない。これは、電流注入による発光の位置、活性層、
からフォトルミネセンス層に、光が到達するまでに、そ
れらの間に介在する各層の屈折率差により、光の反射な
どが少なからず起こり、フォトルミネセンス層に到達す
る光の量が減少することにある。結果として、活性層と
フォトルミネセンス層との間に、その他の層が設けられ
ていると、得られる発光素子の発光効率の低下に、重要
な要因となる。

【００２０】例えば、窒化物半導体を用いた素子である
実施例１において、ｎ側コンタクト層に設ける場合、さ
らに基板に近い位置のｎ側コンタクト層の下側、すなわ
ち電流注入領域であるｐ−ｎ接合の外側に設ける場合、
とを比べると、ｎ側コンタクト層の下側に設けたフォト
ルミネセンス層では、活性層からの光がその途中でほと
んど反射され、フォトルミネセンス層にまで伝播しない
傾向にある。これは、屈折率の高いｎ側コンタクト層側
に活性層からの光が集まるためであり、可視光域のバン
ドギャップエネルギーを有するＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ
などを用いたフォトルミネセンス層では、従来結晶性の
良いことからコンタクト層として多用されているＧａＮ
のコンタクト層に光が集まることとなるからである。ま
た、図２に示すように、基板２０に対し同一面側に、電
極を設けるような構造では、光が面内方向（ｐ−ｎ接合
面に平行な方向）を光伝播の容易方向となり、例えば、
実施例１において、ｎ側コンタクト層と基板との間にフ
ォトルミネセンス層を設けた場合には、フォトルミネセ
ンス層に到達する光は大きな損失を伴うこととなる。本
発明では、光電変換部であるｐ−ｎ接合構造内部に、光
変換部であるフォトルミネセンス層を設けてあること
で、上述のような光の損失を低く抑え、好ましくは活性
層に隣接することで、最小限に抑えることができる。

【００２１】以上説明したように、本発明において、ｐ
―ｎ接合領域内におけるフォトルミネセンス層の位置
が、得られる素子の発光色に大きく影響を及ぼすことに
なるため、これを十分に考慮して配置することが重要で
ある。実際に、フォトルミネセンス層からの光を調整す
るためには、フォトルミネセンス層の膜厚、不純物の含
有量を変化させることでもって、調整する。このとき、
層の膜厚を考慮するに際し、後述するｎ側多層膜のよう
に、フォトルミネセンス層が多層膜構造であって、それ
を構成する層の全てが、光変換として機能しない場合に
は、光変換として機能する層の総膜厚を考慮する。この
時、フォトルミネセンス層の膜厚としては、１００Å以
上とすることで、発光色を変化させた発光素子が得られ
る。

【００２２】本発明のフォトルミネセンス層を多層膜層
として、形成してもよい。この時、具体的には、多層膜
として、Ｉｎを含む窒化物半導体層を活性層からの光を
励起する層と、それとは別の層とを有するものとし、多
層膜を構成する少なくとも一層が波長の異なる光を発す
る層として機能する。このような多層膜からなるフォト
ルミネセンス層は、活性層を挟むｐ型層、ｎ型層のどち
らにも用いることができる。好ましくは、以下の第１の
窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層を有するｎ側多
層膜層とすることで、電流注入による発光に好適に作用
し、活性層からの良好な発光が得られると共に、その光
がフォトルミネセンス層に効率的に到達して、得られる
励起光の強度も向上する。

【００２３】本発明の発光素子において、ｎ型層に設け
られるｎ側多層膜層（フォトルミネセンス層）として
は、Ｉｎを含む第１の窒化物半導体層と、その第１の窒
化物半導体層と異なる組成を有する第２の窒化物半導体
層とが積層されたｎ側多層膜層を有するものである。こ
の時、前記第１の窒化物半導体層、または前記第２の窒
化物半導体層の内の少なくとも一方の膜厚が１００Å以
下であると好ましい。好ましくは第１の窒化物半導体層
および第２の窒化物半導体層の両方を１００Å以下、さ
らに好ましくは７０Å以下、最も好ましくは５０Å以下
にする。このように膜厚を薄くすることにより、多層膜
層が超格子構造となって、多層膜層の結晶性が良くなる
ので、出力が向上する傾向にある。なお、活性層は少な
くともＩｎを含む窒化物半導体、好ましくはＩｎＧａＮ
よりなる井戸層を有する単一量子井戸構造、若しくは多
重量子井戸構造とすることが望ましい。この時、第１の
窒化物半導体層は、主にフォトルミネセンス層としての
機能である光励起、波長変換を担い、このため上述した
ｎ型不純物のドープは、少なくともこの第１の窒化物半
導体層に対してなされている。第１の窒化物半導体層は
Ｉｎ_XＧａ_1-XＮ（０＜X＜１）とし、第２の窒化物半導
体層はＩｎ_YＧａ_1-YＮ（０≦Y＜１、Y＜X）、好ましく
はＧａＮとすることが最も好ましい。

【００２４】さらに、このｎ側多層膜層は、前記第１の
窒化物半導体層または前記第２の窒化物半導体層の内の
少なくとも一方の膜厚が、近接する第１の窒化物半導体
層または第２の窒化物半導体層同士で互いに異なること
を特徴とする。即ち、第１の窒化物半導体層または第２
の窒化物半導体層を複数層積層した多層膜層を形成した
場合に、第２の窒化物半導体層（第１の窒化物半導体
層）を挟んだ第１の窒化物半導体層（第２の窒化物半導
体層）の膜厚が互いに異なることを意味する。

【００２５】ｎ側多層膜層は活性層と離間して形成され
ていても良いが、最も好ましくは活性層に接して形成さ
れているようにする。活性層に接して形成する方がより
活性層からの発光出力が向上しやすい傾向にある。

【００２６】また、本発明の第２の窒化物半導体層がア
ンドープであることが好ましい。アンドープとは意図的
に不純物をドープしない状態を指し、例えば隣接する窒
化物半導体層から拡散により混入される不純物も本発明
ではアンドープという。なお拡散により混入される不純
物は層内において不純物濃度に勾配がついていることが
多い。

【００２７】さらに本発明の好ましい態様として、前記
ｐ側の窒化物半導体層には、Ａｌを含む第３の窒化物半
導体層と、第３の窒化物半導体と異なる組成を有する第
４の窒化物半導体層とが積層されてなるｐ側多層膜層を
有し、前記第３の窒化物半導体層、または前記第４の窒
化物半導体の層の内の少なくとも一方の膜厚が１００Å
以下であることを特徴とする。好ましくは第３の窒化物
半導体層、および第４の窒化物半導体層の両方を１００
Å以下、さらに好ましくは７０Å以下、最も好ましくは
５０Å以下にする。このように膜厚を薄くすることによ
り、多層膜層が超格子構造となって、多層膜層の結晶性
が良くなるので、活性層からの発光出力が向上する傾向
にある。

【００２８】第３の窒化物半導体層はＡｌ_aＧａ_1-aＮ
（０＜ａ≦１）とし、前記第４の窒化物半導体層はＩｎ
_bＧａ_1-bＮ（０≦b＜１、b＜a）、好ましくはＧａＮと
する。

【００２９】さらに好ましくは、前記第３の窒化物半導
体層、または前記第４の窒化物半導体層の内の少なくと
も一方の膜厚が、近接する第３の窒化物半導体層または
第４の窒化物半導体層同士で互いに異なることを特徴と
する。即ち、第３の窒化物半導体層または第２の窒化物
半導体層を複数層積層した多層膜層を形成した場合に、
第３の窒化物半導体層（第４の窒化物半導体層）を挟ん
だ第４の窒化物半導体層（第３の窒化物半導体層）の膜
厚が互いに異なることを意味する。

【００３０】さらにまた、前記第３の窒化物半導体層、
または前記第４の窒化物半導体層の内の少なくとも一方
のIII族元素の組成が、近接する第３の窒化物半導体層
または第４の窒化物半導体層の同一III族元素の組成同
士で互いに異なることを特徴とする。即ち、第３の窒化
物半導体層または第４の窒化物半導体層を複数層積層し
た多層膜層を形成した場合に、第３の窒化物半導体層
（第４の窒化物半導体層）を挟んだ第４の窒化物半導体
層（第３の窒化物半導体層）のIII族元素の組成比が互
いに異なることを意味する。

【００３１】ｐ側多層膜層は、ｎ側多層膜層と同じく活
性層と離間して形成されていても良いが、最も好ましく
は活性層に接して形成されているようにする。活性層に
接して形成する方がより出力が向上しやすい傾向にあ
る。

【００３２】また、本発明の第３の窒化物半導体層およ
び第４の窒化物半導体層がアンドープであることを特徴
とする。ｐ側の多層膜層をアンドープとする場合、その
膜厚は０．１μｍ以下にすることが望ましい。０．１μ
ｍよりも厚いと、活性層に正孔が注入されにくくなっ
て、出力が低下しやすい傾向にある。なお、アンドープ
の定義についてはｎ側多層膜層と同じであるので省略す
る。

【００３３】さらに第３の窒化物半導体層または第４の
窒化物半導体層のいずれか一方に、ｐ型不純物がドープ
されていてもよい。変調ドープすることにより、出力が
向上しやすい傾向にある。なおｐ型不純物としては、Ｍ
ｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ等のII族元素を好ましく選
択し、好ましくは、Ｍｇ、Ｂｅを用いる。

【００３４】また第３の窒化物半導体層および第４の窒
化物半導体層の両方にｐ型不純物がドープされていても
よい。ｐ型不純物をドープする場合、不純物濃度は１×
１０ ²²／cm³以下、好ましくは５×１０²⁰／cm³以下に調
整する。１×１０²²／cm³よりも多いと窒化物半導体層
の結晶性が悪くなって、出力が低下する傾向にある。こ
れは変調ドープの場合も同様である。

【００３５】本発明の発光装置は、図２に示すように本
発明の発光素子に蛍光体を付与したものである。この蛍
光体は該発光素子からの光によって励起され、該発光素
子からの光と異なる波長の光を発するものである。すな
わち蛍光体の励起波長において青色光付近にピークがあ
り、発光波長において赤色、黄色付近にピークがあるこ
とが好ましく、特に蛍光体としてはＣｅで付活された
（Ｙ₂Ｏ₃・５／３Ａｌ₂Ｏ₃）ＹＡＧ、Ｅｕ及び／又はＣ
ｒで付活された窒素含有ＣａＯ-Ａｌ₂Ｏ₃-ＳｉＯ₂より
選ばれた一種であることが好ましい。また本発明の発光
装置は、図２に示すように蛍光体を含有する透光性モー
ルド部材が、発光素子表面を被覆する構造をとることが
好ましい。これにより蛍光体は発光素子からの光の一部
を効率よく吸収し、より長波長の光を発光することがで
き、かつ色むらの少ない混合色を得ることができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例に係るＬ
ＥＤ素子の構造を示す模式的な断面図である。このＬＥ
Ｄ素子はサファイア基板１の上に、ＧａＮよりなる第１
のバッファ層２、アンドープＧａＮよりなる第２のバッ
ファ層３、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ側コンタクト層
４、アンドープＧａＮ層よりなる第３のバッファ層５、
ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子構造よりなるｎ側多層膜層
６、ＩｎＧａＮ／ＧａＮよりなる多重量子井戸構造の活
性層７、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造よりなるｐ側多
層膜層８、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層
９が順に積層された構造を有する。

【００３７】本発明の窒化物半導体を用いた発光素子で
は、図１に示すように、活性層７を挟んで下部にあるｎ
側窒化物半導体層に、Ｉｎを含む第１の窒化物半導体層
と、その第１の窒化物半導体層と異なる組成を有する第
２の窒化物半導体層とが積層されたｎ側多層膜層６を有
している。ｎ側多層膜層において、第１の窒化物半導体
層、第２の窒化物半導体層はそれぞれ少なくとも一層以
上形成し、合計で３層以上、さらに好ましくはそれぞれ
少なくとも２層以上積層し、合計で４層以上積層するこ
とが望ましい。ｎ側多層膜層が活性層に接して形成され
ている場合、活性層の最初の層（井戸層、若しくは障壁
層）と接する多層膜層は第１の窒化物半導体層でも、第
２の窒化物半導体層いずれでも良く、ｎ側多層膜層の積
層順序は特に問うものではない。なお、図１ではｎ側多
層膜層６が、活性層７に接して形成されているが、この
多層膜層と活性層との間に、他のｎ型窒化物半導体より
なる層を有していても良い。このｎ側多層膜層を構成す
る第１の窒化物半導体層または第２の窒化物半導体層の
少なくとも一方の膜厚を１００Å以下、好ましくは７０
Å以下、最も好ましくは５０Å以下とすることにより、
薄膜層が弾性臨界膜厚以下となって結晶が良くなり、そ
の上に積層する第１、若しくは第２の窒化物半導体層の
結晶性が良くなり、多層膜層全体の結晶性が良くなるた
め、素子の出力が向上する。

【００３８】第１の窒化物半導体層はＩｎを含む窒化物
半導体、好ましくは３元混晶のＩｎ _ＸＧａ_１−ＸＮ（０
＜X＜１）とし、好ましくは、ｎ型不純物をドープする
ことである。一方、第２の窒化物半導体層は第１の窒化
物半導体層と組成が異なる窒化物半導体であれば良く、
特に限定しないが、結晶性の良い第２の窒化物半導体を
成長させるためには、第１の窒化物半導体よりもバンド
ギャップエネルギーが大きい２元混晶あるいは３元混晶
の窒化物半導体を成長させ、その中でもＧａＮとする
と、全体に結晶性の良い多層膜層が成長できる。従って
最も好ましい組み合わせとしては、第１の窒化物半導体
層でｎ型不純物ドープのＩｎ_XＧａ_1-XＮであり、第２の
窒化物半導体層がＧａＮとの組み合わせである。

【００３９】好ましい態様として、第１および第２の窒
化物半導体層の膜厚を１００Å以下、好ましくは７０Å
以下、最も好ましくは５０Å以下にする。単一窒化物半
導体層の膜厚を１００Å以下とすることにより、窒化物
半導体単一層の弾性臨界膜厚以下となり、厚膜で成長さ
せる場合に比較して結晶性の良い窒化物半導体が成長で
きる。また、両方を７０Å以下にすることによって、多
層膜層が超格子構造となり、この結晶性の良い超格子構
造の上に活性層を成長させると、多層膜層がバッファ層
のような作用をして、活性層が結晶性よく成長できる。

【００４０】さらにまた、第１、または前記第２の窒化
物半導体層の内の少なくとも一方の膜厚を、近接する第
１、または第２の窒化物半導体層同士で互いに異なるよ
うにすることも好ましい。例えば第１の窒化物半導体層
をＩｎＧａＮとし、第２の窒化物半導体層をＧａＮとし
た場合、ＧａＮ層とＧａＮ層との間のＩｎＧａＮ層の膜
厚を、活性層に接近するに従って次第に厚くしたり、ま
た薄くしたりすることにより、多層膜層内部において屈
折率が変化するため、実質的に屈折率が次第に変化する
層を形成することができる。即ち、実質的に組成傾斜し
た窒化物半導体層を形成するのと同じ効果が得られる。

【００４１】また、第１、または前記第２の窒化物半導
体層の内の少なくとも一方のIII族元素の組成を、近接
する第１または第２の窒化物半導体層の同一III族元素
の組成同士で互いに異なるようにすることも望ましい。
例えば、第１の窒化物半導体層をＩｎＧａＮとし、第２
の窒化物半導体層をＧａＮとした場合、ＧａＮ層とＧａ
Ｎ層との間のＩｎＧａＮ層のＩｎ組成を活性層に接近す
るに従って次第に多くしたり、また少なくしたりするこ
とにより、前述の態様と同じく、多層膜層内部において
屈折率を変化させて、実質的に組成傾斜した窒化物半導
体層を形成することができる。なおＩｎ組成が減少する
に従い、屈折率は小さくなる傾向にある。

【００４２】第１および第２の窒化物半導体層は両方と
もアンドープでも良いし、両方にｎ型不純物がドープさ
れていても良いし、またいずれか一方に不純物がドープ
されていてもよい。結晶性を良くするためには、アンド
ープが最も好ましく、次に変調ドープ、その次に両方ド
ープの順である。なお両方にｎ型不純物をドープする場
合、第１の窒化物半導体層のｎ型不純物濃度と、第２の
窒化物半導体層のｎ型不純物濃度は異なっていても良
い。

【００４３】さらに本発明の態様では、ｐ側窒化物半導
体層側に、図１に示すように、活性層７を挟んで上部に
あるｐ側窒化物半導体層に、Ａｌを含む第３の窒化物半
導体層と、その第３の窒化物半導体層と異なる組成を有
する第４の窒化物半導体層とが積層されたｐ側多層膜層
８を有している。ｐ側多層膜層８において、ｎ側の多層
膜層６と同様に第３の窒化物半導体層、第４の窒化物半
導体層それぞれ少なくとも一層以上形成し、合計で３層
以上、さらに好ましくはそれぞれ少なくとも２層以上積
層し、合計で４層以上積層することが望ましい。さら
に、ｐ側にも多層膜層を設ける場合、ｎ側の多層膜層よ
りも膜厚を薄くする方が、素子のＶｆ、閾値が低下しや
すくなる傾向にある。ｐ側多層膜層が活性層に接して形
成されている場合、活性層の最終層（井戸層、若しくは
障壁層）と接するｐ側多層膜層は第３の窒化物半導体層
でも、第４の窒化物半導体層いずれでも良い。なお、図
１ではｐ側多層膜層８が、活性層７に接して形成されて
いるが、この多層膜層８と活性層７との間に、他の窒化
物半導体よりなる層を有していても良い。

【００４４】さらにまた、第３、または第４の窒化物半
導体層の内の少なくとも一方の膜厚を、近接する第３、
または第４の窒化物半導体層同士で互いに異なるように
することも好ましい。例えば第３の窒化物半導体層をＡ
ｌＧａＮとし、第４の窒化物半導体層をＧａＮとした場
合、ＧａＮ層とＧａＮ層との間のＡｌＧａＮ層の膜厚
を、活性層に接近するに従って次第に厚くしたり、また
薄くしたりすることにより、多層膜層内部において屈折
率を変化させることができるため、実質的に屈折率が次
第に変化する層を形成することができる。即ち、実質的
に組成傾斜した窒化物半導体層を形成するのと同じ効果
が得られる。

【００４５】また、第３、または第４の窒化物半導体層
の内の少なくとも一方のIII族元素の組成を、近接する
第３、または第４の窒化物半導体層の同一III族元素の
組成同士で互いに異なるようにすることも望ましい。例
えば、第１の窒化物半導体層をＡｌＧａＮとし、第２の
窒化物半導体層をＧａＮとした場合、ＧａＮ層とＧａＮ
層との間のＡｌＧａＮ層のＡｌ組成を活性層に接近する
に従って次第に多くしたり、また少なくしたりすること
により、前述の態様と同じく、多層膜層内部において屈
折率を変化させて、実質的に組成傾斜した窒化物半導体
層を形成することができる。なおＡｌ組成が増加するに
従い、屈折率は小さくなる。従って目的に応じて、これ
ら組成傾斜した層をｐ層側に配することができる。

【００４６】第３の窒化物半導体層はＡｌを含む窒化物
半導体、好ましくは３元混晶のＡｌ _aＧａ_1-aＮ（０＜X
＜１）とし、最も好ましくはａ値が０．５以下のＡｌ_a
Ｇａ_1- _aＮとする。０．５を超えると結晶性が悪くなっ
てクラックが入りやすい傾向にある。一方、第４の窒化
物半導体層は第３の窒化物半導体層と組成が異なる窒化
物半導体であれば良く、特に限定しないが、結晶性の良
い第４の窒化物半導体を成長させるためには、第１の窒
化物半導体よりもバンドギャップエネルギーが小さい２
元混晶あるいは３元混晶の窒化物半導体を成長させ、そ
の中でもＧａＮとすると、全体に結晶性の良い多層膜層
が成長できる。従って最も好ましい組み合わせとして
は、第３の窒化物半導体層がａ値が０．５以下のＡｌ_a
Ｇａ_1-aＮであり、第４の窒化物半導体層がＧａＮとの
組み合わせである。

【００４７】さらに、第３の窒化物半導体層の膜厚を１
００Å以下、好ましくは７０Å以下、最も好ましくは５
０Å以下にする。同様に第４の窒化物半導体層の膜厚も
１００Å以下、好ましくは７０Å以下、最も好ましくは
５０Å以下とする。このように単一窒化物半導体層の膜
厚を１００Å以下とすることにより、窒化物半導体の弾
性臨界膜厚以下となり、厚膜で成長させる場合に比較し
て結晶性の良い窒化物半導体が成長でき、また窒化物半
導体層の結晶性が良くなるので、ｐ型不純物を添加した
場合にキャリア濃度が大きく抵抗率の小さいｐ層が得ら
れ、素子のＶｆ、閾値等が低下しやすい傾向にある。

【００４８】第３の窒化物半導体層および第４の窒化物
半導体層は両方ともアンドープでも良いし、両方にｐ型
不純物がドープされていても良いし、またいずれか一方
にｐ型不純物がドープされていてもよい。キャリア濃度
の高いｐ層を得るには、変調ドープが最も好ましい。な
お、先にも述べたようにアンドープとした場合にはその
膜厚は０．１μｍ以下、好ましくは７００Å以下、さら
に好ましくは５００Å以下にする。０．１μｍを超える
と、アンドープ層の抵抗値が高くなる傾向にあるからで
ある。両方にｐ型不純物をドープする場合、第３の窒化
物半導体層のｐ型不純物濃度と、第４の窒化物半導体層
のｐ型不純物濃度は異なっていても良い。

【００４９】次に本発明の発光装置には、発光素子から
放出された光によって励起され、それよりも長波長の黄
色や赤色系が発光可能な蛍光体を付与する。蛍光体には
無機蛍光体と有機蛍光体がある。有機蛍光体は励起波長
と発光波長とを比較的近づけることができ、且つ効率よ
く発光させることができる。したがって有機蛍光体は、
青色より長波長の緑色の光を吸収して、より長波長の黄
色や赤色光を発光させることもできる。これによって色
味を調整させやすくすることもできる。また無機蛍光体
は、発光素子に近接して設けても長時間にわたって信頼
性よく発光できる特徴をもつ。このような蛍光体とし
て、具体的にはＣｅで付活されたＹ₂Ｏ₃・５／３Ａｌ₂
Ｏ₃、Ｅｕ及び／又はＣｒで付活された窒素含有ＣａＯ
−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ_２が挙げられる。他にもＭｇ₅Ｌｉ₆
Ｓｂ₂Ｏ₁₃：Ｍｎ、Ｍｇ₂ＴｉＯ₄：Ｍｎ、Ｙ₂Ｏ₃：Ｅ
ｕ、Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ、３．５ＭｇＯ・ＭｇＦ₂・Ｇｅ
Ｏ₂：Ｍｎやペリレン系誘導体などを好適に挙げること
ができる。

【００５０】例えばＥｕ及び／又はＣｒで付活された窒
素含有ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ_２蛍光体はＣａ−Ａｌ
−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系オキシナイトライド蛍光硝子とも呼ば
れる。以下に作製例を示す。酸化アルミニウム、酸化イ
ットリウム、窒化珪素及び酸化カルシウムなどの原料に
希土類元素を含む原料を所定比に混合した粉末を窒素雰
囲気下において１３００℃以上、１９００℃以下、より
好ましくは１５００℃以上、１７５０℃以下の温度にて
溶融する。そして得られた焼成品をボールミルなどによ
り粉砕し、洗浄、分離、乾燥を行い、最後に篩を通す。
このようにして作製された蛍光体は約４５０ｎｍの青色
光により励起され、赤色の光を発光する。なおこのＥｕ
及び／又はＣｒで付活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃
−ＳｉＯ _２蛍光体は、窒素含有量を増減することによっ
て発光スペクトルのピ−クを５７５ｎｍから６９０ｎｍ
に連続的にシフトすることができる。同様に励起スペク
トルも連続的にシフトさせることができる。このため本
発明の発光装置において、活性層及びフォトルミネッセ
ンス層から混合色の発光が可能である発光素子と組み合
わせることで、色の三原色である赤色、緑色、青色光を
含んだ極めて演色性に優れた白色光を得ることができ
る。

【００５１】また本発明の発光装置に適した蛍光体とし
てＹ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕも挙げられる。Ｙ ₂Ｏ₃とＥｕ₂Ｏ₃を塩
酸で溶解後、しゅう酸塩として共沈させる。この沈殿物
を空気中で８００℃以上、１０００℃以下の温度にて焼
成し、酸化物とする。さらに硫黄と炭酸ソーダ及びフラ
ックスを混合しアルミナの坩堝に入れ１０００℃以上、
１２００℃以下の温度にて空気中で２時間から３時間焼
成して焼成品を得る。焼成品を粉砕、洗浄、分離乾燥し
て最後に篩に通すことでＹ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕの蛍光体を得
る。この蛍光体は、発光素子からの青色光を効率よく吸
収して赤色系の光を発光することができる。蛍光体は１
種類でもよいし、２種類以上を混合させて用いることも
できる。

【００５２】このようにして得られた蛍光体は、エポキ
シ樹脂やシリコーン樹脂或いは低融点硝子などのバイン
ダーと混合し樹脂スラリーとする。上述した青色及び緑
色がそれぞれ発光可能な活性層及びフォトルミネッセン
ス層を有する発光素子に、蛍光体含有の樹脂スラリーを
塗布、硬化させて発光装置を形成する。この蛍光体含有
の樹脂スラリーはダイボンド樹脂として併用することも
できる。より具体的には、まず回路基板上に発光素子を
配置させて金線などの導電性ワイヤーやＡｇペーストな
どの導電性ペーストを利用して電気的に接続させる。次
にこの蛍光体含有の樹脂スラリーを塗布、注入、または
印刷などの方法によって発光素子に被覆させたり、また
は蛍光体含有物質を張り合わせたりすることによって、
発光素子に蛍光体を付与することができる。発光素子か
らの光を吸収してより長波長の光を発光することができ
る限り、発光素子上に被覆するものだけでなく、近接配
置させるだけのものでも良い。

【００５３】こうして形成された発光装置の電極に外部
から電流を流すと約４６０ｎｍにピークがある単色性の
発光と、約５００ｎｍから６００ｎｍに波長があるブロ
ードな励起光を発光素子が発光する。そして、蛍光体か
らは発光素子からの光によって励起され、それよりも長
波長の赤色系が主として発光することができる。そのた
め発光素子上に１種類の蛍光体を塗布等する極めて簡単
な構成、且つ簡便な方法でＲＧＢの発光色をもち色むら
の少ない白色光を発光させることができる。なお、色む
らや色ズレなどを抑制できる限り、上記蛍光体に加えて
種々の蛍光体や発光素子を利用できることもいうまでも
ない。

【００５４】

【他の実施形態】本発明の発光装置において、上述した
発光装置に組み合わせて適応できる変形例として、以下
に示す形態を用いることができる。この実施形態におい
て、活性層は、障壁層と井戸層とを有する量子井戸構造
を有し、フォトルミネセンス層が、Ｉｎを含む窒化物半
導体からなる第１の層と、第１の層よりもバンドギャッ
プエネルギーの大きい窒化物半導体からなる第２の層と
を少なくとも有する超格子多層膜で形成され、具体的に
は上記ｎ側多層膜層、ｐ側多層膜層をフォトルミネセン
ス層とできる。また、図６は、この実施形態について説
明するバンド構造を示す模式図であり、ｎ型層３０５、
ｐ型層３０８に挟まれた活性層３０７を有する構造で、
フォトルミネセンス層３０６が設けられ、このフォトル
ミネセンス層には第１の層４０１とそれよりもバンドギ
ャップエネルギーの大きな第２の層４０２を有し、活性
層には井戸層４０３とそれよりバンドギャップエネルギ
ーの大きな障壁層４０４が設けられている。

【００５５】先ず、第１の実施形成としては、第１の層
よりバンドギャップエネルギーの大きな第２の層の膜厚
を、活性層内の障壁層の膜厚よりも小さくする。これ
は、活性層内において、障壁層は、井戸層内へキャリア
を閉込める働きを担い、一方、素子構造内に設けられた
フォトルミネセンス層は、障壁となる第２の層を活性層
の障壁層と同様な膜厚で形成すると、第１の層にキャリ
アが閉じ込められ、フォトルミネセンス層内で、注入さ
れたキャリアの発光再結合が起こり、光励起によるフォ
トルミネセンスを阻害する。しかしながら、第２の層の
膜厚を障壁層よりも小さくすることで、活性層内では、
膜厚の大きな障壁層により効率的に井戸層内にキャリア
を閉じ込める障壁として機能させ光電変換を実施させ、
フォトルミネセンス層内の第２の層は、障壁層よりも膜
厚が小さくされることで、キャリアを積極的にトンネル
させて、フォトルミネセンス層内で効率的なキャリアの
移動を実現させることができる。ここで、障壁層の膜厚
としては、図６に示すように、井戸層４０３（多重量子
井戸構造）との間に挟まれた障壁層４０４の膜厚であ
り、井戸層間に複数の障壁層を有する場合には、それら
の膜厚の総和となり、単一量子井戸構造の場合に井戸層
と、活性層と隣接層との界面、との間に、複数の障壁層
を有する場合にも同様に、その複数の障壁層の膜厚の総
和となる。また、フォトルミネセンス層についても同様
で、図６に示すように、第１の層４０１と第２の層４０
２とが交互に積層された構造においては、第１の層に対
して障壁となる第２の層の膜厚であり、これら第１の
層、第２の層と異なるバンドギャップエネルギーの層を
有する別の層（複数の層）が設けられて、周期的に積層
される構造の場合には、最もバンドギャップエネルギー
の小さい第１の層とそれよりもバンドギャップエネルギ
ーの大きな層が積層された構造において、第１の層と第
１の層との間に挟まれる各層の膜厚の総和となる。

【００５６】また、別の実施形態として、超格子多層膜
構造のフォトルミネセンス層においてバンドギャップエ
ネルギーの小さい第１の層の積層数を、活性層内の井戸
層の積層数より多くすることにある。図６に示すよう
に、光の励起により異なる波長の発光がある第１の層の
積層数を多くすることで、超格子多層膜構造内を通る活
性層からの発光を効率的に光変換させることができる。
一方で、活性層内の井戸層は、注入された電子とホール
の再結合により、発光させるが、活性層内においてもそ
の光を吸収して電子を励起する形態が存在し、井戸層の
積層数を多くすると光励起される確率も高まり、発光効
率の低下を招くこととなる。この実施形態では、井戸層
の数をフォトルミネセンス層内の第１の層の数より、少
なくすることで、フォトルミネセンス層において主に光
励起を発生させ、活性層の井戸層において光電変換を実
施する機能分離された素子構造とできる。この時、井戸
層の積層数としては、組成、膜厚などにも依存するが、
２０以下とすることで、良好な発光効率が得られる傾向
にある。

【００５７】また、別の実施形態としては、第１の層と
第２の層とのバンドギャップエネルギー差が、前記活性
層における井戸層と障壁層とのバンドギャップエネルギ
ー差よりも大きいことを特徴とする。これは、図６に示
すように、超格子多層膜のフォトルミネセンス層におい
て、第１の層と第２の層とのバンドギャップエネルギー
差を大きくすることで、サブバンドの形成を促し、フォ
トルミネセンス層内を効率的にキャリアの移動が実現さ
れ、井戸層内にキャリアを効率的に注入させることがで
きる。フォトルミネセンス層のバンドギャップエネルギ
ー差が大きいことで、キャリアの活性層への注入を促す
一方で、大きなバンドギャップエネルギー差により、い
くらかのキャリアがフォトルミネセンス層内にとどまる
構造とでき、そのことにより、光の励起を促すことがで
きる。

【００５８】以上、他の実施形態において、これらの実
施形態を組み合わせて用いることが可能であり、上述し
たフォトルミネセンス層、ｎ側多層膜層、ｐ側多層膜層
を組み合わせて用いることができる。また、フォトルミ
ネセンス層の超格子多層膜構造としては、第１の層がＩ
ｎを含む窒化物半導体からなり、第２の層が第１の層よ
りもバンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体を
有するものであり、第１の層、第２の層を交互に積層し
た構造として、超格子多層膜構造とする。この時、第１
の層、第２の層とは異なる層を設けて、周期的に積層し
た超格子多層膜構造としても良い。第１の層の具体的な
組成としては、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_１−ｘ _−ｙＮ（０≦ｘ
＜１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物
半導体を用いることである。例えば、紫外域から赤色ま
での発光波長において、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦
１）を好ましく用いて、Ｉｎ組成比を変化させることに
より、発光波長を変化させることができる。また第２の
層は、第１の層と異なる組成の窒化物半導体とでき、具
体的には、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を用いることがで
き、例えば、クラッド層をかねる場合には、ｙ＞０のＡ
ｌを含む窒化物半導体を用いることができる。このよう
なフォトルミネセンス層は、上述したｎ側多層膜、ｐ側
多層膜として用いることができる。また、フォトルミネ
センス層と活性層とが図６に示すように、接して形成さ
れる場合には、その接合部において、図６（ｂ）に示す
ように、バンドギャップエネルギーを大きくする構造と
することで、活性層内に注入されるキャリアをフォトル
ミネセンス層内にとどまらせることができ、フォトルミ
ネセンス層内でのキャリアの存在確率を高めて、光の励
起を促すことが可能となる。また超格子多層膜とする条
件は、上述のｎ側多層膜層、ｐ側多層膜層と同様に、１
００Å以下の膜厚とすること、好ましくは７０Å以下と
すること、更に好ましくは５０Å以下の膜厚で、第１の
層、第２の層を形成する。またフォトルミネセンス層を
ｎ側多層膜層として形成するには、第１の層を第１の窒
化物半導体層、第２の層を第２の窒化物半導体層とし、
ｐ側多層膜層として形成するには、第１の層を第４の窒
化物半導体層、第２の層を第３の窒化物半導体層とす
る。超格子多層膜構造のフォトルミネセンス層として、
第１の層と第２の層とを、少なくとも１層ずつ積層する
ことであり、好ましくは２層ずつ有することであり、両
者を交互に積層して構成する。

【００５９】

【実施例】［実施例１］図１を元に実施例１について説
明する。サファイア（Ｃ面）よりなる基板１をＭＯＶＰ
Ｅの反応容器内にセットし、水素を流しながら、基板の
温度を１０５０℃まで上昇させ、基板のクリーニングを
行う。基板１にはサファイアＣ面の他、Ｒ面、Ａ面を主
面とするサファイア、その他、スピネル（ＭｇＡ１
₂Ｏ₄）のような絶縁性の基板の他、ＳｉＣ（６Ｈ、４
Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等
の半導体基板を用いることができる。

【００６０】（第１のバッファ層２）続いて、温度を５
１０℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアン
モニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、基板
１上にＧａＮよりなるバッファ層２を約２００Åの膜厚
で成長させる。なおこの低温で成長させる第１のバッフ
ァ層２は基板の種類、成長方法等によっては省略でき
る。

【００６１】（第２のバッファ層３）バッファ層２成長
後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ
る。１０５０℃になったら、同じく原料ガスにＴＭＧ、
アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮよりなる第２
のバッファ層３を１μｍの膜厚で成長させる。第２のバ
ッファ層は先に成長させた第１のバッファ層よりも高
温、例えば９００℃〜１１００℃で成長させ、Ｉｎ_XＡ
ｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成で
き、その組成は特に問うものではないが、好ましくはＧ
ａＮ、X値が０．２以下のＡｌ_XＧａ_1-XＮとすると結晶
欠陥の少ない窒化物半導体層が得られやすい。また膜厚
は特に問うものではなく、バッファ層よりも厚膜で成長
させ、通常０．１μｍ以上の膜厚で成長させる。

【００６２】（ｎ側コンタクト層４）続いて１０５０℃
で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物
ガスにシランガスを用い、Ｓｉを３×１０¹⁹／cm³ドー
プしたＧａＮよりなるｎ側コンタクト層を３μｍの膜厚
で成長させる。このｎ側コンタクト層４も第２のバッフ
ァ層３と同様に、Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X、０≦
Y、X＋Y≦１）で構成でき、その組成は特に問うもので
はないが、好ましくはＧａＮ、X値が０．２以下のＡｌ_X
Ｇａ_1-XＮとすると結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が
得られやすい。膜厚は特に問うものではないが、ｎ電極
を形成する層であるので１μｍ以上の膜厚で成長させる
ことが望ましい。さらにｎ型不純物濃度は窒化物半導体
の結晶性を悪くしない程度に高濃度にドープすることが
望ましく、１×１０¹⁸／cm³以上、５×１０²¹／cm³以下
の範囲でドープすることが望ましい。

【００６３】（第３のバッファ層５）次にシランガスの
みを止め、１０５０℃で同様にしてアンドープＧａＮよ
りなる第３のバッファ層５を１００Åの膜厚で成長させ
る。この第３のバッファ層５もＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ
（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成でき、その組成は特
に問うものではないが、好ましくはＧａＮ、X値が０．
２以下のＡｌ_XＧａ_1-XＮ、またはY値が０．１以下のＩ
ｎ_YＧａ_1-YＮとすると結晶欠陥の少ない窒化物半導体層
が得られやすい。このアンドープＧａＮ層を成長させる
ことにより、高濃度で不純物をドープしたｎ側コンタク
ト層４の上に直接活性層を成長させるのと異なり、下地
の結晶性が良くなるため、次に成長させる窒化物半導体
を成長しやすくする。このように、アンドープの窒化物
半導体層よりなる第２のバッファ層３の上に、高濃度で
ｎ型不純物をドープした窒化物半導体よりなるｎ側コン
タクト層４、次にアンドープの窒化物半導体（ｎ側多層
膜層も含む。）よりなる第３のバッファ層５を積層した
３層構造とすると、ＬＥＤ素子にした場合にＶｆが低下
しやすい傾向にある。なおｎ側多層膜層６をアンドープ
にする場合は第３のバッファ層５を省略することができ
る。

【００６４】（ｎ側多層膜層（フォトルミネセンス層）
６）次に、同様の温度で、アンドープＧａＮよりなる第
２の窒化物半導体層を４０Å成長させ、次に温度を８０
０℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＳｉＨ₄、アンモニアを
用い、Ｓｉを１．２５ｎmolを供給して、Ｓｉドープの
Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ｎよりなる第１の窒化物半導体層を２０
Å成長させる。そしてこれらの操作を繰り返し、第２＋
第１の順で交互に３０層づつ積層させ、最後にＧａＮよ
りなる第２の窒化物半導体層を４０Å成長さた超格子構
造の多層膜よりなるｎ側第２多層膜層６を１８４０Åの
膜厚で成長させる。（活性層７）次に、アンドープＧａ
Ｎよりなる障壁層を２００Åの膜厚で成長させ、続いて
温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを
用いアンドープＩｎ_0.3Ｇａ_0.7Ｎよりなる井戸層を３０
Åの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸
・・・・＋障壁の順で障壁層を５層、井戸層４層交互に
積層して、総膜厚１１２０Åの多重量子井戸構造よりな
る活性層７を成長させる。活性層７は障壁層から積層し
たが、積層順は井戸層から積層して、井戸層で終わって
もよく、また井戸層から積層して障壁層で終わる場合、
障壁層から積層して井戸層で終わっても良く積層順は特
に問わない。井戸層の膜厚としては１００Å以下、好ま
しくは７０Å以下、さらに好ましくは５０Å以下に調整
する。１００Åよりも厚いと、出力が向上しにくい傾向
にある。一方、障壁層の厚さは３００Å以下、好ましく
は２５０Å以下、最も好ましくは２００Å以下に調整す
る。

【００６５】（ｐ側多層膜層８）次に、ＴＭＧ、ＴＭ
Ａ、アンモニア、Ｃｐ₂Ｍｇ（シクロペンタジエニルマ
グネシウム）を用い、Ｍｇを５×１０¹⁹／cm³ドープし
たｐ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなる第３の窒化物半導体
層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＣｐ₂Ｍｇ、ＴＭ
Ａを止めアンドープＧａＮよりなる第４の窒化物半導体
層を２５Åの膜厚で成長させる。そしてこれらの操作を
繰り返し、第３＋第４の順で交互に４層ずつ積層した超
格子よりなるｐ側多層膜層８を２００Åの膜厚で成長さ
せる。

【００６６】（ｐ側コンタクト層９）続いて１０５０℃
で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ₂Ｍｇを用い、Ｍｇを１
×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コン
タクト層８を７００Åの膜厚で成長させる。ｐ側コンタ
クト層８もＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋
Y≦１）で構成でき、その組成は特に問うものではない
が、好ましくはＧａＮとすると結晶欠陥の少ない窒化物
半導体層が得られやすく、またｐ電極材料と好ましいオ
ーミック接触が得られやすい。

【００６７】反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに
窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００
℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化す
る。

【００６８】アニーリング後、ウェーハを反応容器から
取り出し、最上層のｐ側コンタクト層９の表面に所定の
形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチン
グ）装置でｐ側コンタクト層側からエッチングを行い、
図１に示すようにｎ側コンタクト層４の表面を露出させ
る。

【００６９】エッチング後、最上層にあるｐ側コンタク
ト層のほぼ全面に膜厚２００ÅのＮｉとＡｕを含む透光
性のｐ電極１０と、そのｐ電極１０の上にボンディング
用のＡｕよりなるｐパッド電極１１を０．５μｍの膜厚
で形成する。一方、エッチングにより露出させたｎ側コ
ンタクト層４の表面にはＷとＡｌを含むｎ電極１２を形
成してＬＥＤ素子とした。

【００７０】以上のようにして得られる発光素子は、図
４に示すようなスペクトルの発光が得られる。図４に示
すように、活性層からの発光ピーク波長は、４５０ｎｍ
の純青色の発光であり、フォトルミネセンス層からの発
光は、５５０ｎｍ近傍のブロードなピークを呈してい
る。また、各駆動電流値における発光スペクトルは、活
性層からの発光ピーク強度と、フォトルミネセンス層か
らのピーク強度との比に、変化が現れ、電流注入による
発光である活性層からの光強度が大きくなる傾向が観ら
れる。この時、発光素子から得られる発光色を、色度図
上の変化として図５に示す。ここで、ＪＩＳＺ８７
０１色度図中の各点ａ〜ｈは、図５に示す各電流値１，
３，５，７，１０ｍＡに対応している。図から明らかな
ように、得られる発光色は、黄色（ａ）、黄緑色
（ｂ）、白色（ｃ，ｄ，ｅ）、青色（ｆ，ｇ，ｈ）と変
化する。この用に、本実施例で得られる発光素子は、活
性層、フォトルミネセンス層とで、補色関係にある青
色、黄色でもって、白色の発光色が得られるばかりでな
く、電流値により様々な演色性に優れた発光色が得られ
る。

【００７１】本実施例において、ｎ側多層膜層を構成す
る第２の窒化物半導体層はＧａＮで構成したが、他のＩ
ｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）、好
ましくはＩｎ組成が第１の窒化物半導体よりも小さいＩ
ｎＧａＮで構成することもできる。またｐ側多層膜層を
構成する第４の窒化物半導体層はＧａＮで構成したが、
他のＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦
１）、好ましくは第３の窒化物半導体よりもＡｌ組成の
小さいＡｌＧａＮで構成することもできる。

【００７２】［実施例２］［実施例１］と同様に発光素
子を作製した。活性層から青色の発光が得られ、フォト
ルミネッセンス層からは緑色の発光が得られるように組
成を調整した。次に以下の方法で蛍光体を作製し、発光
素子に被覆した。酸化アルミニウム、酸化イットリウ
ム、窒化珪素、酸化カルシウム及び酸化ユウロピウムを
所定比に混合した。この混合粉末を窒素雰囲気下におい
て１８００℃で８ｈ加熱処理を行った。得られた焼成品
について、ヘキサンを有機溶剤として用いボールミルに
て粉砕し、乾燥乾燥後、篩を通し、蛍光体粉末とした。
このＥｕで付活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｓｉ
Ｏ_２蛍光体（Ｃａ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系オキシナイト
ライド蛍光硝子）粉末に透光性のエポキシ樹脂を加え混
練した。そして発光素子を配置した回路に注入し、図２
に示したように発光素子表面を蛍光体で被覆した。この
ようにして作製された発光装置からは、演色性に優れた
色むらの少ない白色光が得られた。これは装置を構成す
る発光素子から青色と緑色の光が発光し、蛍光体からは
より長波長の赤色の蛍光が発光したためである。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の発光素子
は、ｎ型層とｐ型層とで、活性層を挟む構造の発光素子
構造中に、その活性層からの発光の少なくとも一部を吸
収して異なる波長の光を発するフォトルミネセンス層を
設けることで、可視光域で、演色性にすぐれ、様々な発
光色を発するものとなる。特に活性層、フォトルミネセ
ンス層に、Ｉｎを含む窒化物半導体層を用いた発光素子
では、従来得ることが困難であった赤色系などの長波長
域の光をも、取り出すことが可能となり、窒化物半導体
を用いた発光素子の応用に、多大な寄与をもたらすもの
となる。また本発明の発光装置を構成する蛍光体は、窒
化物半導体では発光が困難な黄色や赤色の長波長の光を
効率よく高輝度で得られる。すなわち本発明の発光装置
は、光の三原色のうち発光素子より２色を発光させると
共に、残りの１色を蛍光体から発光させて、ＲＧＢ成分
を高輝度に含む白色発光が可能である。特に本発明の発
光装置は、例えば２端子から電流を供給することで１つ
の発光装置を発光させているにすぎない。そのため、極
めて簡単な構造にも係わらず、色ズレや色むらなく高輝
度にＲＧＢ成分を含んだ白色発光装置とすることができ
る。このように、ＲＧＢ成分を高輝度に含んだ発光装置
は、ＲＧＢのフィルタ及び液晶を利用することによっ
て、フルカラーやマルチカラーの表示装置を構成させる
ことができる。同様に、演色性の極めて高い照明用など
の発光装置とすることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る発光素子の構造を示す
模式断面図。

【図２】本発明の発光素子及び発光装置を説明する模式
断面図。

【図３】従来の発光素子を示す模式断面図。

【図４】本発明の一実施例に係る発光素子の発光特性を
示すスペクトル図。

【図５】本発明の一実施例に係る発光素子の発光色を示
す色度図。

【図６】本発明の一実施形態についてバンド構造を説明
する模式図。

【符号の説明】

１、２０、１０１・・・基板２・・・第１のバッファ層３・・・第２のバッファ層４・・・ｎ側コンタクト層５・・・第３のバッファ層６、２４・・・ｎ側多層膜層（実施例１、２ではフォト
ルミネセンス層）７、２２、１１０・・・活性層８・・・ｐ側多層膜層９・・・ｐ側コンタクト層１０・・・全面電極１０２、２１・・・ｎ型層１０３・・・障壁層１０４、１０５・・・発光層１０６、２３・・・ｐ型層１１、２６、１０８・・・ｐ電極、１２、２５、１０７・・・ｎ電極。２０１、２０２、２０３・・・発光素子の各層と蛍光体
からの発光（波長が異なる）２７・・・蛍光体２８・・・透光性モールド部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性層が、ｐ型層と、ｎ型層とに挟まれた
構造を有する発光素子において、前記活性層からの光の
少なくとも一部を吸収し、該活性層からの光と異なる波
長の光を発するフォトルミネセンス層が、前記ｐ導電型
層、ｎ導電型層の少なくとも一方に設けられていること
を特徴とする発光素子。
【請求項２】前記フォトルミネセンス層が、窒化物半導
体を有することを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】前記フォトルミネセンス層が、前記ｐ型層
に設けられると共に、ｐ型不純物を有することを特徴と
する請求項１又は２記載の発光素子。
【請求項４】前記フォトルミネセンス層が、前記ｎ型層
に設けられると共に、ｎ型不純物を有することを特徴と
する請求項１又は２記載の発光素子。
【請求項５】前記活性層がＩｎを含む窒化物半導体層を
有し、前記フォトルミネセンス層が、Ｉｎを含む窒化物
半導体層である第１の窒化物半導体層を有すると共に、
該第１の窒化物半導体層のＩｎ混晶比が該活性層中のＩ
ｎを含む窒化物半導体層のＩｎ混晶比より大きいことを
特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の発光素
子。
【請求項６】前記ｎ型層がｎ型窒化物半導体層、前記
ｐ型層がｐ型窒化物半導体層であって、前記活性層がＩ
ｎ_aＧａ_1-aＮ（０≦ａ＜１）層を有し、前記フォトルミ
ネセンス層が、前記第１の窒化物半導体層と、該第１の
窒化物半導体層と異なる組成を有する第２の窒化物半導
体層とが積層されてなるｎ側多層膜層を有すること、を
特徴とする請求項１、２、４、５のいずれかに記載の発
光素子。
【請求項７】前記第１の窒化物半導体層、又は前記第
２の窒化物半導体層の内の少なくとも一方の層の膜厚
が、１００Å以下であることを特徴とする請求項６記載
の発光素子。
【請求項８】前記第１の窒化物半導体層がＩｎ_XＧａ
_1-XＮ（０＜X＜１）よりなり、前記第２の窒化物半導体
層がＩｎ_YＧａ_1-YＮ（０≦Y＜１、Y＜X）よりなること
を特徴とする請求項６又は７に記載の発光素子。
【請求項９】前記請求項１及至８のいずれかに記載の発
光素子と、該発光素子からの光の少なくとも一部を吸収
し、該発光素子からの光と異なる波長の光を発する蛍光
体とを有することを特徴とする発光装置。
【請求項１０】前記蛍光体は、Ｃｅで付活されたＹ₂Ｏ₃
・５／３Ａｌ₂Ｏ₃、Ｅｕ及び／又はＣｒで付活された窒
素含有ＣａＯ-Ａｌ₂Ｏ₃-ＳｉＯ₂から選択される１種で
あることを特徴とする請求項９に記載の発光装置。
【請求項１１】前記発光装置において、前記発光素子
は、光拡散材及び前記蛍光体を含有した透光性モールド
部材によって被覆されていることを特徴とする請求項９
及び１０に記載の発光装置。
【請求項１２】前記発光素子は、青色の波長域を含む単
色性のピーク波長が発光可能な活性層及び、緑色及び／
又は黄色の波長域を含む発光が可能なフォトルミネッセ
ンス層とを有すると共に、前記蛍光体は黄色及び／又は
赤色の波長域を含む光を発することにより白色系の発光
が可能であることを特徴とする請求項９及至１１に記載
の発光装置。
【請求項１３】量子井戸構造の活性層が、ｐ型層と、ｎ
型層とに挟まれた構造を有する発光素子において、前記
活性層からの光の少なくとも一部を吸収し、該活性層か
らの光と異なる波長の光を発するフォトルミネセンス層
が、前記ｐ導電型層、ｎ導電型層の少なくとも一方に設
けられ、該フォトルミネセンス層が、Ｉｎを含む窒化物
半導体からなる第１の層と、第１の層よりもバンドギャ
ップエネルギーの大きい窒化物半導体からなる第２の層
とを少なくとも有する超格子多層膜であり、前記第２の
層が、前記活性層の障壁層よりも膜厚が小さいことを特
徴とする発光素子。
【請求項１４】量子井戸構造の活性層が、ｐ型層と、ｎ
型層とに挟まれた構造を有する発光素子において、前記
活性層からの光の少なくとも一部を吸収し、該活性層か
らの光と異なる波長の光を発するフォトルミネセンス層
が、前記ｐ導電型層、ｎ導電型層の少なくとも一方に設
けられ、該フォトルミネセンス層が、Ｉｎを含む窒化物
半導体からなる第１の層と、第１の層よりもバンドギャ
ップエネルギーの大きい窒化物半導体からなる第２の層
とを少なくとも有する超格子多層膜であり、前記第１の
層の数が、前記活性層内の井戸層の数よりも多いことを
特徴とする発光素子。
【請求項１５】量子井戸構造の活性層が、ｐ型層と、ｎ
型層とに挟まれた構造を有する発光素子において、前記
活性層からの光の少なくとも一部を吸収し、該活性層か
らの光と異なる波長の光を発するフォトルミネセンス層
が、前記ｐ導電型層、ｎ導電型層の少なくとも一方に設
けられ、該フォトルミネセンス層が、Ｉｎを含む窒化物
半導体からなる第１の層と、第１の層よりもバンドギャ
ップエネルギーの大きい窒化物半導体からなる第２の層
とを少なくとも有する超格子多層膜であり、前記第１の
層と第２の層とのバンドギャップエネルギー差が、前記
活性層における井戸層と障壁層とのバンドギャップエネ
ルギー差よりも大きいことを特徴とする発光素子。