JP2003282944A - 可視光発光装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体発光素子を紫外線源として用いつつ、
良好な白色光を高輝度にて得ることができる可視光発光
装置を提供する。 【解決手段】 可視光発光装置１は、ＭｇａＺｎ１−ａ
Ｏ（ただし、０≦ａ≦１）又はＡｌｂＩｎｃＧａ
１−ｂ−ｃＮ（ただし、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、０≦
ｂ＋ｃ≦１）からなる発光層部を有した半導体紫外線発
光素子２と、ＳｉＯ２とＳｉとの混合スパッタ膜からな
り、半導体紫外線発光素子２からの紫外線照射を受けて
可視光を発光する可視光発光膜１０とを有する。
良好な白色光を高輝度にて得ることができる可視光発光
装置を提供する。 【解決手段】 可視光発光装置１は、ＭｇａＺｎ１−ａ
Ｏ（ただし、０≦ａ≦１）又はＡｌｂＩｎｃＧａ
１−ｂ−ｃＮ（ただし、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、０≦
ｂ＋ｃ≦１）からなる発光層部を有した半導体紫外線発
光素子２と、ＳｉＯ２とＳｉとの混合スパッタ膜からな
り、半導体紫外線発光素子２からの紫外線照射を受けて
可視光を発光する可視光発光膜１０とを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子を
用いた可視光発光装置に関する。
用いた可視光発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般照明用等に使用される白色光発光装
置としては、従来、蛍光ランプが使用されてきたが、可
視光発光装置としては、従来、蛍光ランプが一般的に広
く使用されている。しかし蛍光ランプには以下のような
欠点がある。 ・陰極放電を利用して紫外線を発生させるため、電極の
蒸発消耗により比較的早期に寿命がつきやすい。 ・高電圧を必要とする上、消費電力も大きい。 ・安定器やスタータなどの余分な周辺回路が必要であ
る。 ・ランプ廃棄に伴い、紫外線放射源としてガラス管内に
封入された水銀が放出されるため、環境保護上の観点に
おいても今後は敬遠されてゆくことが予想される。
置としては、従来、蛍光ランプが使用されてきたが、可
視光発光装置としては、従来、蛍光ランプが一般的に広
く使用されている。しかし蛍光ランプには以下のような
欠点がある。 ・陰極放電を利用して紫外線を発生させるため、電極の
蒸発消耗により比較的早期に寿命がつきやすい。 ・高電圧を必要とする上、消費電力も大きい。 ・安定器やスタータなどの余分な周辺回路が必要であ
る。 ・ランプ廃棄に伴い、紫外線放射源としてガラス管内に
封入された水銀が放出されるため、環境保護上の観点に
おいても今後は敬遠されてゆくことが予想される。
【０００３】そこで、陰極放電の代わりに、ＡｌＧａＮ
などのワイドギャップ形化合物半導体で構成された半導
体発光素子を紫外線源として用いる発光装置が、例えば
特開平１１−１６８２６２号公報に提案されている。蛍
光体材料としては公知のものが使用され、例えばハロリ
ン酸カルシウム（３Ｃａ３（ＰＯ４）２・ＣａＦＣｌ／
Ｓｂ，Ｍｎ）を採用する場合は、ＦとＣｌ，ＳｂとＭｎ
のそれぞれの量を調整することにより、種々の色温度の
白色光を得ることができる。他方、ワイドギャップ形化
合物半導体を用いた光輝度の青色発光素子も実現してお
り、これを、周知の赤色ないし緑色の高輝度発光素子と
組み合わせることにより白色光を合成する方式の発光装
置も検討されている。
などのワイドギャップ形化合物半導体で構成された半導
体発光素子を紫外線源として用いる発光装置が、例えば
特開平１１−１６８２６２号公報に提案されている。蛍
光体材料としては公知のものが使用され、例えばハロリ
ン酸カルシウム（３Ｃａ３（ＰＯ４）２・ＣａＦＣｌ／
Ｓｂ，Ｍｎ）を採用する場合は、ＦとＣｌ，ＳｂとＭｎ
のそれぞれの量を調整することにより、種々の色温度の
白色光を得ることができる。他方、ワイドギャップ形化
合物半導体を用いた光輝度の青色発光素子も実現してお
り、これを、周知の赤色ないし緑色の高輝度発光素子と
組み合わせることにより白色光を合成する方式の発光装
置も検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】半導体発光素子を紫外
線源として用いる発光装置では、発光素子から発せられ
る紫外線の波長帯が、陰極放電等で得られる紫外線より
も狭く、また、中心波長も一定の範囲でばらつきやす
い。従って、周知の蛍光ランプ用の蛍光体を使用した場
合、半導体発光素子からの紫外線の波長がばらつくと、
３原色の発光バランスが崩れ、良好な白色光が得られな
くなってしまう問題がある。他方、赤、緑及び青の発光
素子を組み合わせて白色光を得る方法は、３種類の素子
が必要となるため、周辺回路も含めてコストアップを招
きやすい問題がある。
線源として用いる発光装置では、発光素子から発せられ
る紫外線の波長帯が、陰極放電等で得られる紫外線より
も狭く、また、中心波長も一定の範囲でばらつきやす
い。従って、周知の蛍光ランプ用の蛍光体を使用した場
合、半導体発光素子からの紫外線の波長がばらつくと、
３原色の発光バランスが崩れ、良好な白色光が得られな
くなってしまう問題がある。他方、赤、緑及び青の発光
素子を組み合わせて白色光を得る方法は、３種類の素子
が必要となるため、周辺回路も含めてコストアップを招
きやすい問題がある。
【０００５】本発明の課題は、半導体発光素子を紫外線
源として用いつつ、良好な白色光を高輝度にて得ること
ができる可視光発光装置を提供することにある。
源として用いつつ、良好な白色光を高輝度にて得ること
ができる可視光発光装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記の課
題を解決するために、本発明の可視光発光装置の第一
は、ＭｇａＺｎ １−ａＯ（ただし、０≦ａ≦１）又はＡ
ｌｂＩｎｃＧａ１−ｂ−ｃＮ（ただし、０≦ｂ≦１、０
≦ｃ≦１、０≦ｂ＋ｃ≦１）からなる発光層部を有した
半導体紫外線発光素子と、ＳｉＯ２とＳｉとの混合スパ
ッタ膜からなり、半導体紫外線発光素子からの紫外線照
射を受けて可視光を発光する可視光発光膜と、を有する
ことを特徴とする。
題を解決するために、本発明の可視光発光装置の第一
は、ＭｇａＺｎ １−ａＯ（ただし、０≦ａ≦１）又はＡ
ｌｂＩｎｃＧａ１−ｂ−ｃＮ（ただし、０≦ｂ≦１、０
≦ｃ≦１、０≦ｂ＋ｃ≦１）からなる発光層部を有した
半導体紫外線発光素子と、ＳｉＯ２とＳｉとの混合スパ
ッタ膜からなり、半導体紫外線発光素子からの紫外線照
射を受けて可視光を発光する可視光発光膜と、を有する
ことを特徴とする。
【０００７】ＭｇａＺｎ１−ａＯとＡｌｂＩｎｃＧａ
１−ｂ−ｃＮとはいずれもワイドギャップ型化合物半導
体として知られ、例えば前記発光層部を、各々上記化合
物半導体からなるｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラ
ッド層が、この順序にて積層されたダブルへテロ構造を
有するものとして形成することにより、良好な紫外線発
光素子として機能する。そして、本発明においては、該
紫外線発光素子からの紫外線照射を受けて可視光を発光
する可視光発光膜として、ＳｉＯ２とＳｉとの混合スパ
ッタ膜からなるものを使用する。この可視光発光膜は、
紫外線照射によるフォトルミネッセンス効果に基づいて
発光するものである。そして、ＳｉＯ２とＳｉとの混合
スパッタ膜からなる可視光発光膜を用いることにより、
紫外線発光素子からの紫外線の波長が多少ばらついて
も、色バランスの崩れにくい良好な白色光を得ることが
できる。また、１種類の紫外線発光素子により白色光が
得られるので、赤、緑及び青の発光素子を組み合わせて
白色光を得る方法などと比較して、安価に発光装置を構
成できる。
１−ｂ−ｃＮとはいずれもワイドギャップ型化合物半導
体として知られ、例えば前記発光層部を、各々上記化合
物半導体からなるｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラ
ッド層が、この順序にて積層されたダブルへテロ構造を
有するものとして形成することにより、良好な紫外線発
光素子として機能する。そして、本発明においては、該
紫外線発光素子からの紫外線照射を受けて可視光を発光
する可視光発光膜として、ＳｉＯ２とＳｉとの混合スパ
ッタ膜からなるものを使用する。この可視光発光膜は、
紫外線照射によるフォトルミネッセンス効果に基づいて
発光するものである。そして、ＳｉＯ２とＳｉとの混合
スパッタ膜からなる可視光発光膜を用いることにより、
紫外線発光素子からの紫外線の波長が多少ばらついて
も、色バランスの崩れにくい良好な白色光を得ることが
できる。また、１種類の紫外線発光素子により白色光が
得られるので、赤、緑及び青の発光素子を組み合わせて
白色光を得る方法などと比較して、安価に発光装置を構
成できる。
【０００８】また、本発明においては、紫外線源として
半導体発光素子を用いるので経時的な劣化が小さく長寿
命であり、また、基本的に発光素子への通電回路さえあ
れば連続発光可能であるから回路構成も簡略化できる。
さらに、高電圧を必要とせず、抵抗損失も小さいので消
費電力が少なくて済む。また、水銀などの環境保護上望
ましくない物質が使用されないので、エコロジカルにク
リーンな発光装置が実現できる。本発明の可視光発光装
置によると、紫外線源として半導体発光素子を用いるの
で経時的な劣化が小さく長寿命であり、また、基本的に
発光素子への通電回路さえあれば連続発光可能であるか
ら回路構成も簡略化できる。さらに、高電圧を必要とせ
ず、抵抗損失も小さいので消費電力が少なくて済む。ま
た、水銀などの環境保護上望ましくない物質が使用され
ないので、エコロジカルにクリーンな発光装置が実現で
きる。そして、半導体紫外線発光素子としてＭｇａＺｎ
１ −ａＯあるいはＡｌｂＩｎｃＧａ１−ｂ−ｃＮを使用
するので安価であり、また、紫外線発光効率も高いの
で、より省エネルギーを図ることができる。
半導体発光素子を用いるので経時的な劣化が小さく長寿
命であり、また、基本的に発光素子への通電回路さえあ
れば連続発光可能であるから回路構成も簡略化できる。
さらに、高電圧を必要とせず、抵抗損失も小さいので消
費電力が少なくて済む。また、水銀などの環境保護上望
ましくない物質が使用されないので、エコロジカルにク
リーンな発光装置が実現できる。本発明の可視光発光装
置によると、紫外線源として半導体発光素子を用いるの
で経時的な劣化が小さく長寿命であり、また、基本的に
発光素子への通電回路さえあれば連続発光可能であるか
ら回路構成も簡略化できる。さらに、高電圧を必要とせ
ず、抵抗損失も小さいので消費電力が少なくて済む。ま
た、水銀などの環境保護上望ましくない物質が使用され
ないので、エコロジカルにクリーンな発光装置が実現で
きる。そして、半導体紫外線発光素子としてＭｇａＺｎ
１ −ａＯあるいはＡｌｂＩｎｃＧａ１−ｂ−ｃＮを使用
するので安価であり、また、紫外線発光効率も高いの
で、より省エネルギーを図ることができる。
【０００９】紫外線発光素子の発光層部は、ｎ型クラッ
ド層と活性層、あるいは活性層とｐ型クラッド層との少
なくともいずれかの側に、活性層から流出する向きへの
キャリア（電子及び／又は正孔）移動に対して障害とな
りうるバンド端不連続構造を有するダブルへテロ構造と
して形成される。このようなダブルへテロ構造が形成さ
れるのであれば、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラ
ッド層の１又は２のものをＭｇａＺｎ１−ａＯにて形成
し、残りをＡｌｂＩｎｃＧａ１−ｂ−ｃＮにて形成する
ことも可能である。
ド層と活性層、あるいは活性層とｐ型クラッド層との少
なくともいずれかの側に、活性層から流出する向きへの
キャリア（電子及び／又は正孔）移動に対して障害とな
りうるバンド端不連続構造を有するダブルへテロ構造と
して形成される。このようなダブルへテロ構造が形成さ
れるのであれば、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラ
ッド層の１又は２のものをＭｇａＺｎ１−ａＯにて形成
し、残りをＡｌｂＩｎｃＧａ１−ｂ−ｃＮにて形成する
ことも可能である。
【００１０】本発明においては使用する混合スパッタ膜
からなる可視光発光膜は、例えば、スパッタリングに使
用するターゲットとして、ターゲット全面積に占めるＳ
ｉターゲット部分の面積率が５％以上２５％以下であ
り、残部がＳｉＯ２ターゲット部分とされたものを用い
て、ＳｉとＳｉＯ２とを同時に高周波スパッタリングす
ることにより形成することができる。Ｓｉターゲット部
分の面積率に応じて、得られる可視光発光膜中のＳｉと
ＳｉＯ２との混在比率が変化する。ターゲット全面積に
占めるＳｉターゲット部分の面積率が５％未満になって
も、２５％を超えても、いずれの場合においても、可視
光発光膜の可視光発光強度が低下するか、あるいは光に
着色が生じ、良好な白色光を得ることができなくなる。
同様の観点から、得られる可視光発光膜中のＳｉとＳｉ
Ｏ２の存在比率は、５％以上２５％以下となっているこ
とが望ましい。Ｓｉ及びＳｉＯ２の存在比率は、各相の
粒子がある程度大きい場合（たとえば５０ｎｍ以上）
は、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscop
e：ＳＥＭ）あるいはそれに組み込んだ電子線プローブ
微小分析装置（Electron Probe Micro Analyzer：ＥＰ
ＭＡ）を用いて測定することができる。また、Ｘ線光電
子分光（X-ray Photoelectron Spectroscopy：ＸＰＳ）
により得られる光電子スペクトルにおいて、化学シフト
により区別されるＳｉとＳｉ４＋（ＳｉＯ２内でのＳｉ
の価数である）とのピーク面積比（あるいは高さ比）に
基づき、Ｓｉ及びＳｉＯ２の存在比率を知ることもでき
る。
からなる可視光発光膜は、例えば、スパッタリングに使
用するターゲットとして、ターゲット全面積に占めるＳ
ｉターゲット部分の面積率が５％以上２５％以下であ
り、残部がＳｉＯ２ターゲット部分とされたものを用い
て、ＳｉとＳｉＯ２とを同時に高周波スパッタリングす
ることにより形成することができる。Ｓｉターゲット部
分の面積率に応じて、得られる可視光発光膜中のＳｉと
ＳｉＯ２との混在比率が変化する。ターゲット全面積に
占めるＳｉターゲット部分の面積率が５％未満になって
も、２５％を超えても、いずれの場合においても、可視
光発光膜の可視光発光強度が低下するか、あるいは光に
着色が生じ、良好な白色光を得ることができなくなる。
同様の観点から、得られる可視光発光膜中のＳｉとＳｉ
Ｏ２の存在比率は、５％以上２５％以下となっているこ
とが望ましい。Ｓｉ及びＳｉＯ２の存在比率は、各相の
粒子がある程度大きい場合（たとえば５０ｎｍ以上）
は、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscop
e：ＳＥＭ）あるいはそれに組み込んだ電子線プローブ
微小分析装置（Electron Probe Micro Analyzer：ＥＰ
ＭＡ）を用いて測定することができる。また、Ｘ線光電
子分光（X-ray Photoelectron Spectroscopy：ＸＰＳ）
により得られる光電子スペクトルにおいて、化学シフト
により区別されるＳｉとＳｉ４＋（ＳｉＯ２内でのＳｉ
の価数である）とのピーク面積比（あるいは高さ比）に
基づき、Ｓｉ及びＳｉＯ２の存在比率を知ることもでき
る。
【００１１】次に、本発明の可視光発光装置は、Ｍｇａ
Ｚｎ１−ａＯ（ただし、０≦ａ≦１）又はＡｌｂＩｎｃ
Ｇａ１−ｂ−ｃＮ（ただし、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、
０≦ｂ＋ｃ≦１）からなる発光層部を有した半導体紫外
線発光素子と、ＳｉＯ２相とＳｉ相との膜面内における
平均形成間隔が紫外線波長以下となるように、ＳｉＯ ２
相中にＳｉ相が分散形成された構造を有し、半導体紫外
線発光素子からの紫外線照射を受けて可視光を発光する
可視光発光膜と、を有するものとして構成することもで
きる。ここで、「紫外線波長以下」とは、近紫外線より
波長が短いこと（例えば４００ｎｍ以下）を意味する。
ＳｉＯ２相とＳｉ相との膜面内における平均形成間隔と
は、可視光発光膜の表面にてＳＥＭあるいはそれに組み
込んだＥＰＭＡによりＳｉＯ２相とＳｉ相との各領域を
識別できる画像が得られた場合、図３に示すように、該
画像上に任意の方向に多数の直線を引き、該直線を切り
取る各相領域の長さｄ１，‥，ｄｎの平均値ｄＡ（＝
（ｄ１＋‥＋ｄｎ）／ｎ）にて表すものとする。また、
この平均形成間隔は、良好な白色光を発生させる観点か
ら、１ｎｍ以上は確保されていることが望ましい。な
お、このような可視光発光膜は、前述した高周波スパッ
タリング以外の方法（例えばＣＶＤ法など）で形成して
もよい。
Ｚｎ１−ａＯ（ただし、０≦ａ≦１）又はＡｌｂＩｎｃ
Ｇａ１−ｂ−ｃＮ（ただし、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、
０≦ｂ＋ｃ≦１）からなる発光層部を有した半導体紫外
線発光素子と、ＳｉＯ２相とＳｉ相との膜面内における
平均形成間隔が紫外線波長以下となるように、ＳｉＯ ２
相中にＳｉ相が分散形成された構造を有し、半導体紫外
線発光素子からの紫外線照射を受けて可視光を発光する
可視光発光膜と、を有するものとして構成することもで
きる。ここで、「紫外線波長以下」とは、近紫外線より
波長が短いこと（例えば４００ｎｍ以下）を意味する。
ＳｉＯ２相とＳｉ相との膜面内における平均形成間隔と
は、可視光発光膜の表面にてＳＥＭあるいはそれに組み
込んだＥＰＭＡによりＳｉＯ２相とＳｉ相との各領域を
識別できる画像が得られた場合、図３に示すように、該
画像上に任意の方向に多数の直線を引き、該直線を切り
取る各相領域の長さｄ１，‥，ｄｎの平均値ｄＡ（＝
（ｄ１＋‥＋ｄｎ）／ｎ）にて表すものとする。また、
この平均形成間隔は、良好な白色光を発生させる観点か
ら、１ｎｍ以上は確保されていることが望ましい。な
お、このような可視光発光膜は、前述した高周波スパッ
タリング以外の方法（例えばＣＶＤ法など）で形成して
もよい。
【００１２】ＳｉＯ２相とＳｉ相との平均形成間隔が紫
外線波長以下となるように、Ｓｉ相がＳｉＯ２相中に一
様に分散形成されていると、次のような機構により白色
光が発生するものと推測される。可視光発光膜内の任意
の方向には、図４に示すように、バンドギャップエネル
ギーがＥｇ１のＳｉ相領域と、同じくＥｇ２（＞Ｅｇ
１）のＳｉＯ２相領域とが交互に形成される（Ｅｃは伝
導帯底、Ｅｖは価電子帯頂を表す）。Ｓｉ相領域はＳｉ
Ｏ２相との間のバンド端不連続量が大きいため、電子に
対するポテンシャル井戸として振舞うと考えられる。Ｓ
ｉ相はＳｉＯ２相中に一様に分散形成されているので、
こうしたポテンシャル井戸的な構造は可視光発光膜内に
て３次元的に生じており、電子に対する閉じ込め効果が
高められる。
外線波長以下となるように、Ｓｉ相がＳｉＯ２相中に一
様に分散形成されていると、次のような機構により白色
光が発生するものと推測される。可視光発光膜内の任意
の方向には、図４に示すように、バンドギャップエネル
ギーがＥｇ１のＳｉ相領域と、同じくＥｇ２（＞Ｅｇ
１）のＳｉＯ２相領域とが交互に形成される（Ｅｃは伝
導帯底、Ｅｖは価電子帯頂を表す）。Ｓｉ相領域はＳｉ
Ｏ２相との間のバンド端不連続量が大きいため、電子に
対するポテンシャル井戸として振舞うと考えられる。Ｓ
ｉ相はＳｉＯ２相中に一様に分散形成されているので、
こうしたポテンシャル井戸的な構造は可視光発光膜内に
て３次元的に生じており、電子に対する閉じ込め効果が
高められる。
【００１３】そして、相の平均形成間隔が例えば電子の
ド・ブロイ波長程度かそれ以下（例えば１ｎｍ以上１５
ｎｍ以下）に小さくなると、上記の３次元的なポテンシ
ャル井戸は量子箱構造に近くなり、電子に対する非常に
強い閉じ込め効果を生ずるとともに、量子井戸特有のサ
ブバンド構造を形成する。Ｓｉは間接遷移型の半導体で
あり、発光材料としては従来あまり期待されていなかっ
た。しかし、ＳｉＯ２中への分散により上記のような量
子箱的な構造が生ずると、上記のようなサブバンドを経
由した直接遷移的なバンド間遷移が新たに可能となり、
フォトルミネッセンス効果による可視光発光が可能にな
るものと考えられる。また、電子の運動が井戸により束
縛され、波数ベクトル−運動量空間における電子の運動
量分布に拡がりが生じることも、直接遷移成分の増加ひ
いては発光効率の向上に寄与するものと考えられる。そ
して、Ｓｉ相の大きさと、これを隔てるＳｉＯ２相の間
隔が一定の範囲にて分布していることから、形成される
サブバンドの準位も種々のものが生じ、その準位に応じ
て種々の異なるエネルギーすなわち波長の可視光が励起
され、白色光を得られるようになるものと考えられる。
ド・ブロイ波長程度かそれ以下（例えば１ｎｍ以上１５
ｎｍ以下）に小さくなると、上記の３次元的なポテンシ
ャル井戸は量子箱構造に近くなり、電子に対する非常に
強い閉じ込め効果を生ずるとともに、量子井戸特有のサ
ブバンド構造を形成する。Ｓｉは間接遷移型の半導体で
あり、発光材料としては従来あまり期待されていなかっ
た。しかし、ＳｉＯ２中への分散により上記のような量
子箱的な構造が生ずると、上記のようなサブバンドを経
由した直接遷移的なバンド間遷移が新たに可能となり、
フォトルミネッセンス効果による可視光発光が可能にな
るものと考えられる。また、電子の運動が井戸により束
縛され、波数ベクトル−運動量空間における電子の運動
量分布に拡がりが生じることも、直接遷移成分の増加ひ
いては発光効率の向上に寄与するものと考えられる。そ
して、Ｓｉ相の大きさと、これを隔てるＳｉＯ２相の間
隔が一定の範囲にて分布していることから、形成される
サブバンドの準位も種々のものが生じ、その準位に応じ
て種々の異なるエネルギーすなわち波長の可視光が励起
され、白色光を得られるようになるものと考えられる。
【００１４】一方、相の平均形成間隔が電子のド・ブロ
イ波長より長い場合（例えば１５０ｎｍ以上）でも、ポ
テンシャル井戸部分への電子の束縛効果は高められるか
ら、可視光発光を行なう観点において好都合であること
に変わりはない。この場合、ＳｉＯ２相部分の平均形成
間隔をｄ１、Ｓｉ相部分の平均形成間隔をｄ２、可視光
に対するＳｉＯ２の屈折率をｎ１（約１．５）、Ｓｉの
屈折率をｎ２（約３．５）としたとき、ＳｉＯ２相部分
の光学的長さｄ１・ｎ１とＳｉ相部分の光学的長さｄ２
・ｎ２との和の平均値が、紫外線波長（２００〜４００
ｎｍ）の１／２程度、すなわち、１００〜２００ｎｍ程
度になっていれば、屈折率の周期的変化によりフォトニ
ックバンドギャップと称される構造が３次元的に生じ、
発光素子から入射した紫外線の可視光発光膜内への閉じ
込め効果が高められる。従って、ポテンシャル井戸部分
への電子の束縛効果とも相俟って、紫外線による電子の
励起が促進され、高輝度の可視光発光を実現できる。ま
た、フォトニックバンドギャップ形成により紫外線が可
視光発光膜内に閉じ込められるので、紫外線エネルギー
が可視光エネルギーに効率よく変換され、ひいては可視
光発光の内部量子効率向上にも寄与する。
イ波長より長い場合（例えば１５０ｎｍ以上）でも、ポ
テンシャル井戸部分への電子の束縛効果は高められるか
ら、可視光発光を行なう観点において好都合であること
に変わりはない。この場合、ＳｉＯ２相部分の平均形成
間隔をｄ１、Ｓｉ相部分の平均形成間隔をｄ２、可視光
に対するＳｉＯ２の屈折率をｎ１（約１．５）、Ｓｉの
屈折率をｎ２（約３．５）としたとき、ＳｉＯ２相部分
の光学的長さｄ１・ｎ１とＳｉ相部分の光学的長さｄ２
・ｎ２との和の平均値が、紫外線波長（２００〜４００
ｎｍ）の１／２程度、すなわち、１００〜２００ｎｍ程
度になっていれば、屈折率の周期的変化によりフォトニ
ックバンドギャップと称される構造が３次元的に生じ、
発光素子から入射した紫外線の可視光発光膜内への閉じ
込め効果が高められる。従って、ポテンシャル井戸部分
への電子の束縛効果とも相俟って、紫外線による電子の
励起が促進され、高輝度の可視光発光を実現できる。ま
た、フォトニックバンドギャップ形成により紫外線が可
視光発光膜内に閉じ込められるので、紫外線エネルギー
が可視光エネルギーに効率よく変換され、ひいては可視
光発光の内部量子効率向上にも寄与する。
【００１５】なお、この場合は、白色光発光が可能とな
る要因として、以下のように推測することができる。小
さなＳｉ相粒子は、ＳｉＯ２部分との界面の影響を受け
る部分が多くなり、ひいてはバンド構造もバルクのＳｉ
とは異なったものとなることが予想される。スパッタリ
ング等により形成されるＳｉ相粒子の寸法は一定範囲の
分布を持ち、粒子寸法によって界面効果の影響を受ける
部分も異なる。従って、界面効果によるＳｉ相粒子のバ
ンド構造変化の度合いが粒子寸法によって異なり、紫外
線により励起されるフォトルミネッセンス発光の波長に
分布を生じ、白色発光が可能になるものと考えられる。
る要因として、以下のように推測することができる。小
さなＳｉ相粒子は、ＳｉＯ２部分との界面の影響を受け
る部分が多くなり、ひいてはバンド構造もバルクのＳｉ
とは異なったものとなることが予想される。スパッタリ
ング等により形成されるＳｉ相粒子の寸法は一定範囲の
分布を持ち、粒子寸法によって界面効果の影響を受ける
部分も異なる。従って、界面効果によるＳｉ相粒子のバ
ンド構造変化の度合いが粒子寸法によって異なり、紫外
線により励起されるフォトルミネッセンス発光の波長に
分布を生じ、白色発光が可能になるものと考えられる。
【００１６】なお、フォトニックバンドギャップ効果
は、ＳｉＯ２相部分の光学的長さｄ１・ｎ１とＳｉ相部
分の光学的長さｄ２・ｎ２とが等しくなるときに最も顕
著となる。この長さをＬ０とすれば、ＳｉＯ２相部分と
Ｓｉ相部分との実長さの比は、（Ｌ０／ｎ１）：（Ｌ０
／ｎ２）＝０．６７：０．２９となり、面積比はその平
方比、すなわち０．４５：０．０８程度とすることが適
当と思われる。この比から計算されるＳｉ相部分の面積
率（可視光発光膜内における体積率を反映する）は約１
５％である。
は、ＳｉＯ２相部分の光学的長さｄ１・ｎ１とＳｉ相部
分の光学的長さｄ２・ｎ２とが等しくなるときに最も顕
著となる。この長さをＬ０とすれば、ＳｉＯ２相部分と
Ｓｉ相部分との実長さの比は、（Ｌ０／ｎ１）：（Ｌ０
／ｎ２）＝０．６７：０．２９となり、面積比はその平
方比、すなわち０．４５：０．０８程度とすることが適
当と思われる。この比から計算されるＳｉ相部分の面積
率（可視光発光膜内における体積率を反映する）は約１
５％である。
【００１７】そして、可視光発光膜のＳｉ相部分の面積
率（体積率）は、ここでも５％以上２５％以下とするこ
とが望ましく、これをスパッタリングにて形成する場合
は、ターゲット全面積に占めるＳｉターゲット部分の面
積率を、５％以上２５％以下とする。面積率が２５％を
超えるかあるいは５％未満になると、フォトニックバン
ドギャップ効果ひいては紫外線閉じ込め効果が損なわ
れ、十分な発光強度が得られなくなる。
率（体積率）は、ここでも５％以上２５％以下とするこ
とが望ましく、これをスパッタリングにて形成する場合
は、ターゲット全面積に占めるＳｉターゲット部分の面
積率を、５％以上２５％以下とする。面積率が２５％を
超えるかあるいは５％未満になると、フォトニックバン
ドギャップ効果ひいては紫外線閉じ込め効果が損なわ
れ、十分な発光強度が得られなくなる。
【００１８】可視光発光膜のＳｉ相部分及びＳｉＯ２相
部分の形成間隔は、例えば成膜時の基板温度により調整
することができる。また、成膜後に可視光発光膜に熱処
理を行って、上記の形成間隔を調整することも可能であ
る。
部分の形成間隔は、例えば成膜時の基板温度により調整
することができる。また、成膜後に可視光発光膜に熱処
理を行って、上記の形成間隔を調整することも可能であ
る。
【００１９】なお、Ｓｉ相及びＳｉＯ２相の同定に前述
のＳＥＭやＥＰＭＡを用いる場合は、Ｓｉ相及びＳｉＯ
２相の領域を、導電率の差による二次電子線像のコント
ラストの相違、あるいは酸素濃度分布等により識別が可
能である。しかし、各相の寸法が３００ｎｍ以下程度に
なると、分解能の問題もあり、明確な識別が不能になる
こともある。しかしながら、ＸＰＳ分析によれば、Ｓｉ
とＳｉ４＋との両ピークが同時に観察されるか否かによ
り、Ｓｉ相及びＳｉＯ２相の存在は確認できる。たとえ
ば、ＳＥＭやＥＰＭＡでの両相の識別が不能であって、
かつ、ＸＰＳにより両相の存在が裏付けられた場合は、
平均形成間隔が３００ｎｍ以下にてＳｉ相及びＳｉＯ２
相が混在しているものと推定することができる。
のＳＥＭやＥＰＭＡを用いる場合は、Ｓｉ相及びＳｉＯ
２相の領域を、導電率の差による二次電子線像のコント
ラストの相違、あるいは酸素濃度分布等により識別が可
能である。しかし、各相の寸法が３００ｎｍ以下程度に
なると、分解能の問題もあり、明確な識別が不能になる
こともある。しかしながら、ＸＰＳ分析によれば、Ｓｉ
とＳｉ４＋との両ピークが同時に観察されるか否かによ
り、Ｓｉ相及びＳｉＯ２相の存在は確認できる。たとえ
ば、ＳＥＭやＥＰＭＡでの両相の識別が不能であって、
かつ、ＸＰＳにより両相の存在が裏付けられた場合は、
平均形成間隔が３００ｎｍ以下にてＳｉ相及びＳｉＯ２
相が混在しているものと推定することができる。
【００２０】可視光発光膜は、導体紫外線発光素子の少
なくとも一方の主表面に、素子上発光膜として形成する
ことができる。素子の主表面に上記の可視光発光膜を形
成することにより、可視光発光膜への紫外線照射効率が
増し、より高輝度の可視光発光が可能となる。
なくとも一方の主表面に、素子上発光膜として形成する
ことができる。素子の主表面に上記の可視光発光膜を形
成することにより、可視光発光膜への紫外線照射効率が
増し、より高輝度の可視光発光が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を用いて説明する。図１は、本発明に係る可視光発光
装置の一例を模式的に示すものである。該可視光発光装
置１は半導体紫外線発光素子２を有し、その発光層部８
は、単結晶基板３上にヘテロエピタキシャル成長された
ものである。発光層部８の単結晶基板に接している主表
面を第二主表面Ｐ２とし、これと反対側の主表面を第一
主表面Ｐ１として、第一主表面Ｐ１の一部領域を覆うよ
うに発光層部８に導通する電極９が形成されている。そ
して、第一主表面Ｐ１の電極９以外の領域が可視光発光
膜である素子上発光膜１０にて覆われている。
面を用いて説明する。図１は、本発明に係る可視光発光
装置の一例を模式的に示すものである。該可視光発光装
置１は半導体紫外線発光素子２を有し、その発光層部８
は、単結晶基板３上にヘテロエピタキシャル成長された
ものである。発光層部８の単結晶基板に接している主表
面を第二主表面Ｐ２とし、これと反対側の主表面を第一
主表面Ｐ１として、第一主表面Ｐ１の一部領域を覆うよ
うに発光層部８に導通する電極９が形成されている。そ
して、第一主表面Ｐ１の電極９以外の領域が可視光発光
膜である素子上発光膜１０にて覆われている。
【００２２】発光層部８は、ｎ型クラッド層５、活性層
６及びｐ型クラッド層７がこの順序にて積層された発光
層部を有している。また、単結晶基板３はサファイア基
板である。そして、各層５〜７はいずれもＭｇａＺｎ
１−ａＯ（０≦ａ≦１：以下、ＭｇＺｎＯとも記す：た
だし、混晶比ａの範囲からも明らかなように、ＭｇＺｎ
Ｏと記していても、これはＭｇＯ及びＺｎＯの各単体酸
化物の概念を含むものである）として形成されている。
ｐ型クラッド層７には、ｐ型ドーパントとして、例えば
Ｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｌｉの一種又は２種以上が微量
含有されている。また、ｐ型キャリア濃度は前述の通り
１×１０１６個／ｃｍ３以上８×１０１８個／ｃｍ３以
下、例えば１０１７個／ｃｍ３〜１０１８／ｃｍ３程度
の範囲で調整される。
６及びｐ型クラッド層７がこの順序にて積層された発光
層部を有している。また、単結晶基板３はサファイア基
板である。そして、各層５〜７はいずれもＭｇａＺｎ
１−ａＯ（０≦ａ≦１：以下、ＭｇＺｎＯとも記す：た
だし、混晶比ａの範囲からも明らかなように、ＭｇＺｎ
Ｏと記していても、これはＭｇＯ及びＺｎＯの各単体酸
化物の概念を含むものである）として形成されている。
ｐ型クラッド層７には、ｐ型ドーパントとして、例えば
Ｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｌｉの一種又は２種以上が微量
含有されている。また、ｐ型キャリア濃度は前述の通り
１×１０１６個／ｃｍ３以上８×１０１８個／ｃｍ３以
下、例えば１０１７個／ｃｍ３〜１０１８／ｃｍ３程度
の範囲で調整される。
【００２３】活性層６は、要求される発光波長に応じて
適宜のバンドギャップを有するものが使用される。例え
ば、可視光発光に使用するものは、波長４００ｎｍ〜５
７０ｎｍにて発光可能なバンドギャップエネルギーＥｇ
（３．１０ｅＶ〜２．１８ｅＶ程度）を有するものを選
択する。これは、紫から緑色までをカバーする発光波長
帯であるが、特に青色発光に使用する場合は、波長４５
０ｎｍ〜５００ｎｍにて発光可能なバンドギャップエネ
ルギーＥｇ（２．７６ｅＶ〜２．４８ｅＶ程度）を有す
るものを選択する。また、紫外線発光に使用するもの
は、波長２８０ｎｍ〜４００ｎｍにて発光可能なバンド
ギャップエネルギーＥｇ（４．４３ｅＶ〜３．１０ｅＶ
程度）を有するものを選択する。
適宜のバンドギャップを有するものが使用される。例え
ば、可視光発光に使用するものは、波長４００ｎｍ〜５
７０ｎｍにて発光可能なバンドギャップエネルギーＥｇ
（３．１０ｅＶ〜２．１８ｅＶ程度）を有するものを選
択する。これは、紫から緑色までをカバーする発光波長
帯であるが、特に青色発光に使用する場合は、波長４５
０ｎｍ〜５００ｎｍにて発光可能なバンドギャップエネ
ルギーＥｇ（２．７６ｅＶ〜２．４８ｅＶ程度）を有す
るものを選択する。また、紫外線発光に使用するもの
は、波長２８０ｎｍ〜４００ｎｍにて発光可能なバンド
ギャップエネルギーＥｇ（４．４３ｅＶ〜３．１０ｅＶ
程度）を有するものを選択する。
【００２４】例えば活性層６は、ｐ型ＭｇｘＺｎ１−ｘ
Ｏ型酸化物層との間にタイプIのバンドラインナップを
形成する半導体により形成することができる。このよう
な活性層６は、例えばＭｇｙＺｎ１−ｙＯ型酸化物層
（ただし、０≦ｙ≦１、ｘ＞ｙ：以下、ＭｇＺｎＯ活性
層ともいう）として形成することができる。「活性層と
ｐ型ＭｇＺｎＯクラッド層との間にタイプIのバンドラ
インナップが形成される」とは、ｐ型クラッド層７の伝
導帯底及び価電子帯上端の各エネルギーレベルＥｃｐ，
Ｅｖｐと、活性層の伝導帯底及び価電子帯上端の各エネ
ルギーレベルＥｃｉ，Ｅｖｉとの間に次のような大小関
係が成立している接合構造をいう： Ｅｃｉ≦Ｅｃｐ ‥‥(1) Ｅｖｉ＞Ｅｖｐ ‥‥(2)
Ｏ型酸化物層との間にタイプIのバンドラインナップを
形成する半導体により形成することができる。このよう
な活性層６は、例えばＭｇｙＺｎ１−ｙＯ型酸化物層
（ただし、０≦ｙ≦１、ｘ＞ｙ：以下、ＭｇＺｎＯ活性
層ともいう）として形成することができる。「活性層と
ｐ型ＭｇＺｎＯクラッド層との間にタイプIのバンドラ
インナップが形成される」とは、ｐ型クラッド層７の伝
導帯底及び価電子帯上端の各エネルギーレベルＥｃｐ，
Ｅｖｐと、活性層の伝導帯底及び価電子帯上端の各エネ
ルギーレベルＥｃｉ，Ｅｖｉとの間に次のような大小関
係が成立している接合構造をいう： Ｅｃｉ≦Ｅｃｐ ‥‥(1) Ｅｖｉ＞Ｅｖｐ ‥‥(2)
【００２５】該構造では、活性層６からｎ型クラッド層
５への正孔の順拡散と、ｐ型クラッド層７への電子（ｎ
型キャリア）の順拡散のいずれに関してもポテンシャル
障壁が生ずる。そして、活性層６とｎ型クラッド層５と
の間に、同様のタイプI型バンドラインナップが形成さ
れるようｎ型クラッド層５の材質選択を行なえば、活性
層の位置には、伝導帯底及び価電子帯上端の両方に井戸
状のポテンシャル障壁が形成され、電子と正孔との双方
に対して閉じ込め効果が高められる。その結果、キャリ
ア再結合促進ひいては発光効率向上が一層顕著となる。
５への正孔の順拡散と、ｐ型クラッド層７への電子（ｎ
型キャリア）の順拡散のいずれに関してもポテンシャル
障壁が生ずる。そして、活性層６とｎ型クラッド層５と
の間に、同様のタイプI型バンドラインナップが形成さ
れるようｎ型クラッド層５の材質選択を行なえば、活性
層の位置には、伝導帯底及び価電子帯上端の両方に井戸
状のポテンシャル障壁が形成され、電子と正孔との双方
に対して閉じ込め効果が高められる。その結果、キャリ
ア再結合促進ひいては発光効率向上が一層顕著となる。
【００２６】活性層６において、混晶比ｙの値は、バン
ドギャップエネルギーＥｇを決める因子ともなる。例え
ば、波長２８０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線発光を行なわ
せる場合は０≦ｙ≦０．５の範囲にて選択する。また、
形成されるポテンシャル障壁の高さは、０．１ｅＶ〜
０．３ｅＶ程度が適当である。この値は、ｐ型クラッド
層７をなすＭｇｘＺｎ１−ｘＯ、活性層６をなすＭｇｙ
Ｚｎ１−ｙＯ及びｎ型クラッド層５をなすＭｇｚＺｎ
１−ｚＯ層３４の各混晶比ｘ、ｙ、ｚの数値の選択によ
り決定できる。
ドギャップエネルギーＥｇを決める因子ともなる。例え
ば、波長２８０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線発光を行なわ
せる場合は０≦ｙ≦０．５の範囲にて選択する。また、
形成されるポテンシャル障壁の高さは、０．１ｅＶ〜
０．３ｅＶ程度が適当である。この値は、ｐ型クラッド
層７をなすＭｇｘＺｎ１−ｘＯ、活性層６をなすＭｇｙ
Ｚｎ１−ｙＯ及びｎ型クラッド層５をなすＭｇｚＺｎ
１−ｚＯ層３４の各混晶比ｘ、ｙ、ｚの数値の選択によ
り決定できる。
【００２７】次に、素子上発光膜（可視光発光膜）１０
は、ＳｉとＳｉＯ２との混合スパッタ膜として構成さ
れ、図３に示すように、ＳｉＯ２相とＳｉ相との膜面内
における平均形成間隔が紫外線波長以下（１ｎｎ以上４
００ｎｍ以下、望ましくは１．５ｎｍ以上２００ｎｍ以
下）となるように、ＳｉＯ２相中にＳｉ相が散点状に分
散形成された構造を有すると推定されるものである。そ
して、紫外線発光素子２からの紫外線照射を受けること
により、フォトルミネッセンス効果に基づき白色光を発
光する。その詳細については、「課題を解決する手段及
び作用・効果」の欄にて詳しく説明したのでここでは繰
り返さない。
は、ＳｉとＳｉＯ２との混合スパッタ膜として構成さ
れ、図３に示すように、ＳｉＯ２相とＳｉ相との膜面内
における平均形成間隔が紫外線波長以下（１ｎｎ以上４
００ｎｍ以下、望ましくは１．５ｎｍ以上２００ｎｍ以
下）となるように、ＳｉＯ２相中にＳｉ相が散点状に分
散形成された構造を有すると推定されるものである。そ
して、紫外線発光素子２からの紫外線照射を受けること
により、フォトルミネッセンス効果に基づき白色光を発
光する。その詳細については、「課題を解決する手段及
び作用・効果」の欄にて詳しく説明したのでここでは繰
り返さない。
【００２８】本実施形態においては、絶縁性基板（サフ
ァイア基板）３が用いられていることを考慮して、光取
出面側に通電用の電極を集めた構造を採用している。具
体的には、ｐ型クラッド層７とｎ型クラッド層５との第
一主表面Ｐ１側に位置するものを第一クラッド層（ｐ型
クラッド層である）７とし、第二主表面Ｐ２側に位置す
るものを第二クラッド層（ｎ型クラッド層である）５と
して、第一主表面Ｐ１に、第一クラッド層７に導通する
第一電極９が形成されている。また、第一主表面Ｐ１に
は、第一クラッド層７と活性層６との一部を切り欠く形
で、第二クラッド層５の露出領域が形成され、該露出領
域にて第二クラッド層５に導通する第二電極１１が形成
されている。第一電極９と第二電極１１は、いずれもＡ
ｕを主体とするオーミック電極である。
ァイア基板）３が用いられていることを考慮して、光取
出面側に通電用の電極を集めた構造を採用している。具
体的には、ｐ型クラッド層７とｎ型クラッド層５との第
一主表面Ｐ１側に位置するものを第一クラッド層（ｐ型
クラッド層である）７とし、第二主表面Ｐ２側に位置す
るものを第二クラッド層（ｎ型クラッド層である）５と
して、第一主表面Ｐ１に、第一クラッド層７に導通する
第一電極９が形成されている。また、第一主表面Ｐ１に
は、第一クラッド層７と活性層６との一部を切り欠く形
で、第二クラッド層５の露出領域が形成され、該露出領
域にて第二クラッド層５に導通する第二電極１１が形成
されている。第一電極９と第二電極１１は、いずれもＡ
ｕを主体とするオーミック電極である。
【００２９】なお、本実施形態においては、透明な基板
３の裏面側に、発光層部８からの紫外線を光取出面とな
る第一主表面Ｐ１側へ反射するＡｌあるいはＡｕ等から
なる金属反射膜４が設けられ、素子上発光膜１０への紫
外線の照射効率、ひいては可視光への変換効率を高める
工夫がなされている。そして、その金属反射膜４におい
て接着層１９により、金属ケーシング１３の底面に接着
されている。そして、第一電極９はボンディングワイヤ
１７を介して第一端子１５に接続され、第二電極１１は
ボンディングワイヤ１８を介して、第二端子１６が導通
する導電性ケーシング１３に接続されている。
３の裏面側に、発光層部８からの紫外線を光取出面とな
る第一主表面Ｐ１側へ反射するＡｌあるいはＡｕ等から
なる金属反射膜４が設けられ、素子上発光膜１０への紫
外線の照射効率、ひいては可視光への変換効率を高める
工夫がなされている。そして、その金属反射膜４におい
て接着層１９により、金属ケーシング１３の底面に接着
されている。そして、第一電極９はボンディングワイヤ
１７を介して第一端子１５に接続され、第二電極１１は
ボンディングワイヤ１８を介して、第二端子１６が導通
する導電性ケーシング１３に接続されている。
【００３０】また、図１の可視光発光装置１において
は、半導体紫外線発光素子２とは別に設けられた基体１
３上にも、素子上発光膜１０と同様の可視光発光膜から
なる素子外発光膜１４が形成されている。素子外発光膜
１４は半導体紫外線発光素子２からの紫外線が照射さ
れ、白色光を発光する。該素子外発光膜１４は、半導体
紫外線発光素子２からの紫外線照射を受けるとともに、
該照射により生じた可視光を、素子上発光膜１０からの
可視光に重畳させて放出する。これにより、半導体紫外
線発光素子２からの紫外線の可視光への変換効率が一層
向上し、より発光強度を高めることができる。ただし、
この素子外発光膜１４は省略することも可能である。
は、半導体紫外線発光素子２とは別に設けられた基体１
３上にも、素子上発光膜１０と同様の可視光発光膜から
なる素子外発光膜１４が形成されている。素子外発光膜
１４は半導体紫外線発光素子２からの紫外線が照射さ
れ、白色光を発光する。該素子外発光膜１４は、半導体
紫外線発光素子２からの紫外線照射を受けるとともに、
該照射により生じた可視光を、素子上発光膜１０からの
可視光に重畳させて放出する。これにより、半導体紫外
線発光素子２からの紫外線の可視光への変換効率が一層
向上し、より発光強度を高めることができる。ただし、
この素子外発光膜１４は省略することも可能である。
【００３１】本実施形態では、基体１３が前述の金属ケ
ーシング１３であり、半導体紫外線発光素子２の第一主
表面Ｐ１の法線ＮＬを軸線として、これを取り囲む放射
壁部１３ａを形成している。この放射壁部１３ａは、素
子上発光膜１０からの可視光放射を許容する開口１３ｑ
を有する。そして、上記法線ＮＬと垂直な投影面ＰＰへ
の投影において、放射壁部１３ａの内面は開口１３ｑの
内側に位置するように、傾斜（あるいは湾曲でもよい）
形態に形成されている。この放射壁部１３ａの内面に素
子外発光膜１４が形成されており、半導体紫外線発光素
子２から法線ＮＬに関して側方に漏れ出す紫外線を効率
的に受光して可視光に変換し、素子上発光膜１０からの
可視光に重畳して放出する効果が高められている。
ーシング１３であり、半導体紫外線発光素子２の第一主
表面Ｐ１の法線ＮＬを軸線として、これを取り囲む放射
壁部１３ａを形成している。この放射壁部１３ａは、素
子上発光膜１０からの可視光放射を許容する開口１３ｑ
を有する。そして、上記法線ＮＬと垂直な投影面ＰＰへ
の投影において、放射壁部１３ａの内面は開口１３ｑの
内側に位置するように、傾斜（あるいは湾曲でもよい）
形態に形成されている。この放射壁部１３ａの内面に素
子外発光膜１４が形成されており、半導体紫外線発光素
子２から法線ＮＬに関して側方に漏れ出す紫外線を効率
的に受光して可視光に変換し、素子上発光膜１０からの
可視光に重畳して放出する効果が高められている。
【００３２】なお、本実施形態では、素子外発光膜１４
の下地面をなす基体１３ａの表面が、素子上発光膜１０
からの可視光の反射面とされている。具体的には、Ａｌ
やＣｕからなる金属ケーシング１３の放射壁部１３ａが
基体であり、素子外発光膜１４の形成面となるその内面
も、金属製の光反射面となっている。このようにする
と、素子上発光膜１０から側方に漏れ出す可視光を法線
ＮＬ方向に反射させて、該方向への可視光放射強度を高
めることができる。
の下地面をなす基体１３ａの表面が、素子上発光膜１０
からの可視光の反射面とされている。具体的には、Ａｌ
やＣｕからなる金属ケーシング１３の放射壁部１３ａが
基体であり、素子外発光膜１４の形成面となるその内面
も、金属製の光反射面となっている。このようにする
と、素子上発光膜１０から側方に漏れ出す可視光を法線
ＮＬ方向に反射させて、該方向への可視光放射強度を高
めることができる。
【００３３】以下、上記発光素子の製造工程の一例を説
明する。まず、基板３（図１）上にＺｎＯからなる図示
しないバッファ層をエピタキシャル成長させる。次い
で、前述のｎ型クラッド層５、活性層６及びｐ型クラッ
ド層７をこの順序にてエピタキシャル成長させ、発光層
８を得る（５〜７は成長順序を逆転させてもよい）。こ
れら各層のエピタキシャル成長は、周知のＭＯＶＰＥ法
もしくはＭＢＥ法にて成長させることができる。
明する。まず、基板３（図１）上にＺｎＯからなる図示
しないバッファ層をエピタキシャル成長させる。次い
で、前述のｎ型クラッド層５、活性層６及びｐ型クラッ
ド層７をこの順序にてエピタキシャル成長させ、発光層
８を得る（５〜７は成長順序を逆転させてもよい）。こ
れら各層のエピタキシャル成長は、周知のＭＯＶＰＥ法
もしくはＭＢＥ法にて成長させることができる。
【００３４】次に、発光層８をなすｐ型クラッド層７及
び活性層６の一部を切り欠いて、ｎ型クラッド層５の露
出領域を第一主表面Ｐ１側に形成し、この露出領域の表
面に第二電極１１を、また、ｐ型クラッド層７の表面に
第一電極９を、それぞれＡｕ等を蒸着することにより形
成する。なお、発光層８と第一電極９との間にＩＴＯ等
からなる透光性の電流拡散層を形成してもよい。
び活性層６の一部を切り欠いて、ｎ型クラッド層５の露
出領域を第一主表面Ｐ１側に形成し、この露出領域の表
面に第二電極１１を、また、ｐ型クラッド層７の表面に
第一電極９を、それぞれＡｕ等を蒸着することにより形
成する。なお、発光層８と第一電極９との間にＩＴＯ等
からなる透光性の電流拡散層を形成してもよい。
【００３５】そして、発光層８の第一主表面Ｐ１に、第
一電極９及び第二電極１１は覆い、残余の領域は覆わな
いようなマスクを被せ、図１２に模式的に示す周知の高
周波スパッタリング装置を用いて、可視光発光膜（素子
上発光膜１０）を、ＳｉとＳｉＯ２との混合スパッタ膜
として形成する。形成厚さは例えば１００ｎｍ〜５００
０ｎｍ程度とするのがよい。スパッタリングに使用する
ターゲットは、図１３に示すように、ターゲット全面積
に占めるＳｉターゲット部分の面積率が５％以上２５％
以下であり、残部がＳｉＯ２ターゲット部分とされた、
いわば複合ターゲットを用い、ＳｉとＳｉＯ２とを同時
に高周波スパッタリングするようにする。なお、可視光
発光膜形成時の基板温度はヒータにより調整可能である
が、本実施形態では基板の加熱を行なわずに成膜を行
い、また、成膜後の熱処理等も行っていない。
一電極９及び第二電極１１は覆い、残余の領域は覆わな
いようなマスクを被せ、図１２に模式的に示す周知の高
周波スパッタリング装置を用いて、可視光発光膜（素子
上発光膜１０）を、ＳｉとＳｉＯ２との混合スパッタ膜
として形成する。形成厚さは例えば１００ｎｍ〜５００
０ｎｍ程度とするのがよい。スパッタリングに使用する
ターゲットは、図１３に示すように、ターゲット全面積
に占めるＳｉターゲット部分の面積率が５％以上２５％
以下であり、残部がＳｉＯ２ターゲット部分とされた、
いわば複合ターゲットを用い、ＳｉとＳｉＯ２とを同時
に高周波スパッタリングするようにする。なお、可視光
発光膜形成時の基板温度はヒータにより調整可能である
が、本実施形態では基板の加熱を行なわずに成膜を行
い、また、成膜後の熱処理等も行っていない。
【００３６】図１３においては、Ｓｉターゲット部分を
なすセグメントとＳｉＯ２ターゲット部分をなすセグメ
ントとを組み合わせて、全体として１枚の複合ターゲッ
トを形成している。この場合、各セグメントの面積調整
により、Ｓｉターゲット部分の面積率を所望の値に設定
できる。なお、図１３左においてはターゲット全体を放
射状に区切る形で、また、図１３右においては同心円状
に区切る形でセグメントに分割しているが、セグメント
への分割形態はこれに限られるものではない。また、Ｓ
ｉＯ２ターゲット上に、これよりも小面積のＳｉターゲ
ットを載置して、ＳｉＯ２ターゲットの表面の一部をＳ
ｉターゲットにて覆い、載置するＳｉターゲットの面積
や数によりＳｉターゲット部分の面積率を調整してもよ
い。
なすセグメントとＳｉＯ２ターゲット部分をなすセグメ
ントとを組み合わせて、全体として１枚の複合ターゲッ
トを形成している。この場合、各セグメントの面積調整
により、Ｓｉターゲット部分の面積率を所望の値に設定
できる。なお、図１３左においてはターゲット全体を放
射状に区切る形で、また、図１３右においては同心円状
に区切る形でセグメントに分割しているが、セグメント
への分割形態はこれに限られるものではない。また、Ｓ
ｉＯ２ターゲット上に、これよりも小面積のＳｉターゲ
ットを載置して、ＳｉＯ２ターゲットの表面の一部をＳ
ｉターゲットにて覆い、載置するＳｉターゲットの面積
や数によりＳｉターゲット部分の面積率を調整してもよ
い。
【００３７】以上のようにして得られた素子上発光膜１
０を有する紫外線発光素子２を、図１に示すように金属
ケーシング１３（図１２と同様の装置を用いた高周波ス
パッタリングにより、素子外発光膜１４が既に形成され
ている）を含む周辺アセンブリに組み付け、さらにボン
ディングワイヤ１７，１８を取り付ければ、図１に示す
可視光発光装置１が得られる（この後、周知の樹脂モー
ルドを行なってもよい）。
０を有する紫外線発光素子２を、図１に示すように金属
ケーシング１３（図１２と同様の装置を用いた高周波ス
パッタリングにより、素子外発光膜１４が既に形成され
ている）を含む周辺アセンブリに組み付け、さらにボン
ディングワイヤ１７，１８を取り付ければ、図１に示す
可視光発光装置１が得られる（この後、周知の樹脂モー
ルドを行なってもよい）。
【００３８】なお、ＭｇａＺｎ１−ａＯに代えて、Ａｌ
ｂＩｎｃＧａ１−ｂ−ｃＮ（ただし、０≦ｂ≦１、０≦
ｃ≦１、０≦ｂ＋ｃ≦１）を用いることもできる。すな
わち、ｎ型クラッド層５、活性層６及びｐ型クラッド層
７を、各々混晶比ｂ，ｃを調整したＡｌｂＩｎｃＧａ
１−ｂ−ｃＮにて構成する。なお、各層の混晶比ｂ，ｃ
は、ＭｇａＺｎ１−ａＯを用いる場合と同様の思想にて
決定することができる。
ｂＩｎｃＧａ１−ｂ−ｃＮ（ただし、０≦ｂ≦１、０≦
ｃ≦１、０≦ｂ＋ｃ≦１）を用いることもできる。すな
わち、ｎ型クラッド層５、活性層６及びｐ型クラッド層
７を、各々混晶比ｂ，ｃを調整したＡｌｂＩｎｃＧａ
１−ｂ−ｃＮにて構成する。なお、各層の混晶比ｂ，ｃ
は、ＭｇａＺｎ１−ａＯを用いる場合と同様の思想にて
決定することができる。
【００３９】以下、本発明の可視光発光装置の変形例に
ついて説明する。図２の可視光発光装置１も、ｎ型クラ
ッド層５、活性層６及びｐ型クラッド層７がこの順序に
て積層された発光層部８を有する。ｐ型クラッド層７と
ｎ型クラッド層５との第一主表面Ｐ１側に位置するもの
を第一クラッド層７とし、第二主表面Ｐ２側に位置する
ものを第二クラッド層５として、発光層部８の第一主表
面Ｐ１に第一クラッド層７に導通する第一電極９が形成
されている。また、単結晶基板がＺｎＯあるいはＳｉＣ
からなる導電性基板２３とされ、導電性基板２３の発光
層８が形成されているのと反対側の主表面に、該導電性
基板２３を介して第二クラッド層５に導通する第二電極
４が形成されてなる。第二電極４は、Ａｇペースト等の
導電性ペースト層２５を介して、金属ケーシング１３の
底面に接続されている。このようにすると、光取出面側
となる第一主表面Ｐ１上に第二電極４の形成スペースを
確保しなくてもよく、その分、紫外線の発光主体となる
活性層６の面積も増えるので、可視光の発光強度をより
高めることができる。なお、図２において、図１と共通
の部分には同一の符号を付与し、詳細な説明を省略し
た。
ついて説明する。図２の可視光発光装置１も、ｎ型クラ
ッド層５、活性層６及びｐ型クラッド層７がこの順序に
て積層された発光層部８を有する。ｐ型クラッド層７と
ｎ型クラッド層５との第一主表面Ｐ１側に位置するもの
を第一クラッド層７とし、第二主表面Ｐ２側に位置する
ものを第二クラッド層５として、発光層部８の第一主表
面Ｐ１に第一クラッド層７に導通する第一電極９が形成
されている。また、単結晶基板がＺｎＯあるいはＳｉＣ
からなる導電性基板２３とされ、導電性基板２３の発光
層８が形成されているのと反対側の主表面に、該導電性
基板２３を介して第二クラッド層５に導通する第二電極
４が形成されてなる。第二電極４は、Ａｇペースト等の
導電性ペースト層２５を介して、金属ケーシング１３の
底面に接続されている。このようにすると、光取出面側
となる第一主表面Ｐ１上に第二電極４の形成スペースを
確保しなくてもよく、その分、紫外線の発光主体となる
活性層６の面積も増えるので、可視光の発光強度をより
高めることができる。なお、図２において、図１と共通
の部分には同一の符号を付与し、詳細な説明を省略し
た。
【００４０】次に、図５に示すように、半導体紫外線発
光素子（以下、単に発光素子ともいう）２０１からの紫
外線を、基体２０９（ここでは、透明基板としている：
以下、透明基板２０９ともいう）上に形成された素子外
発光層をなす可視光発光膜２１０のみに照射するように
構成することもできる。装置の発光部分の形状は、基体
２０９の形状に応じて自由に選択することができ、種々
の目的に応じて装置外観形態を柔軟に設計できる利点が
ある。例えば、図６の発光装置２５０では、基体２０９
及び可視光発光膜２１０がいずれも平面的に形成されて
いる。これは、省スペース化に大きく寄与する。例え
ば、基体２０９を薄板状に形成し、これに可視光発光膜
２１０を形成する形とすれば、発光層部が本来非常に薄
くできるため、図８に示すように極薄型（例えば厚さｔ
ｄが１０ｍｍ以下あるいは５ｍｍ以下のようなもの；場
合によっては１ｍｍ程度まで薄型化することも可能であ
る）で光輝度の発光装置２５１を実現することが可能で
ある。また、用途に応じて、図９に示すように、曲面状
の基体２０９を用いることもできる。
光素子（以下、単に発光素子ともいう）２０１からの紫
外線を、基体２０９（ここでは、透明基板としている：
以下、透明基板２０９ともいう）上に形成された素子外
発光層をなす可視光発光膜２１０のみに照射するように
構成することもできる。装置の発光部分の形状は、基体
２０９の形状に応じて自由に選択することができ、種々
の目的に応じて装置外観形態を柔軟に設計できる利点が
ある。例えば、図６の発光装置２５０では、基体２０９
及び可視光発光膜２１０がいずれも平面的に形成されて
いる。これは、省スペース化に大きく寄与する。例え
ば、基体２０９を薄板状に形成し、これに可視光発光膜
２１０を形成する形とすれば、発光層部が本来非常に薄
くできるため、図８に示すように極薄型（例えば厚さｔ
ｄが１０ｍｍ以下あるいは５ｍｍ以下のようなもの；場
合によっては１ｍｍ程度まで薄型化することも可能であ
る）で光輝度の発光装置２５１を実現することが可能で
ある。また、用途に応じて、図９に示すように、曲面状
の基体２０９を用いることもできる。
【００４１】図６、図８及び図９に示す発光装置２５
０、２５１及び２５２は、個々の構成要素は形状の違い
を除いて共通しているので、以下、より詳しい構造に付
き、図６の発光装置２５０で代表させて説明する。ま
ず、発光素子２０１は複数個設けられ、各発光素子２０
１からの紫外線により、対応する可視光発光膜２１０を
発光させるようにしている。このようにすることで、装
置の発光面積を容易に大型化できる利点がある。この本
発光装置２５０は、複数の発光素子２０１により、対応
する可視光発光膜を同時発光させる照明装置として構成
されており、大面積で薄型かつ長寿命の照明装置が実現
されている。
０、２５１及び２５２は、個々の構成要素は形状の違い
を除いて共通しているので、以下、より詳しい構造に付
き、図６の発光装置２５０で代表させて説明する。ま
ず、発光素子２０１は複数個設けられ、各発光素子２０
１からの紫外線により、対応する可視光発光膜２１０を
発光させるようにしている。このようにすることで、装
置の発光面積を容易に大型化できる利点がある。この本
発光装置２５０は、複数の発光素子２０１により、対応
する可視光発光膜を同時発光させる照明装置として構成
されており、大面積で薄型かつ長寿命の照明装置が実現
されている。
【００４２】なお、可視光発光膜２１０は、複数の発光
素子２０１に対応する部分２１０ａが、横方向に連なっ
て一体に形成されているが、このようにすれば可視光発
光膜部分２１０ａを単一の可視光発光膜２１０として一
括形成できるので製造が容易である。この場合、可視光
発光膜部分２１０ａを発光素子２０１により覆われる部
分と考えたとき、発光素子２０１と可視光発光膜部分２
１０ａとの距離関係により、発光素子２０１からの紫外
線が外方に広がって可視光発光膜部分２１０ａの外側に
漏れ出し、結果的に可視光発光膜部分２１０ａよりも広
い領域で発光を生じさせることも可能である。従って、
可視光発光膜２１０と発光素子２０１との距離を適当に
調整することによって、隣接する発光素子２０１，２０
１間に多少の隙間ができていても、個々の発光素子２０
１，２０１からの紫外線による可視光発光膜２１０の可
視光発光領域が互いに接続され、可視光発光膜２１０の
全面に渡ってムラの少ない均一な発光を生じさせること
ができるようになる。
素子２０１に対応する部分２１０ａが、横方向に連なっ
て一体に形成されているが、このようにすれば可視光発
光膜部分２１０ａを単一の可視光発光膜２１０として一
括形成できるので製造が容易である。この場合、可視光
発光膜部分２１０ａを発光素子２０１により覆われる部
分と考えたとき、発光素子２０１と可視光発光膜部分２
１０ａとの距離関係により、発光素子２０１からの紫外
線が外方に広がって可視光発光膜部分２１０ａの外側に
漏れ出し、結果的に可視光発光膜部分２１０ａよりも広
い領域で発光を生じさせることも可能である。従って、
可視光発光膜２１０と発光素子２０１との距離を適当に
調整することによって、隣接する発光素子２０１，２０
１間に多少の隙間ができていても、個々の発光素子２０
１，２０１からの紫外線による可視光発光膜２１０の可
視光発光領域が互いに接続され、可視光発光膜２１０の
全面に渡ってムラの少ない均一な発光を生じさせること
ができるようになる。
【００４３】発光装置２５０においては、基体をなす透
明基板２０９の片面に可視光発光膜２１０が形成されて
いる。これと反対側の面に発光素子２０１の光取出し面
が対向するように配置され（ここでは密着して配置され
ている）、透明基板２０９を介して可視光発光膜２１０
に発光素子２０１（半導体紫外線発光素子）からの紫外
線が照射されるようになっている。この構成によると、
透明基板２０９の両面を利用して発光素子２０１（半導
体紫外線発光素子）と可視光発光膜２１０とを振り分け
て配置することができ、装置のコンパクト化と構成の簡
略化とを図る上で一層効果的である。
明基板２０９の片面に可視光発光膜２１０が形成されて
いる。これと反対側の面に発光素子２０１の光取出し面
が対向するように配置され（ここでは密着して配置され
ている）、透明基板２０９を介して可視光発光膜２１０
に発光素子２０１（半導体紫外線発光素子）からの紫外
線が照射されるようになっている。この構成によると、
透明基板２０９の両面を利用して発光素子２０１（半導
体紫外線発光素子）と可視光発光膜２１０とを振り分け
て配置することができ、装置のコンパクト化と構成の簡
略化とを図る上で一層効果的である。
【００４４】なお、透明基板２０９はガラス板や透明プ
ラスチック（例えばアクリル樹脂など）を使用できる。
発光素子２０１は透明基板２０９に対し、光取出し面側
を例えば接着剤等により貼り付けて配置することができ
るが、例えばガラス板を用いる場合は、発光素子２０１
の発光層部を該ガラス板上に成長させることも可能であ
る。なお、個々の発光素子２０１，２０１による可視光
発光膜２１０の可視光発光領域を互いに接続したい場合
は、このような接続が生ずる程度に紫外線が広がるよ
う、透明基板２０９の厚さを調整しておけばよい。逆
に、発光素子２０１を可視光発光膜２１０に近づけるほ
ど紫外線の広がりが少なくなり、個々の発光素子２０１
を画素とする表示装置等へ応用する場合は、画素の鮮明
化等において有利となる。
ラスチック（例えばアクリル樹脂など）を使用できる。
発光素子２０１は透明基板２０９に対し、光取出し面側
を例えば接着剤等により貼り付けて配置することができ
るが、例えばガラス板を用いる場合は、発光素子２０１
の発光層部を該ガラス板上に成長させることも可能であ
る。なお、個々の発光素子２０１，２０１による可視光
発光膜２１０の可視光発光領域を互いに接続したい場合
は、このような接続が生ずる程度に紫外線が広がるよ
う、透明基板２０９の厚さを調整しておけばよい。逆
に、発光素子２０１を可視光発光膜２１０に近づけるほ
ど紫外線の広がりが少なくなり、個々の発光素子２０１
を画素とする表示装置等へ応用する場合は、画素の鮮明
化等において有利となる。
【００４５】図６の発光装置２５０においては、可視光
発光膜２１０の表面が透明プラスチック等で構成された
透明保護層２１１により覆われている。また、透明基板
２０９の発光素子２０１の配置側を光分散板２１２で覆
っている。なお、ムラの少ない均一な発光を生じさせる
ための別の方法としては、図７に示すように、光分散板
２１２を介して光を取り出すようにする構成も可能であ
る。本実施形態では、可視光発光膜２１０と光分散板２
１２との間に透明保護層２１１を設けている。
発光膜２１０の表面が透明プラスチック等で構成された
透明保護層２１１により覆われている。また、透明基板
２０９の発光素子２０１の配置側を光分散板２１２で覆
っている。なお、ムラの少ない均一な発光を生じさせる
ための別の方法としては、図７に示すように、光分散板
２１２を介して光を取り出すようにする構成も可能であ
る。本実施形態では、可視光発光膜２１０と光分散板２
１２との間に透明保護層２１１を設けている。
【００４６】なお、複数の発光素子２０１への通電配線
は、種々の構成形態が可能であるが、以下、いくつかの
例を示す。図１０は本発明の可視光発光装置を薄型の照
明装置２６０として構成したもので、アクリル板等の透
明板７４の裏面側に可視光発光膜１０を形成し、その上
に、図２７に示す発光素子１０５（ガラス基板９を用い
たもの：製造方法は図２８を用いてすでに説明した）
を、複数個接着剤を用いて貼り付けてある（発光層部の
厚さを誇張して描いてあり、実際にはもっと薄い）。そ
して、各素子１０５の電極１３及び２２に対し、通電配
線７１，７２と電極端子１３ａ，２２ａを形成した配線
板を重ね合わせて全体をケース７３によりモールドして
いる（本実施形態では、配線板がモールド用のケース７
３の一部に兼用されている）。そして、ケース７３に
は、通電配線７１，７２の末端を取り出す形でコネクタ
７５が形成されている。ここに電源７６を接続すること
で、各素子１０５が通電される。
は、種々の構成形態が可能であるが、以下、いくつかの
例を示す。図１０は本発明の可視光発光装置を薄型の照
明装置２６０として構成したもので、アクリル板等の透
明板７４の裏面側に可視光発光膜１０を形成し、その上
に、図２７に示す発光素子１０５（ガラス基板９を用い
たもの：製造方法は図２８を用いてすでに説明した）
を、複数個接着剤を用いて貼り付けてある（発光層部の
厚さを誇張して描いてあり、実際にはもっと薄い）。そ
して、各素子１０５の電極１３及び２２に対し、通電配
線７１，７２と電極端子１３ａ，２２ａを形成した配線
板を重ね合わせて全体をケース７３によりモールドして
いる（本実施形態では、配線板がモールド用のケース７
３の一部に兼用されている）。そして、ケース７３に
は、通電配線７１，７２の末端を取り出す形でコネクタ
７５が形成されている。ここに電源７６を接続すること
で、各素子１０５が通電される。
【００４７】なお、電源７６としては直流電源を用いる
ことができるが、交流を整流したのみの脈流にて駆動す
ることも可能であり、さらに、半波波形となることが問
題にならなければ、交流電源にて直接駆動することも可
能である。
ことができるが、交流を整流したのみの脈流にて駆動す
ることも可能であり、さらに、半波波形となることが問
題にならなければ、交流電源にて直接駆動することも可
能である。
【００４８】また、従来の蛍光ランプの場合、調光機能
を付加するには、電極保温と交流位相制御とを同時に行
なう必要があったため回路構成の複雑化が避けがたく、
高級な照明設備以外には搭載しにくい事情があった（な
お、直列インピーダンス切り換えにより調光を行なうも
のもあるが、非常に不経済である）。しかしながら、上
記の照明装置２６０によれば、発光素子１０５への供給
電圧を変化させる方式、あるいはデューティ比制御によ
り平均電流を変化させる方式等により、複雑な回路構成
を用いなくとも簡単に調光を行なうことができる利点が
ある。
を付加するには、電極保温と交流位相制御とを同時に行
なう必要があったため回路構成の複雑化が避けがたく、
高級な照明設備以外には搭載しにくい事情があった（な
お、直列インピーダンス切り換えにより調光を行なうも
のもあるが、非常に不経済である）。しかしながら、上
記の照明装置２６０によれば、発光素子１０５への供給
電圧を変化させる方式、あるいはデューティ比制御によ
り平均電流を変化させる方式等により、複雑な回路構成
を用いなくとも簡単に調光を行なうことができる利点が
ある。
【００４９】次に、図１１は、ガラス基板２０９上に発
光素子１０６の発光層部５３，５４，５２を成長させた
タイプの照明装置２６１を示すものである。ガラス基板
２０９の片面に可視光発光膜２１０及び透明保護膜２１
１を形成し、反対側には、各発光素子１０６の形成領域
に対応する形で、ＩＴＯ等の透明導電材料からなる電極
層２２０のパターンを、フォトリソグラフィー等を用い
て形成する。そして、その上に、例えば適当なバッファ
層２２１を介して全酸化物型の発光層部５４，５３，５
２を順次形成し、次いで各電極層２２０の一部が露出す
るように化学エッチングによりパターニングして、個々
の素子１０６の発光層部に分離する。最後に、それら発
光層部のそれぞれに金属反射膜２２を形成し、必要な配
線部７１，７２を設ければ、照明装置２６２が完成す
る。
光素子１０６の発光層部５３，５４，５２を成長させた
タイプの照明装置２６１を示すものである。ガラス基板
２０９の片面に可視光発光膜２１０及び透明保護膜２１
１を形成し、反対側には、各発光素子１０６の形成領域
に対応する形で、ＩＴＯ等の透明導電材料からなる電極
層２２０のパターンを、フォトリソグラフィー等を用い
て形成する。そして、その上に、例えば適当なバッファ
層２２１を介して全酸化物型の発光層部５４，５３，５
２を順次形成し、次いで各電極層２２０の一部が露出す
るように化学エッチングによりパターニングして、個々
の素子１０６の発光層部に分離する。最後に、それら発
光層部のそれぞれに金属反射膜２２を形成し、必要な配
線部７１，７２を設ければ、照明装置２６２が完成す
る。
【図１】本発明の、素子上発光膜を用いる可視光発光装
置の第一実施形態を示す模式図。
置の第一実施形態を示す模式図。
【図２】本発明の、素子上発光膜を用いる可視光発光装
置の第二実施形態を示す模式図。
置の第二実施形態を示す模式図。
【図３】本発明の可視光発光装置に使用する可視光発光
膜の組織構造を推定して示す模式図。
膜の組織構造を推定して示す模式図。
【図４】素子外発光膜の作用説明図。
【図５】本発明の、素子外発光膜を用いる可視光発光装
置の第一実施形態を示す模式図。
置の第一実施形態を示す模式図。
【図６】本発明の、素子外発光膜を用いる可視光発光装
置の第二実施形態を示す模式図。
置の第二実施形態を示す模式図。
【図７】本発明の、素子外発光膜を用いる可視光発光装
置の第三実施形態を示す模式図。
置の第三実施形態を示す模式図。
【図８】本発明の、素子外発光膜を用いる可視光発光装
置の第四実施形態を示す模式図。
置の第四実施形態を示す模式図。
【図９】本発明の、素子外発光膜を用いる可視光発光装
置の第五実施形態を示す模式図。
置の第五実施形態を示す模式図。
【図１０】本発明の、素子外発光膜を用いる可視光発光
装置の第六実施形態を示す模式図。
装置の第六実施形態を示す模式図。
【図１１】本発明の、素子外発光膜を用いる可視光発光
装置の第七実施形態を示す模式図。
装置の第七実施形態を示す模式図。
【図１２】可視光発光膜を製造するための高周波スパッ
タリング装置の概念図。
タリング装置の概念図。
【図１３】可視光発光膜を製造するためのターゲットの
構成例を示す模式図。
構成例を示す模式図。
１ 可視光発光装置
２，２０１ 半導体紫外線発光素子
３，２３ 単結晶基板
５ ｎ型クラッド層（第二クラッド層）
６ 活性層
７ ｐ型クラッド層（第一クラッド層）
８ 発光層部
Ｐ１ 第一主表面
Ｐ２ 第二主表面
９ 第一電極
１０ 素子上発光膜（可視光発光膜）
１１ 第二電極
１３ 金属ケーシング（基体）
１４，２１０ 素子外発光膜（可視光発光膜）
２５０〜２５２，２６０，２６１ 可視光発光装置（照
明装置）
明装置）
Claims (10)
- 【請求項１】 ＭｇａＺｎ１−ａＯ（ただし、０≦ａ≦
１）又はＡｌｂＩｎ ｃＧａ１−ｂ−ｃＮ（ただし、０≦
ｂ≦１、０≦ｃ≦１、０≦ｂ＋ｃ≦１）からなる発光層
部を有した半導体紫外線発光素子と、 ＳｉＯ２とＳｉとの混合スパッタ膜からなり、前記半導
体紫外線発光素子からの紫外線照射を受けて可視光を発
光する可視光発光膜と、 を有することを特徴とする可視光発光装置。 - 【請求項２】 前記可視光発光膜は、スパッタリングに
使用するターゲットとして、ターゲット全面積に占める
Ｓｉターゲット部分の面積率が５％以上２５％以下であ
り、残部がＳｉＯ２ターゲット部分とされたものを用い
て、ＳｉとＳｉＯ２とを同時に高周波スパッタリングす
ることにより形成されたものである請求項１記載の可視
光発光装置。 - 【請求項３】 ＭｇａＺｎ１−ａＯ（ただし、０≦ａ≦
１）又はＡｌｂＩｎ ｃＧａ１−ｂ−ｃＮ（ただし、０≦
ｂ≦１、０≦ｃ≦１、０≦ｂ＋ｃ≦１）からなる発光層
部を有した半導体紫外線発光素子と、 ＳｉＯ２相とＳｉ相との膜面内における平均形成間隔が
紫外線波長以下となるように、ＳｉＯ２相中にＳｉ相が
分散形成された構造を有し、前記半導体紫外線発光素子
からの紫外線照射を受けて可視光を発光する可視光発光
膜と、 を有することを特徴とする可視光発光装置。 - 【請求項４】 前記半導体紫外線発光素子の少なくとも
一方の主表面に、前記可視光発光膜を素子上発光膜とし
て形成してなることを特徴とする請求項１ないし３のい
ずれか１項に記載の可視光発光装置。 - 【請求項５】 前記発光層部は、単結晶基板上にヘテロ
エピタキシャル成長されたものであり、前記発光層部の
前記単結晶基板に接している主表面を第二主表面とし、
これと反対側の主表面を第一主表面として、前記第一主
表面の一部領域を覆うように前記発光層部に導通する電
極が形成され、前記第一主表面の前記電極以外の領域が
前記素子上発光膜にて覆われていることを特徴とする請
求項４記載の可視光発光装置。 - 【請求項６】 前記発光層部は、ｎ型クラッド層、活性
層及びｐ型クラッド層がこの順序にて積層されたもので
あり、 前記ｐ型クラッド層と前記ｎ型クラッド層との前記第一
主表面側に位置するものを第一クラッド層とし、前記第
二主表面側に位置するものを第二クラッド層として、 前記第一主表面には、前記第一クラッド層に導通する第
一電極が形成され、 また、前記第一主表面には、記第一クラッド層と前記活
性層との一部を切り欠く形で、前記第二クラッド層の露
出領域が形成され、該露出領域にて前記第二クラッド層
に導通する第二電極が形成されてなることを特徴とする
請求項５記載の可視光発光装置。 - 【請求項７】 前記発光層部は、ｎ型クラッド層、活性
層及びｐ型クラッド層がこの順序にて積層されたもので
あり、 前記ｐ型クラッド層と前記ｎ型クラッド層との前記第一
主表面側に位置するものを第一クラッド層とし、前記第
二主表面側に位置するものを第二クラッド層として、 前記第一主表面には、前記第一クラッド層に導通する第
一電極が形成され、 また、前記単結晶基板が導電性基板とされ、前記導電性
基板の前記発光層が形成されているのと反対側の主表面
に、該導電性基板を介して前記第二クラッド層に導通す
る第二電極が形成されてなることを特徴とする請求項５
記載の可視光発光装置。 - 【請求項８】 前記半導体紫外線発光素子とは別に設け
られた基体上に、前記可視光発光膜を素子外発光膜とし
て形成し、該素子外発光膜に前記半導体紫外線発光素子
からの紫外線が照射されることを特徴とする請求項１な
いし７のいずれか１項に記載の可視光発光装置。 - 【請求項９】 前記半導体紫外線発光素子の少なくとも
一方の主表面に前記可視光発光膜が素子上発光膜として
形成されてなり、 他方、前記素子外発光膜は、前記半導体紫外線発光素子
からの紫外線照射を受けるとともに、該照射により生じ
た可視光を、前記素子上発光膜からの可視光に重畳させ
て放出するものである請求項８記載の可視光発光装置。 - 【請求項１０】 前記素子外発光膜の下地面をなす前記
基体の表面が、前記素子上発光膜からの可視光の反射面
とされてなる請求項９記載の可視光発光装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002087054A JP2003282944A (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | 可視光発光装置 |
| PCT/JP2003/003703 WO2003081685A1 (en) | 2002-03-26 | 2003-03-26 | Visible light emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002087054A JP2003282944A (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | 可視光発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003282944A true JP2003282944A (ja) | 2003-10-03 |
Family
ID=28449350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002087054A Pending JP2003282944A (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | 可視光発光装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003282944A (ja) |
| WO (1) | WO2003081685A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014048699A1 (de) * | 2012-09-25 | 2014-04-03 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelektronisches halbleiterbauteil und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauteils |
| CN115616041A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-01-17 | 太原理工大学 | 一种基于GaN基QDs薄膜的气体传感器及其制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102504814B (zh) * | 2011-10-20 | 2013-11-20 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种紫外光激发的直接白光荧光材料及其制备方法和应用 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH10214995A (ja) * | 1996-11-27 | 1998-08-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光電子材料及びその応用デバイス、並びに光電子材料の製造方法 |
| JPH10321906A (ja) * | 1997-05-16 | 1998-12-04 | Seiwa Electric Mfg Co Ltd | 発光ダイオード及びそれを用いた表示装置 |
| JPH1146015A (ja) * | 1997-07-28 | 1999-02-16 | Nichia Chem Ind Ltd | 発光ダイオード及びその形成方法 |
| JPH1187778A (ja) * | 1997-09-02 | 1999-03-30 | Toshiba Corp | 半導体発光素子、半導体発光装置およびその製造方法 |
| JPH11510968A (ja) * | 1996-06-11 | 1999-09-21 | フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェンノートシャップ | 紫外発光ダイオード及び紫外励起可視光放射蛍光体を含む可視発光ディスプレイ及び該デバイスの製造方法 |
| WO1999050916A1 (en) * | 1998-04-01 | 1999-10-07 | Massachusetts Institute Of Technology | Quantum dot white and colored light emitting diodes |
| WO2000016411A1 (fr) * | 1998-09-10 | 2000-03-23 | Rohm Co., Ltd. | Del a semi-conducteur et son procede de fabrication |
| JP2000347601A (ja) * | 1999-06-02 | 2000-12-15 | Toshiba Electronic Engineering Corp | 発光装置 |
| JP2001040348A (ja) * | 1999-07-28 | 2001-02-13 | Keiogijuku | シリコンナノ結晶発光素子及びその製造方法 |
| JP2002084002A (ja) * | 2000-09-06 | 2002-03-22 | Nippon Leiz Co Ltd | 光源装置 |
-
2002
- 2002-03-26 JP JP2002087054A patent/JP2003282944A/ja active Pending
-
2003
- 2003-03-26 WO PCT/JP2003/003703 patent/WO2003081685A1/ja active Application Filing
Patent Citations (11)
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|---|---|---|---|---|
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| CN115616041A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-01-17 | 太原理工大学 | 一种基于GaN基QDs薄膜的气体传感器及其制备方法 |
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080527 |
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