発光ダイオード
【課題】均一な色合いの白色光を実現でき、且つ長寿命化を図ることができる発光ダイオードを提供する。
【解決手段】発光ダイオード１Ａは、窒化ガリウム基板１５と、窒化物半導体からなり窒化ガリウム基板１５の主面１５ａ上に設けられた活性層５と、希土類元素を含む窒化物半導体からなり、活性層５において発生した紫外光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂをそれぞれ発する第１〜第３窒化物半導体層１１〜１３を有する発光層１０と、を備える。
【解決手段】発光ダイオード１Ａは、窒化ガリウム基板１５と、窒化物半導体からなり窒化ガリウム基板１５の主面１５ａ上に設けられた活性層５と、希土類元素を含む窒化物半導体からなり、活性層５において発生した紫外光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂをそれぞれ発する第１〜第３窒化物半導体層１１〜１３を有する発光層１０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）や紫外ＬＥＤといった短波長のＬＥＤと、これらのＬＥＤからの光によって蛍光を発する蛍光体とを用いた白色発光デバイスが盛んに開発され、実用化されている。図７は、特許文献１に記載された白色発光デバイスの構成を示す側断面図である。図７に示す白色発光デバイス１００は、支持基体１０１と、支持基体１０１の上に搭載されたフリップチップ型の青色ＬＥＤ１０２と、青色ＬＥＤ１０２の周囲を封止する蛍光体層１０３とを備えており、蛍光体層１０３は、黄色系蛍光体粒子１０４と、母材である透光性樹脂１０５との混合体からなる。そして、青色ＬＥＤ１０２から出射される青色光と、この青色光により黄色系蛍光体粒子１０４が励起され発生した黄色光とが合成され、白色光として取り出される。
【特許文献１】特開２００７−２３５１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、蛍光体粒子を混合した樹脂を備える白色発光デバイスでは、ＬＥＤを樹脂で封止する際の厚みのばらつきや、樹脂内部における蛍光体粒子の分布の偏りによって、均一な色合いを有する白色光を得ることが難しい。また、樹脂は半導体より早く劣化するため、デバイスの長寿命化を妨げる一因となる。
【０００４】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、均一な色合いの白色光を実現でき、且つ長寿命化を図ることができる発光ダイオードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した課題を解決するために、本発明による発光ダイオードは、窒化ガリウム基板と、窒化物半導体からなり窒化ガリウム基板の主面上に設けられた活性層と、希土類元素を含む窒化物半導体からなり、活性層において発生した光を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光をそれぞれ発する第１〜第３窒化物半導体層を有する発光層とを備えることを特徴とする。
【０００６】
この発光ダイオードは、希土類元素を含む窒化物半導体からなる発光層を備えており、この発光層は、活性層において発生した光（活性層が窒化物半導体からなるので、この光の波長はおよそ３６５［ｎｍ］〜４４０［ｎｍ］となる）を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光を発する。このように、活性層からの光により励起される発光物質（希土類元素）を半導体の内部に含ませることにより、該発光物質の均一な分布を容易に実現できると共に、樹脂を不要にできる。したがって、上記した発光ダイオードによれば、均一な色合いの白色光を実現でき、且つ長寿命化を図ることができる。また、赤色光、緑色光、及び青色光を発する半導体層をそれぞれ別個に設けることにより、例えば青色ＬＥＤの光と黄色の蛍光とを混合するタイプの白色発光デバイスと比較して、より演色性を高めることができる。
【０００７】
また、発光ダイオードは、発光層の第１〜第３窒化物半導体層が、希土類元素としてそれぞれＥｕ、Ｔｂ、及びＥｒを含むことを特徴としてもよい。これにより、赤色光、緑色光、及び青色光を発する第１〜第３窒化物半導体層を好適に実現できる。
【０００８】
また、発光ダイオードは、発光層の第１〜第３窒化物半導体層が、活性層に近い側から第１窒化物半導体層、第２窒化物半導体層、第３窒化物半導体層の順に配置されていることを特徴としてもよい。このように、発する光の波長が短い層ほど活性層から遠くなるように各層を配置することにより、第３窒化物半導体層から出た光が発光ダイオードの外部へ出力される際の第１、第２窒化物半導体層における吸収を防ぎ、且つ、第２窒化物半導体層から出た光が発光ダイオードの外部へ出力される際の第１窒化物半導体層における吸収を防ぐことができるので、所望の色合いの白色光を好適に得ることができる。
【０００９】
また、発光ダイオードは、発光層が、窒化ガリウム基板の主面に希土類元素がイオン注入されて成ることを特徴としてもよく、また、発光層が、窒化ガリウム基板の裏面に希土類元素がイオン注入されて成ることを特徴としてもよい。或いは、発光層が、希土類元素をドーパントとして含み窒化ガリウム基板の主面と活性層との間に形成された層であることを特徴としてもよく、また、発光層が、希土類元素をドーパントとして含み活性層上に形成された層であることを特徴としてもよい。これらのうち何れかの構成によって、上記した第１〜第３窒化物半導体層を好適に実現できる。
【００１０】
また、本発明による別の発光ダイオードは、窒化ガリウム基板と、窒化物半導体からなり窒化ガリウム基板の主面上に設けられた活性層と、希土類元素を含む窒化物半導体からなり、活性層において発生した光を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光をそれぞれ発する第１〜第３窒化物半導体領域を有する発光層とを備え、第１窒化物半導体領域は、窒化ガリウム基板の主面における第１の領域に希土類元素がイオン注入されて成り、第２窒化物半導体領域は、主面における第１の領域とは別の第２の領域に希土類元素がイオン注入されて成り、第３窒化物半導体領域は、主面における第１及び第２の領域とは別の第３の領域に希土類元素がイオン注入されて成ることを特徴とする。
【００１１】
この発光ダイオードは、窒化物半導体基板に希土類元素がイオン注入されてなる発光層を備えており、この発光層は、活性層において発生した光を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光を発する。このように、活性層からの光により励起される発光物質（希土類元素）を半導体の内部に含ませることにより、該発光物質の均一な分布を容易に実現させ得ると共に、樹脂を不要にできる。したがって、この発光ダイオードによれば、均一な色合いの白色光を実現でき、且つ長寿命化を図ることができる。また、赤色光、緑色光、及び青色光を発する半導体領域をそれぞれ別個に設けることにより、演色性を高めることができる。
【００１２】
また、上記した別の発光ダイオードは、発光層の第１〜第３窒化物半導体領域が、希土類元素としてそれぞれＥｕ、Ｔｂ、及びＥｒをイオン注入されて成ることを特徴としてもよい。これにより、赤色光、緑色光、及び青色光を発する第１〜第３窒化物半導体領域を好適に実現できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による発光ダイオードによれば、均一な色合いの白色光を実現でき、且つ長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明による発光ダイオードの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１実施形態としての発光ダイオード１Ａの構成を示す側断面図である。図１を参照すると、発光ダイオード１Ａは、窒化ガリウム基板１５を備えている。また、発光ダイオード１Ａは、窒化ガリウム基板１５の主面１５ａ上に順に積層されたｎ型ＧａＮ層３及びｎ型ＡｌＧａＮ層４といった第１導電型窒化物半導体層を備えている。ｎ型ＧａＮ層３は、ｎ型の不純物（例えばＳｉ）がドープされたＧａＮからなり、ｎ型ＡｌＧａＮ層４は、ｎ型の不純物（例えばＳｉ）がドープされたＡｌX1Ｇａ1-X1Ｎ（０＜Ｘ１＜１）からなる。また、発光ダイオード１Ａは、ｎ型ＡｌＧａＮ層４上に設けられた活性層５を備えている。また、発光ダイオード１Ａは、活性層５上に順に積層されたｐ型ＡｌＧａＮ層６及びｐ型ＧａＮ層７といった第２導電型窒化物半導体層を備えている。ｐ型ＡｌＧａＮ層６は、ｐ型の不純物（例えばＭｇ）がドープされたＡｌX2Ｇａ1-X2Ｎ（０＜Ｘ２＜１）からなり、ｐ型ＧａＮ層７は、ｐ型の不純物（例えばＭｇ）がドープされたＧａＮからなる。
【００１６】
活性層５は、電流（キャリア）が注入されることにより光Ｌｕを発生する層である。本実施形態では、光Ｌｕの波長帯は例えば紫外から青紫色となる波長帯（３６５［ｎｍ］〜４４０［ｎｍ］）であり、一実施例では３８０［ｎｍ］である。活性層５は、ｎ型ＡｌＧａＮ層４上に形成されており、多重量子井戸構造を有している。具体的には、活性層５は、バリア層及び井戸層をそれぞれ複数有している。すなわち、活性層５は、バリア層及び井戸層が交互に積層されることにより構成されている。バリア層及び井戸層は、ＡｌX3ＩｎYＧａ1-X3-YＮ（０≦Ｘ３＜１、０≦Ｙ＜１、０＜Ｘ３＋Ｙ＜１）といった窒化物半導体からなる。本実施形態のバリア層の組成はＸ３＞Ｙ、一実施例ではＸ３＝０．２且つＹ＝０である。また、本実施形態の井戸層の組成はＸ３＜Ｙ、一実施例ではＸ３＝０且つＹ＝０．０５である。このように、バリア層及び井戸層の組成は、バリア層のバンドギャップが井戸層のバンドギャップよりも大きくなるように調整されている。この構成により、活性層５に注入されたキャリアが井戸層に効率よく閉じ込められる。
【００１７】
発光ダイオード１Ａは、上記構成に加え、更にアノード電極８及びカソード電極９を備えている。アノード電極８は、ｐ型ＧａＮ層７の活性層５と対向する面とは反対側の面上に設けられている。本実施形態では、アノード電極８は、ｐ型ＧａＮ層７上のほぼ全面にわたって設けられている。アノード電極８は例えばＮｉ／Ａｕ／Ａｌ／Ａｕといった金属を順次積層してなり、アノード電極８とｐ型ＧａＮ層７との間でオーミック接触が実現されている。また、アノード電極８は、活性層５において発生した光Ｌｕを反射する機能も有している。
【００１８】
カソード電極９は、ｎ型ＧａＮ層３の窒化ガリウム基板１５と対向する面とは反対側の面上において、ｎ型ＡｌＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、及びｐ型ＧａＮ層７が設けられた領域とは別の領域上に設けられている。カソード電極９は、例えばＴｉ／Ａｌ／Ａｕといった金属を順次積層してなり、カソード電極９とｎ型ＧａＮ層３との間でオーミック接触が実現されている。なお、カソード電極９は、窒化ガリウム基板１５の裏面１５ｂ上の一部に形成されてもよい。
【００１９】
窒化ガリウム基板１５は、アンドープＧａＮ、或いはｎ型ＧａＮからなる。窒化ガリウム基板１５の厚さは例えば１００［μｍ］以上であることが好ましく、転位密度は１×１０8［ｃｍ-2］以下であることが好ましい。また、本実施形態では、窒化ガリウム基板１５はその表面が（０００１）結晶面を含むように形成されており、主面１５ａとしてガリウム面（Ｇａ面）が用いられている。
【００２０】
また、窒化ガリウム基板１５における主面１５ａ側の内部には、活性層５からの光を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光を発生する発光層１０が形成されている。発光層１０は、窒化ガリウム基板１５を構成するＧａＮの一部に希土類元素が含まれて成り、活性層５において発生した光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒを発する第１窒化物半導体層１１と、光Ｌｕを吸収して緑色光Ｌｇを発する第２窒化物半導体層１２と、光Ｌｕを吸収して青色光Ｌｂを発する第３窒化物半導体層１３とを有している。
【００２１】
第１窒化物半導体層１１、第２窒化物半導体層１２、及び第３窒化物半導体層１３は、それぞれ異なる希土類元素が窒化ガリウム基板１５の主面１５ａにイオン注入されることによって形成された層である。具体的には、第１窒化物半導体層１１はユウロビウム（Ｅｕ）が主面１５ａにイオン注入されて成り、第２窒化物半導体層１２はテルビウム（Ｔｂ）が主面１５ａにイオン注入されて成り、第３窒化物半導体層１３はエルビウム（Ｅｒ）が主面１５ａにイオン注入されて成る。第１窒化物半導体層１１のＥｕは、紫外光である光Ｌｕにより励起されて波長６３０［ｎｍ］〜７６０［ｎｍ］の赤色光を発光する。第２窒化物半導体層１２のＴｂは、光Ｌｕにより励起されて波長５２０［ｎｍ］〜５７０［ｎｍ］の緑色光を発光する。第３窒化物半導体層１３のＥｒは、光Ｌｕにより励起されて波長４４０［ｎｍ］〜４７０［ｎｍ］の青色光を発光する。なお、第１窒化物半導体層１１、第２窒化物半導体層１２、及び第３窒化物半導体層１３の好適な厚さは、それぞれ５０［μｍ］〜２００［μｍ］である。
【００２２】
これらの窒化物半導体層１１〜１３は、活性層５に近い側から第１窒化物半導体層１１、第２窒化物半導体層１２、第３窒化物半導体層１３の順に配置されている。すなわち、第３窒化物半導体層１３のイオン注入深さが最も深く、次いで第２窒化物半導体層１２のイオン注入深さが深く、第１窒化物半導体層１１のイオン注入深さが最も浅い。
【００２３】
なお、窒化ガリウム基板１５の厚さは、これらの窒化物半導体層１１〜１３から出射される赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを十分に透過できる厚さであることが好ましい。
【００２４】
このような構成を備える発光ダイオード１Ａの作製方法の一例を以下に説明する。まず、厚さ１００［μｍ］以上、転位密度１×１０8［ｃｍ-2］以下の（０００１）ＧａＮウェハのＧａ面側に、Ｅｒ、Ｔｂ、及びＥｕを深さを変えて１×１０20［ｃｍ-3］ずつイオン注入することにより、第１窒化物半導体層１１、第２窒化物半導体層１２、及び第３窒化物半導体層１３からなる発光層１０を形成する。次に、このＧａＮウェハをＭＯＣＶＤ炉の中におき、炉の内部を窒素（Ｎ2）及びアンモニア（ＮＨ3）雰囲気として１０００［℃］で３０分間のアニールを行い、ＧａＮウェハの表面におけるイオン注入された領域の結晶性を回復させる。
【００２５】
続いて、ＧａＮウェハのＧａ面上に、ｎ型ＧａＮ層３、ｎ型ＡｌＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、及びｐ型ＧａＮ層７を順次成長させる。そして、ｎ型ＧａＮ層３を除く各層４〜７の一部をエッチングにより除去して露出したｎ型ＧａＮ層３の表面にカソード電極９を形成するとともに、残存したｐ型ＧａＮ層７上にアノード電極８を形成する。或いは、各層４〜７をエッチングせずに、ｐ型ＧａＮ層７上にアノード電極８を形成し、ＧａＮウェハの裏面上にカソード電極９を形成してもよい。その後、ＧａＮウェハをチップ状に切断することにより、本実施形態に係る発光ダイオード１Ａが作製される。
【００２６】
この発光ダイオード１Ａをフリップチップ実装し、アノード電極８とカソード電極９との間に電流を流すと、活性層５において紫外光（光Ｌｕ）が発生する。この光Ｌｕが発光層１０に達すると、第１窒化物半導体層１１、第２窒化物半導体層１２、及び第３窒化物半導体層１３のそれぞれにおいて吸収され、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂが発生する。これらの光Ｌｒ、Ｌｇ、及びＬｂは、窒化ガリウム基板１５を透過して発光ダイオード１Ａの外部へ出射されるとともに、互いに合成されて白色光となる。
【００２７】
本実施形態の発光ダイオード１Ａが奏する効果について説明する。発光ダイオード１Ａは、希土類元素を含む窒化物半導体からなる発光層１０を備えており、この発光層１０は、活性層５において発生した紫外光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する。このように、活性層５からの光Ｌｕにより励起される発光物質（希土類元素）を半導体の内部に含ませることにより、該発光物質の偏在を抑えて均一な分布を容易に実現できると共に、従来の白色発光デバイスで用いられていた樹脂を不要にできる。したがって、本実施形態の発光ダイオード１Ａによれば、均一な色合いの白色光を実現でき、且つ長寿命化を図ることができる。また、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する半導体層を、第１窒化物半導体層１１、第２窒化物半導体層１２、及び第３窒化物半導体層１３としてそれぞれ別個に設けることにより、例えば青色ＬＥＤの光と黄色の蛍光とを混合するタイプの白色発光デバイスと比較して、演色性をより高めることができる。
【００２８】
また、本実施形態のように、発光層１０の第１窒化物半導体層１１が希土類元素としてＥｕを含み、第２窒化物半導体層１２が希土類元素としてＴｂを含み、第３窒化物半導体層１３が希土類元素としてＥｒを含むとよい。これにより、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する第１〜第３窒化物半導体層１１〜１３を好適に実現できる。
【００２９】
また、本実施形態のように、発光層１０の第１〜第３窒化物半導体層１１〜１３は、活性層５に近い側から第１窒化物半導体層１１、第２窒化物半導体層１２、第３窒化物半導体層１３の順に配置されているとよい。このように、発する光の波長が短い層ほど活性層５から遠くなるように窒化物半導体層１１〜１３を配置することにより、第３窒化物半導体層１３から出た赤色光Ｌｒが発光ダイオード１Ａの外部へ出射する際に第１窒化物半導体層１１及び第２窒化物半導体層１２に吸収されることを効果的に防ぎ、且つ、第２窒化物半導体層１２から出た緑色光Ｌｇが発光ダイオード１Ａの外部へ出射する際に第１窒化物半導体層１１に吸収されることを効果的に防ぐことができる。したがって、所望の色合いの白色光を好適に得ることができる。
【００３０】
また、本実施形態のように、窒化ガリウム基板１５として転位密度１×１０8［ｃｍ-2］以下の低転位基板を用いることによって、各半導体層３〜７の低転位化を図り、発光強度を高めることができる。
【００３１】
続いて、本発明の第２〜第６実施形態について説明する。なお、以下の説明では、各実施形態の発光ダイオードと第１実施形態の発光ダイオード１Ａとの構成上の相違点について主に説明し、同様の構成を備える点については詳細な説明を省略する。
【００３２】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２実施形態としての発光ダイオード１Ｂの構成を示す側断面図である。図２を参照すると、発光ダイオード１Ｂは、第１実施形態の窒化ガリウム基板１５に代えて、窒化ガリウム基板１６を備えている。窒化ガリウム基板１６は、アンドープＧａＮ、或いはｎ型ＧａＮからなる。窒化ガリウム基板１６の厚さは例えば１００［μｍ］以上であることが好ましく、転位密度は１×１０8［ｃｍ-2］以下であることが好ましい。また、本実施形態では、窒化ガリウム基板１６はその表面が（０００１）結晶面を含むように形成されており、主面１６ａとしてガリウム面（Ｇａ面）が用いられている。そして、ｎ型ＧａＮ層３、ｎ型ＡｌＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、及びｐ型ＧａＮ層７は、窒化ガリウム基板１６の主面１６ａ上に積層されている。
【００３３】
窒化ガリウム基板１６における裏面１６ｂ側の内部には、活性層５からの光を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光を発生する発光層２０が形成されている。発光層２０は、窒化ガリウム基板１６を構成するＧａＮの一部に希土類元素が含まれて成り、活性層５において発生した光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒを発する第１窒化物半導体層２１と、光Ｌｕを吸収して緑色光Ｌｇを発する第２窒化物半導体層２２と、光Ｌｕを吸収して青色光Ｌｂを発する第３窒化物半導体層２３とを有している。
【００３４】
第１窒化物半導体層２１、第２窒化物半導体層２２、及び第３窒化物半導体層２３は、それぞれ異なる希土類元素が窒化ガリウム基板１６の裏面１６ｂにイオン注入されることによって形成された層である。具体的には、第１窒化物半導体層２１はＥｕが裏面１６ｂにイオン注入されて成り、第２窒化物半導体層２２はＴｂが裏面１６ｂにイオン注入されて成り、第３窒化物半導体層２３はＥｒが裏面１６ｂにイオン注入されて成る。なお、これらの窒化物半導体層２１〜２３の発光波長および厚さは、第１実施形態の窒化物半導体層１１〜１３と同様である。
【００３５】
窒化物半導体層２１〜２３は、活性層５に近い側から第１窒化物半導体層２１、第２窒化物半導体層２２、第３窒化物半導体層２３の順に配置されている。すなわち、第１窒化物半導体層２１のイオン注入深さが最も深く、次いで第２窒化物半導体層２２のイオン注入深さが深く、第３窒化物半導体層２３のイオン注入深さが最も浅い。
【００３６】
なお、窒化ガリウム基板１６は、活性層５から出射される光Ｌｕを十分に透過できる厚さであることが好ましい。
【００３７】
このような構成を備える発光ダイオード１Ｂの作製方法の一例を以下に説明する。まず、厚さ１００［μｍ］以上、転位密度１×１０8［ｃｍ-2］以下の（０００１）ＧａＮウェハの窒素面（Ｎ面）側に、Ｅｕ、Ｔｂ、及びＥｒを深さを変えて１×１０20［ｃｍ-3］ずつイオン注入することにより、第１窒化物半導体層２１、第２窒化物半導体層２２、及び第３窒化物半導体層２３からなる発光層２０を形成する。次に、このＧａＮウェハをＭＯＣＶＤ炉の中におき、炉の内部を窒素（Ｎ2）及びアンモニア（ＮＨ3）雰囲気として１０００［℃］で３０分間のアニールを行い、ＧａＮウェハの表面におけるイオン注入された領域の結晶性を回復させる。
【００３８】
続いて、ＧａＮウェハのＧａ面上に、ｎ型ＧａＮ層３、ｎ型ＡｌＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、及びｐ型ＧａＮ層７を順次成長させる。そして、ｎ型ＧａＮ層３を除く各層４〜７の一部をエッチングにより除去して露出したｎ型ＧａＮ層３の表面にカソード電極９を形成するとともに、残存したｐ型ＧａＮ層７上にアノード電極８を形成する。或いは、各層４〜７をエッチングせずに、ｐ型ＧａＮ層７上にアノード電極８を形成し、ＧａＮウェハの裏面上にカソード電極９を形成してもよい。その後、ＧａＮウェハをチップ状に切断することにより、本実施形態に係る発光ダイオード１Ｂが作製される。
【００３９】
この発光ダイオード１Ｂをフリップチップ実装し、アノード電極８とカソード電極９との間に電流を流すと、活性層５において紫外光（光Ｌｕ）が発生する。この光Ｌｕが窒化ガリウム基板１６を透過して発光層２０に達すると、第１窒化物半導体層２１、第２窒化物半導体層２２、及び第３窒化物半導体層２３のそれぞれにおいて吸収され、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂが発生する。これらの光Ｌｒ、Ｌｇ、及びＬｂは、発光ダイオード１Ｂの外部へ出射されるとともに、互いに合成されて白色光となる。
【００４０】
本実施形態の発光ダイオード１Ｂは、前述した第１実施形態の発光ダイオード１Ａと同様に、希土類元素を含む窒化物半導体からなる発光層２０を備えており、この発光層２０は、活性層５において発生した紫外光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する。これにより、発光物質（希土類元素）の偏在を抑えて均一な分布を容易に実現できると共に、従来の白色発光デバイスで用いられていた樹脂を不要にできる。したがって、本実施形態の発光ダイオード１Ｂによれば、均一な色合いの白色光を実現でき、且つ長寿命化を図ることができる。また、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する半導体層をそれぞれ別個に設けることにより、演色性を高めることができる。
【００４１】
また、本実施形態においても、発光層２０の第１〜第３窒化物半導体層２１〜２３は、活性層５に近い側から第１窒化物半導体層２１、第２窒化物半導体層２２、第３窒化物半導体層２３の順に配置されている。これにより、所望の色合いの白色光を好適に得ることができる。また、窒化ガリウム基板１６として転位密度１×１０8［ｃｍ-2］以下の低転位基板を用いることによって、各半導体層３〜７の低転位化を図り、発光強度を高めることができる。
【００４２】
（第３の実施の形態）
図３は、本発明の第３実施形態としての発光ダイオード１Ｃの構成を示す側断面図である。図３を参照すると、発光ダイオード１Ｃは、窒化ガリウム基板１７を備えている。また、発光ダイオード１Ｃは、窒化ガリウム基板１７の主面１７ａ上に設けられた発光層３０を備えている。本実施形態では、ｎ型ＧａＮ層３、ｎ型ＡｌＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、及びｐ型ＧａＮ層７は、発光層３０上に順に積層されている。
【００４３】
窒化ガリウム基板１７は、アンドープＧａＮ、或いはｎ型ＧａＮからなる。窒化ガリウム基板１７の厚さは例えば１００［μｍ］以上であることが好ましく、転位密度は１×１０8［ｃｍ-2］以下であることが好ましい。また、窒化ガリウム基板１７はその表面が（０００１）結晶面を含むように形成されている。
【００４４】
発光層３０は、希土類元素をドーパントとして含み、窒化ガリウム基板１７の主面１７ａと活性層５との間に形成された層である。発光層３０は、活性層５からの光を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光を発生する。発光層３０は、例えばＧａＮなどの窒化物半導体層に希土類元素がドープされて成り、ＧａＮからなる場合はバッファ層としても機能する。発光層３０は、活性層５において発生した光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒを発する第１窒化物半導体層３１と、光Ｌｕを吸収して緑色光Ｌｇを発する第２窒化物半導体層３２と、光Ｌｕを吸収して青色光Ｌｂを発する第３窒化物半導体層３３とを有している。
【００４５】
第１窒化物半導体層３１、第２窒化物半導体層３２、及び第３窒化物半導体層３３は、それぞれ異なる希土類元素がドープされた層である。具体的には、第１窒化物半導体層３１は窒化物半導体にＥｕがドープされて成り、第２窒化物半導体層３２は窒化物半導体にＴｂがドープされて成り、第３窒化物半導体層３３は窒化物半導体にＥｒがドープされて成る。なお、これらの窒化物半導体層３１〜３３の発光波長および厚さは、第１実施形態の窒化物半導体層１１〜１３と同様である。
【００４６】
窒化物半導体層３１〜３３は、活性層５に近い側から第１窒化物半導体層３１、第２窒化物半導体層３２、第３窒化物半導体層３３の順に配置されている。すなわち、窒化ガリウム基板１７の主面１７ａ上にまず第３窒化物半導体層３３が形成され、その上に第２窒化物半導体層３２が形成され、その上に第１窒化物半導体層３１が形成されている。
【００４７】
なお、窒化ガリウム基板１７は、発光層３０から出射される赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを十分に透過できる厚さであることが好ましい。
【００４８】
このような構成を備える発光ダイオード１Ｃの作製方法の一例を以下に説明する。まず、厚さ１００［μｍ］以上、転位密度１×１０8［ｃｍ-2］以下の（０００１）ＧａＮウェハ上に、Ｅｒを濃度１×１０20［ｃｍ-3］でドープしたＧａＮ層、Ｔｂを濃度１×１０20［ｃｍ-3］でドープしたＧａＮ層、及びＥｕを濃度１×１０20［ｃｍ-3］でドープしたＧａＮ層をＭＯＣＶＤ法により順に成長させることによって、第１窒化物半導体層３１、第２窒化物半導体層３２、及び第３窒化物半導体層３３からなる発光層３０を形成する。
【００４９】
続いて、発光層３０上に、ｎ型ＧａＮ層３、ｎ型ＡｌＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、及びｐ型ＧａＮ層７を順次成長させる。そして、ｎ型ＧａＮ層３を除く各層４〜７の一部をエッチングにより除去して露出したｎ型ＧａＮ層３の表面にカソード電極９を形成するとともに、残存したｐ型ＧａＮ層７上にアノード電極８を形成する。或いは、各層４〜７をエッチングせずに、ｐ型ＧａＮ層７上にアノード電極８を形成し、ＧａＮウェハの裏面上にカソード電極９を形成してもよい。その後、ＧａＮウェハをチップ状に切断することにより、本実施形態に係る発光ダイオード１Ｃが作製される。
【００５０】
この発光ダイオード１Ｃをフリップチップ実装し、アノード電極８とカソード電極９との間に電流を流すと、活性層５において紫外光（光Ｌｕ）が発生する。この光Ｌｕが発光層３０に達すると、第１窒化物半導体層３１、第２窒化物半導体層３２、及び第３窒化物半導体層３３のそれぞれにおいて吸収され、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂが発生する。これらの光Ｌｒ、Ｌｇ、及びＬｂは、窒化ガリウム基板１７を透過して発光ダイオード１Ｃの外部へ出射されるとともに、互いに合成されて白色光となる。
【００５１】
本実施形態の発光ダイオード１Ｃは、前述した第１実施形態の発光ダイオード１Ａと同様に、希土類元素を含む窒化物半導体からなる発光層３０を備えており、この発光層３０は、活性層５において発生した紫外光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する。これにより、発光物質（希土類元素）の偏在を抑えて均一な分布を容易に実現できると共に、従来の白色発光デバイスで用いられていた樹脂を不要にできる。したがって、本実施形態の発光ダイオード１Ｃによれば、均一な色合いの白色光を実現でき、且つ長寿命化を図ることができる。また、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する半導体層をそれぞれ別個に設けることにより、演色性を高めることができる。
【００５２】
また、本実施形態においても、発光層３０の第１〜第３窒化物半導体層３１〜３３は、活性層５に近い側から第１窒化物半導体層３１、第２窒化物半導体層３２、第３窒化物半導体層３３の順に配置されている。これにより、所望の色合いの白色光を好適に得ることができる。また、窒化ガリウム基板１７として転位密度１×１０8［ｃｍ-2］以下の低転位基板を用いることによって、各半導体層３〜７の低転位化を図り、発光強度を高めることができる。
【００５３】
（第４の実施の形態）
図４は、本発明の第４実施形態としての発光ダイオード１Ｄの構成を示す側断面図である。図４を参照すると、発光ダイオード１Ｄは、窒化ガリウム基板１７を備えている。窒化ガリウム基板１７の構成は、前述した第３実施形態と同様である。窒化ガリウム基板１７の主面１７ａ上には、ｎ型ＧａＮ層３、ｎ型ＡｌＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、及びｐ型ＧａＮ層７が設けられている。そして、発光ダイオード１Ｄは、ｐ型ＧａＮ層７上に設けられた発光層４０を更に備えている。
【００５４】
発光層４０は、希土類元素をドーパントとして含み、活性層５上（本実施形態ではｐ型ＧａＮ層７上）に形成された層である。発光層４０は、活性層５からの光を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光を発生する。発光層４０は、例えばＧａＮなどの窒化物半導体層に希土類元素がドープされて成る。発光層４０は、活性層５において発生した光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒを発する第１窒化物半導体層４１と、光Ｌｕを吸収して緑色光Ｌｇを発する第２窒化物半導体層４２と、光Ｌｕを吸収して青色光Ｌｂを発する第３窒化物半導体層４３とを有している。
【００５５】
第１窒化物半導体層４１、第２窒化物半導体層４２、及び第３窒化物半導体層４３は、それぞれ異なる希土類元素がドープされた層である。具体的には、第１窒化物半導体層４１は窒化物半導体にＥｕがドープされて成り、第２窒化物半導体層４２は窒化物半導体にＴｂがドープされて成り、第３窒化物半導体層４３は窒化物半導体にＥｒがドープされて成る。なお、これらの窒化物半導体層４１〜４３の発光波長および厚さは、第１実施形態の窒化物半導体層１１〜１３と同様である。
【００５６】
窒化物半導体層４１〜４３は、活性層５に近い側から第１窒化物半導体層４１、第２窒化物半導体層４２、第３窒化物半導体層４３の順に配置されている。すなわち、ｐ型ＧａＮ層７上にまず第１窒化物半導体層４１が形成され、その上に第２窒化物半導体層４２が形成され、その上に第３窒化物半導体層４３が形成されている。
【００５７】
このような構成を備える発光ダイオード１Ｄの作製方法の一例を以下に説明する。まず、厚さ１００［μｍ］以上、転位密度１×１０8［ｃｍ-2］以下の（０００１）ＧａＮウェハ上に、ｎ型ＧａＮ層３、ｎ型ＡｌＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、及びｐ型ＧａＮ層７を順次成長させる。そして、ｐ型ＧａＮ層７上に、Ｅｕを濃度１×１０20［ｃｍ-3］でドープしたＧａＮ層、Ｔｂを濃度１×１０20［ｃｍ-3］でドープしたＧａＮ層、及びＥｒを濃度１×１０20［ｃｍ-3］でドープしたＧａＮ層をＭＯＣＶＤ法により順に成長させることによって、第１窒化物半導体層４１、第２窒化物半導体層４２、及び第３窒化物半導体層４３からなる発光層４０を形成する。
【００５８】
続いて、発光層４０上にアノード電極８を形成し、ＧａＮウェハの裏面上にカソード電極９を形成する。或いは、ｎ型ＧａＮ層３を除く各層４〜７及び発光層４０の一部をエッチングにより除去して、露出したｎ型ＧａＮ層３の表面にカソード電極９を形成するとともに、残存した発光層４０上にアノード電極を形成してもよい。その後、ＧａＮウェハをチップ状に切断することにより、本実施形態に係る発光ダイオード１Ｄが作製される。
【００５９】
この発光ダイオード１Ｄを、窒化ガリウム基板１７を下にしてワイヤボンディング等により実装し、アノード電極８とカソード電極９との間に電流を流すと、活性層５において紫外光（光Ｌｕ）が発生する。この光Ｌｕが発光層４０に達すると、第１窒化物半導体層４１、第２窒化物半導体層４２、及び第３窒化物半導体層４３のそれぞれにおいて吸収され、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂが発生する。これらの光Ｌｒ、Ｌｇ、及びＬｂは、発光層４０の表面のうちアノード電極８に覆われていない部分を通って発光ダイオード１Ｄの外部へ出射されるとともに、互いに合成されて白色光となる。
【００６０】
本実施形態の発光ダイオード１Ｄは、前述した第１実施形態の発光ダイオード１Ａと同様に、希土類元素を含む窒化物半導体からなる発光層４０を備えており、この発光層４０は、活性層５において発生した紫外光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する。これにより、発光物質（希土類元素）の偏在を抑えて均一な分布を容易に実現できると共に、従来の白色発光デバイスで用いられていた樹脂を不要にできる。したがって、本実施形態の発光ダイオード１Ｄによれば、均一な色合いの白色光を実現でき、且つ長寿命化を図ることができる。また、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する半導体層をそれぞれ別個に設けることにより、演色性を高めることができる。
【００６１】
また、本実施形態においても、発光層４０の第１〜第３窒化物半導体層４１〜４３は、活性層５に近い側から第１窒化物半導体層４１、第２窒化物半導体層４２、第３窒化物半導体層４３の順に配置されている。これにより、所望の色合いの白色光を好適に得ることができる。
【００６２】
（第５の実施の形態）
図５は、本発明の第５実施形態としての発光ダイオード１Ｅの構成を示す側断面図である。図５を参照すると、発光ダイオード１Ｅは、第１実施形態の窒化ガリウム基板１５に代えて、窒化ガリウム基板１８を備えている。窒化ガリウム基板１８は、アンドープＧａＮ、或いはｎ型ＧａＮからなる。窒化ガリウム基板１８の厚さは例えば１００［μｍ］以上であることが好ましく、転位密度は１×１０8［ｃｍ-2］以下であることが好ましい。また、窒化ガリウム基板１８はその表面が（０００１）結晶面を含むように形成されており、主面１８ａとしてガリウム面（Ｇａ面）が用いられている。そして、ｎ型ＧａＮ層３、ｎ型ＡｌＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、及びｐ型ＧａＮ層７は、窒化ガリウム基板１８の主面１８ａ上に積層されている。
【００６３】
窒化ガリウム基板１８における主面１８ａ側の内部には、活性層５からの光を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光を発生する発光層５０が形成されている。発光層５０は、窒化ガリウム基板１８を構成するＧａＮの一部に希土類元素がイオン注入されて成り、活性層５において発生した光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒを発する第１窒化物半導体領域５１と、光Ｌｕを吸収して緑色光Ｌｇを発する第２窒化物半導体領域５２と、光Ｌｕを吸収して青色光Ｌｂを発する第３窒化物半導体領域５３とを有している。
【００６４】
第１窒化物半導体領域５１、第２窒化物半導体領域５２、及び第３窒化物半導体領域５３は、それぞれ異なる希土類元素が窒化ガリウム基板１８の主面１８ａの異なる領域にイオン注入されることによって形成された層である。具体的には、第１窒化物半導体領域５１は、窒化ガリウム基板１８の主面１８ａにおける第１の領域１８ｃに、希土類元素としてＥｕがイオン注入されることにより形成されている。また、第２窒化物半導体領域５２は、主面１８ａにおける第１の領域１８ｃとは別の第２の領域１８ｄに、希土類元素としてＴｂがイオン注入されることにより形成されている。また、第３窒化物半導体領域５３は、主面１８ａにおける各領域１８ｃ，１８ｄとは別の第３の領域１８ｅに、希土類元素としてＥｒがイオン注入されることにより形成されている。なお、これらの窒化物半導体領域５１〜５３のイオン注入深さは互いに等しいことが好ましく、好適な発光波長および厚さ（イオン注入深さ）は、第１実施形態の窒化物半導体層１１〜１３と同様である。
【００６５】
なお、窒化ガリウム基板１８は、発光層５０から出射される赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを十分に透過できる厚さであることが好ましい。
【００６６】
このような構成を備える発光ダイオード１Ｅの作製方法の一例を以下に説明する。まず、厚さ１００［μｍ］以上、転位密度１×１０8［ｃｍ-2］以下の（０００１）ＧａＮウェハのＧａ面側に、Ｅｕ、Ｔｂ、及びＥｒを相互に位置を変えて１×１０20［ｃｍ-3］ずつイオン注入することにより、第１窒化物半導体領域５１、第２窒化物半導体領域５２、及び第３窒化物半導体領域５３からなる発光層５０を形成する。次に、このＧａＮウェハをＭＯＣＶＤ炉の中におき、炉の内部を窒素（Ｎ2）及びアンモニア（ＮＨ3）雰囲気として１０００［℃］で３０分間のアニールを行い、ＧａＮウェハの表面におけるイオン注入された領域の結晶性を回復させる。
【００６７】
続いて、ＧａＮウェハのＧａ面上に、ｎ型ＧａＮ層３、ｎ型ＡｌＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、及びｐ型ＧａＮ層７を順次成長させる。そして、ｐ型ＧａＮ層７上にアノード電極８を形成し、ＧａＮウェハの裏面上にカソード電極９を形成する。或いは、ｎ型ＧａＮ層３を除く各層４〜７の一部をエッチングにより除去して、露出したｎ型ＧａＮ層３の表面にカソード電極９を形成するとともに、残存したｐ型ＧａＮ層７上にアノード電極８を形成してもよい。その後、ＧａＮウェハをチップ状に切断することにより、本実施形態に係る発光ダイオード１Ｅが作製される。
【００６８】
この発光ダイオード１Ｅを、窒化ガリウム基板１８を上にしてワイヤボンディング等により実装し、アノード電極８とカソード電極９との間に電流を流すと、活性層５において紫外光（光Ｌｕ）が発生する。この光Ｌｕが発光層５０に達すると、第１窒化物半導体領域５１、第２窒化物半導体領域５２、及び第３窒化物半導体領域５３のそれぞれにおいて吸収され、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂが発生する。これらの光Ｌｒ、Ｌｇ、及びＬｂは、窒化ガリウム基板１８を透過して発光ダイオード１Ｅの外部へ出射されるとともに、互いに合成されて白色光となる。
【００６９】
本実施形態の発光ダイオード１Ｅは、前述した第１実施形態の発光ダイオード１Ａと同様に、希土類元素を含む窒化物半導体からなる発光層５０を備えており、この発光層５０は、活性層５において発生した紫外光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する。これにより、発光物質（希土類元素）の偏在を抑えて均一な分布を容易に実現できると共に、従来の白色発光デバイスで用いられていた樹脂を不要にできる。したがって、本実施形態の発光ダイオード１Ｅによれば、均一な色合いの白色光を実現でき、且つ長寿命化を図ることができる。また、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する半導体領域をそれぞれ別個に設けることにより、演色性を高めることができる。
【００７０】
また、本実施形態のように、発光層５０の第１窒化物半導体領域５１が希土類元素としてＥｕを含み、第２窒化物半導体領域５２が希土類元素としてＴｂを含み、第３窒化物半導体領域５３が希土類元素としてＥｒを含むとよい。これにより、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する第１〜第３窒化物半導体領域５１〜５３を好適に実現できる。また、窒化ガリウム基板１８として転位密度１×１０8［ｃｍ-2］以下の低転位基板を用いることによって、各半導体層３〜７の低転位化を図り、発光強度を高めることができる。
【００７１】
（第６の実施の形態）
図６は、本発明の第６実施形態としての発光ダイオード１Ｆの構成を示す側断面図である。本実施形態の発光ダイオード１Ｆは、前述した第５実施形態の発光ダイオード１Ｅ（図５参照）に対して電極の形状が相違している。すなわち、本実施形態の発光ダイオード１Ｆは、第５実施形態のアノード電極８及びカソード電極９に代えて、アノード電極６１ａ〜６１ｃ及びカソード電極６２ａ〜６２ｃを備えている。アノード電極６１ａ〜６１ｃは、例えばＮｉ／Ａｕ／Ａｌ／Ａｕといった金属をｐ型ＧａＮ層７上に順次積層してなり、ｐ型ＧａＮ層７との間でオーミック接触が実現されている。また、カソード電極６２ａ〜６２ｃは、例えばＴｉ／Ａｌ／Ａｕといった金属を窒化ガリウム基板１８の裏面１８ｂ上に順次積層してなり、窒化ガリウム基板１８との間でオーミック接触が実現されている。
【００７２】
アノード電極６１ａ及びカソード電極６２ａは、窒化ガリウム基板１８の厚さ方向から見て第１窒化物半導体領域５１と重なる位置に形成されている。また、アノード電極６１ｂ及びカソード電極６２ｂは、窒化ガリウム基板１８の厚さ方向から見て第２窒化物半導体領域５２と重なる位置に形成されている。また、アノード電極６１ｃ及びカソード電極６２ｃは、窒化ガリウム基板１８の厚さ方向から見て第３窒化物半導体領域５３と重なる位置に形成されている。すなわち、本実施形態では、３組のアノード電極及びカソード電極が、第１窒化物半導体領域５１、第２窒化物半導体領域５２、及び第３窒化物半導体領域５３のそれぞれに対応して設けられている。これにより、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂのそれぞれを独立して発光させることができるので、ＲＧＢ発光を行う発光デバイスを１チップで実現できる。
【００７３】
本発明による発光ダイオードは、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記各実施形態では活性層としてＭＱＷ構造のものを例示したが、本発明は他の構造の活性層を備える発光ダイオードにも適用可能である。また、活性層や他の半導体層は窒化物半導体であればよく、上記各実施形態において例示した組成に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態による発光ダイオードの構成を示す側断面図である。
【図２】図２は、本発明の第２実施形態による発光ダイオードの構成を示す側断面図である。
【図３】図３は、本発明の第３実施形態による発光ダイオードの構成を示す側断面図である。
【図４】図４は、本発明の第４実施形態による発光ダイオードの構成を示す側断面図である。
【図５】図５は、本発明の第５実施形態による発光ダイオードの構成を示す側断面図である。
【図６】図６は、本発明の第６実施形態による発光ダイオードの構成を示す側断面図である。
【図７】図７は、特許文献１に記載された白色発光デバイスの構成を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１Ａ〜１Ｆ…発光ダイオード、３…ｎ型ＧａＮ層、４…ｎ型ＡｌＧａＮ層、５…活性層、６…ｐ型ＡｌＧａＮ層、７…ｐ型ＧａＮ層、８…アノード電極、９…カソード電極、１０，２０，３０，４０，５０…発光層、１１，２１，３１，４１…第１窒化物半導体層、１２，２２，３２，４２…第２窒化物半導体層、１３，２３，３３，４３…第３窒化物半導体層、１５，１６，１７，１８…窒化ガリウム基板、１８ｃ…第１の領域、１８ｄ…第２の領域、１８ｅ…第３の領域、５１…第１窒化物半導体領域、５２…第２窒化物半導体領域、５３…第３窒化物半導体領域、Ｌｂ…青色光、Ｌｇ…緑色光、Ｌｒ…赤色光、Ｌｕ…紫外光。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）や紫外ＬＥＤといった短波長のＬＥＤと、これらのＬＥＤからの光によって蛍光を発する蛍光体とを用いた白色発光デバイスが盛んに開発され、実用化されている。図７は、特許文献１に記載された白色発光デバイスの構成を示す側断面図である。図７に示す白色発光デバイス１００は、支持基体１０１と、支持基体１０１の上に搭載されたフリップチップ型の青色ＬＥＤ１０２と、青色ＬＥＤ１０２の周囲を封止する蛍光体層１０３とを備えており、蛍光体層１０３は、黄色系蛍光体粒子１０４と、母材である透光性樹脂１０５との混合体からなる。そして、青色ＬＥＤ１０２から出射される青色光と、この青色光により黄色系蛍光体粒子１０４が励起され発生した黄色光とが合成され、白色光として取り出される。
【特許文献１】特開２００７−２３５１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、蛍光体粒子を混合した樹脂を備える白色発光デバイスでは、ＬＥＤを樹脂で封止する際の厚みのばらつきや、樹脂内部における蛍光体粒子の分布の偏りによって、均一な色合いを有する白色光を得ることが難しい。また、樹脂は半導体より早く劣化するため、デバイスの長寿命化を妨げる一因となる。
【０００４】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、均一な色合いの白色光を実現でき、且つ長寿命化を図ることができる発光ダイオードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した課題を解決するために、本発明による発光ダイオードは、窒化ガリウム基板と、窒化物半導体からなり窒化ガリウム基板の主面上に設けられた活性層と、希土類元素を含む窒化物半導体からなり、活性層において発生した光を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光をそれぞれ発する第１〜第３窒化物半導体層を有する発光層とを備えることを特徴とする。
【０００６】
この発光ダイオードは、希土類元素を含む窒化物半導体からなる発光層を備えており、この発光層は、活性層において発生した光（活性層が窒化物半導体からなるので、この光の波長はおよそ３６５［ｎｍ］〜４４０［ｎｍ］となる）を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光を発する。このように、活性層からの光により励起される発光物質（希土類元素）を半導体の内部に含ませることにより、該発光物質の均一な分布を容易に実現できると共に、樹脂を不要にできる。したがって、上記した発光ダイオードによれば、均一な色合いの白色光を実現でき、且つ長寿命化を図ることができる。また、赤色光、緑色光、及び青色光を発する半導体層をそれぞれ別個に設けることにより、例えば青色ＬＥＤの光と黄色の蛍光とを混合するタイプの白色発光デバイスと比較して、より演色性を高めることができる。
【０００７】
また、発光ダイオードは、発光層の第１〜第３窒化物半導体層が、希土類元素としてそれぞれＥｕ、Ｔｂ、及びＥｒを含むことを特徴としてもよい。これにより、赤色光、緑色光、及び青色光を発する第１〜第３窒化物半導体層を好適に実現できる。
【０００８】
また、発光ダイオードは、発光層の第１〜第３窒化物半導体層が、活性層に近い側から第１窒化物半導体層、第２窒化物半導体層、第３窒化物半導体層の順に配置されていることを特徴としてもよい。このように、発する光の波長が短い層ほど活性層から遠くなるように各層を配置することにより、第３窒化物半導体層から出た光が発光ダイオードの外部へ出力される際の第１、第２窒化物半導体層における吸収を防ぎ、且つ、第２窒化物半導体層から出た光が発光ダイオードの外部へ出力される際の第１窒化物半導体層における吸収を防ぐことができるので、所望の色合いの白色光を好適に得ることができる。
【０００９】
また、発光ダイオードは、発光層が、窒化ガリウム基板の主面に希土類元素がイオン注入されて成ることを特徴としてもよく、また、発光層が、窒化ガリウム基板の裏面に希土類元素がイオン注入されて成ることを特徴としてもよい。或いは、発光層が、希土類元素をドーパントとして含み窒化ガリウム基板の主面と活性層との間に形成された層であることを特徴としてもよく、また、発光層が、希土類元素をドーパントとして含み活性層上に形成された層であることを特徴としてもよい。これらのうち何れかの構成によって、上記した第１〜第３窒化物半導体層を好適に実現できる。
【００１０】
また、本発明による別の発光ダイオードは、窒化ガリウム基板と、窒化物半導体からなり窒化ガリウム基板の主面上に設けられた活性層と、希土類元素を含む窒化物半導体からなり、活性層において発生した光を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光をそれぞれ発する第１〜第３窒化物半導体領域を有する発光層とを備え、第１窒化物半導体領域は、窒化ガリウム基板の主面における第１の領域に希土類元素がイオン注入されて成り、第２窒化物半導体領域は、主面における第１の領域とは別の第２の領域に希土類元素がイオン注入されて成り、第３窒化物半導体領域は、主面における第１及び第２の領域とは別の第３の領域に希土類元素がイオン注入されて成ることを特徴とする。
【００１１】
この発光ダイオードは、窒化物半導体基板に希土類元素がイオン注入されてなる発光層を備えており、この発光層は、活性層において発生した光を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光を発する。このように、活性層からの光により励起される発光物質（希土類元素）を半導体の内部に含ませることにより、該発光物質の均一な分布を容易に実現させ得ると共に、樹脂を不要にできる。したがって、この発光ダイオードによれば、均一な色合いの白色光を実現でき、且つ長寿命化を図ることができる。また、赤色光、緑色光、及び青色光を発する半導体領域をそれぞれ別個に設けることにより、演色性を高めることができる。
【００１２】
また、上記した別の発光ダイオードは、発光層の第１〜第３窒化物半導体領域が、希土類元素としてそれぞれＥｕ、Ｔｂ、及びＥｒをイオン注入されて成ることを特徴としてもよい。これにより、赤色光、緑色光、及び青色光を発する第１〜第３窒化物半導体領域を好適に実現できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による発光ダイオードによれば、均一な色合いの白色光を実現でき、且つ長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明による発光ダイオードの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１実施形態としての発光ダイオード１Ａの構成を示す側断面図である。図１を参照すると、発光ダイオード１Ａは、窒化ガリウム基板１５を備えている。また、発光ダイオード１Ａは、窒化ガリウム基板１５の主面１５ａ上に順に積層されたｎ型ＧａＮ層３及びｎ型ＡｌＧａＮ層４といった第１導電型窒化物半導体層を備えている。ｎ型ＧａＮ層３は、ｎ型の不純物（例えばＳｉ）がドープされたＧａＮからなり、ｎ型ＡｌＧａＮ層４は、ｎ型の不純物（例えばＳｉ）がドープされたＡｌX1Ｇａ1-X1Ｎ（０＜Ｘ１＜１）からなる。また、発光ダイオード１Ａは、ｎ型ＡｌＧａＮ層４上に設けられた活性層５を備えている。また、発光ダイオード１Ａは、活性層５上に順に積層されたｐ型ＡｌＧａＮ層６及びｐ型ＧａＮ層７といった第２導電型窒化物半導体層を備えている。ｐ型ＡｌＧａＮ層６は、ｐ型の不純物（例えばＭｇ）がドープされたＡｌX2Ｇａ1-X2Ｎ（０＜Ｘ２＜１）からなり、ｐ型ＧａＮ層７は、ｐ型の不純物（例えばＭｇ）がドープされたＧａＮからなる。
【００１６】
活性層５は、電流（キャリア）が注入されることにより光Ｌｕを発生する層である。本実施形態では、光Ｌｕの波長帯は例えば紫外から青紫色となる波長帯（３６５［ｎｍ］〜４４０［ｎｍ］）であり、一実施例では３８０［ｎｍ］である。活性層５は、ｎ型ＡｌＧａＮ層４上に形成されており、多重量子井戸構造を有している。具体的には、活性層５は、バリア層及び井戸層をそれぞれ複数有している。すなわち、活性層５は、バリア層及び井戸層が交互に積層されることにより構成されている。バリア層及び井戸層は、ＡｌX3ＩｎYＧａ1-X3-YＮ（０≦Ｘ３＜１、０≦Ｙ＜１、０＜Ｘ３＋Ｙ＜１）といった窒化物半導体からなる。本実施形態のバリア層の組成はＸ３＞Ｙ、一実施例ではＸ３＝０．２且つＹ＝０である。また、本実施形態の井戸層の組成はＸ３＜Ｙ、一実施例ではＸ３＝０且つＹ＝０．０５である。このように、バリア層及び井戸層の組成は、バリア層のバンドギャップが井戸層のバンドギャップよりも大きくなるように調整されている。この構成により、活性層５に注入されたキャリアが井戸層に効率よく閉じ込められる。
【００１７】
発光ダイオード１Ａは、上記構成に加え、更にアノード電極８及びカソード電極９を備えている。アノード電極８は、ｐ型ＧａＮ層７の活性層５と対向する面とは反対側の面上に設けられている。本実施形態では、アノード電極８は、ｐ型ＧａＮ層７上のほぼ全面にわたって設けられている。アノード電極８は例えばＮｉ／Ａｕ／Ａｌ／Ａｕといった金属を順次積層してなり、アノード電極８とｐ型ＧａＮ層７との間でオーミック接触が実現されている。また、アノード電極８は、活性層５において発生した光Ｌｕを反射する機能も有している。
【００１８】
カソード電極９は、ｎ型ＧａＮ層３の窒化ガリウム基板１５と対向する面とは反対側の面上において、ｎ型ＡｌＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、及びｐ型ＧａＮ層７が設けられた領域とは別の領域上に設けられている。カソード電極９は、例えばＴｉ／Ａｌ／Ａｕといった金属を順次積層してなり、カソード電極９とｎ型ＧａＮ層３との間でオーミック接触が実現されている。なお、カソード電極９は、窒化ガリウム基板１５の裏面１５ｂ上の一部に形成されてもよい。
【００１９】
窒化ガリウム基板１５は、アンドープＧａＮ、或いはｎ型ＧａＮからなる。窒化ガリウム基板１５の厚さは例えば１００［μｍ］以上であることが好ましく、転位密度は１×１０8［ｃｍ-2］以下であることが好ましい。また、本実施形態では、窒化ガリウム基板１５はその表面が（０００１）結晶面を含むように形成されており、主面１５ａとしてガリウム面（Ｇａ面）が用いられている。
【００２０】
また、窒化ガリウム基板１５における主面１５ａ側の内部には、活性層５からの光を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光を発生する発光層１０が形成されている。発光層１０は、窒化ガリウム基板１５を構成するＧａＮの一部に希土類元素が含まれて成り、活性層５において発生した光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒを発する第１窒化物半導体層１１と、光Ｌｕを吸収して緑色光Ｌｇを発する第２窒化物半導体層１２と、光Ｌｕを吸収して青色光Ｌｂを発する第３窒化物半導体層１３とを有している。
【００２１】
第１窒化物半導体層１１、第２窒化物半導体層１２、及び第３窒化物半導体層１３は、それぞれ異なる希土類元素が窒化ガリウム基板１５の主面１５ａにイオン注入されることによって形成された層である。具体的には、第１窒化物半導体層１１はユウロビウム（Ｅｕ）が主面１５ａにイオン注入されて成り、第２窒化物半導体層１２はテルビウム（Ｔｂ）が主面１５ａにイオン注入されて成り、第３窒化物半導体層１３はエルビウム（Ｅｒ）が主面１５ａにイオン注入されて成る。第１窒化物半導体層１１のＥｕは、紫外光である光Ｌｕにより励起されて波長６３０［ｎｍ］〜７６０［ｎｍ］の赤色光を発光する。第２窒化物半導体層１２のＴｂは、光Ｌｕにより励起されて波長５２０［ｎｍ］〜５７０［ｎｍ］の緑色光を発光する。第３窒化物半導体層１３のＥｒは、光Ｌｕにより励起されて波長４４０［ｎｍ］〜４７０［ｎｍ］の青色光を発光する。なお、第１窒化物半導体層１１、第２窒化物半導体層１２、及び第３窒化物半導体層１３の好適な厚さは、それぞれ５０［μｍ］〜２００［μｍ］である。
【００２２】
これらの窒化物半導体層１１〜１３は、活性層５に近い側から第１窒化物半導体層１１、第２窒化物半導体層１２、第３窒化物半導体層１３の順に配置されている。すなわち、第３窒化物半導体層１３のイオン注入深さが最も深く、次いで第２窒化物半導体層１２のイオン注入深さが深く、第１窒化物半導体層１１のイオン注入深さが最も浅い。
【００２３】
なお、窒化ガリウム基板１５の厚さは、これらの窒化物半導体層１１〜１３から出射される赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを十分に透過できる厚さであることが好ましい。
【００２４】
このような構成を備える発光ダイオード１Ａの作製方法の一例を以下に説明する。まず、厚さ１００［μｍ］以上、転位密度１×１０8［ｃｍ-2］以下の（０００１）ＧａＮウェハのＧａ面側に、Ｅｒ、Ｔｂ、及びＥｕを深さを変えて１×１０20［ｃｍ-3］ずつイオン注入することにより、第１窒化物半導体層１１、第２窒化物半導体層１２、及び第３窒化物半導体層１３からなる発光層１０を形成する。次に、このＧａＮウェハをＭＯＣＶＤ炉の中におき、炉の内部を窒素（Ｎ2）及びアンモニア（ＮＨ3）雰囲気として１０００［℃］で３０分間のアニールを行い、ＧａＮウェハの表面におけるイオン注入された領域の結晶性を回復させる。
【００２５】
続いて、ＧａＮウェハのＧａ面上に、ｎ型ＧａＮ層３、ｎ型ＡｌＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、及びｐ型ＧａＮ層７を順次成長させる。そして、ｎ型ＧａＮ層３を除く各層４〜７の一部をエッチングにより除去して露出したｎ型ＧａＮ層３の表面にカソード電極９を形成するとともに、残存したｐ型ＧａＮ層７上にアノード電極８を形成する。或いは、各層４〜７をエッチングせずに、ｐ型ＧａＮ層７上にアノード電極８を形成し、ＧａＮウェハの裏面上にカソード電極９を形成してもよい。その後、ＧａＮウェハをチップ状に切断することにより、本実施形態に係る発光ダイオード１Ａが作製される。
【００２６】
この発光ダイオード１Ａをフリップチップ実装し、アノード電極８とカソード電極９との間に電流を流すと、活性層５において紫外光（光Ｌｕ）が発生する。この光Ｌｕが発光層１０に達すると、第１窒化物半導体層１１、第２窒化物半導体層１２、及び第３窒化物半導体層１３のそれぞれにおいて吸収され、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂが発生する。これらの光Ｌｒ、Ｌｇ、及びＬｂは、窒化ガリウム基板１５を透過して発光ダイオード１Ａの外部へ出射されるとともに、互いに合成されて白色光となる。
【００２７】
本実施形態の発光ダイオード１Ａが奏する効果について説明する。発光ダイオード１Ａは、希土類元素を含む窒化物半導体からなる発光層１０を備えており、この発光層１０は、活性層５において発生した紫外光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する。このように、活性層５からの光Ｌｕにより励起される発光物質（希土類元素）を半導体の内部に含ませることにより、該発光物質の偏在を抑えて均一な分布を容易に実現できると共に、従来の白色発光デバイスで用いられていた樹脂を不要にできる。したがって、本実施形態の発光ダイオード１Ａによれば、均一な色合いの白色光を実現でき、且つ長寿命化を図ることができる。また、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する半導体層を、第１窒化物半導体層１１、第２窒化物半導体層１２、及び第３窒化物半導体層１３としてそれぞれ別個に設けることにより、例えば青色ＬＥＤの光と黄色の蛍光とを混合するタイプの白色発光デバイスと比較して、演色性をより高めることができる。
【００２８】
また、本実施形態のように、発光層１０の第１窒化物半導体層１１が希土類元素としてＥｕを含み、第２窒化物半導体層１２が希土類元素としてＴｂを含み、第３窒化物半導体層１３が希土類元素としてＥｒを含むとよい。これにより、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する第１〜第３窒化物半導体層１１〜１３を好適に実現できる。
【００２９】
また、本実施形態のように、発光層１０の第１〜第３窒化物半導体層１１〜１３は、活性層５に近い側から第１窒化物半導体層１１、第２窒化物半導体層１２、第３窒化物半導体層１３の順に配置されているとよい。このように、発する光の波長が短い層ほど活性層５から遠くなるように窒化物半導体層１１〜１３を配置することにより、第３窒化物半導体層１３から出た赤色光Ｌｒが発光ダイオード１Ａの外部へ出射する際に第１窒化物半導体層１１及び第２窒化物半導体層１２に吸収されることを効果的に防ぎ、且つ、第２窒化物半導体層１２から出た緑色光Ｌｇが発光ダイオード１Ａの外部へ出射する際に第１窒化物半導体層１１に吸収されることを効果的に防ぐことができる。したがって、所望の色合いの白色光を好適に得ることができる。
【００３０】
また、本実施形態のように、窒化ガリウム基板１５として転位密度１×１０8［ｃｍ-2］以下の低転位基板を用いることによって、各半導体層３〜７の低転位化を図り、発光強度を高めることができる。
【００３１】
続いて、本発明の第２〜第６実施形態について説明する。なお、以下の説明では、各実施形態の発光ダイオードと第１実施形態の発光ダイオード１Ａとの構成上の相違点について主に説明し、同様の構成を備える点については詳細な説明を省略する。
【００３２】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２実施形態としての発光ダイオード１Ｂの構成を示す側断面図である。図２を参照すると、発光ダイオード１Ｂは、第１実施形態の窒化ガリウム基板１５に代えて、窒化ガリウム基板１６を備えている。窒化ガリウム基板１６は、アンドープＧａＮ、或いはｎ型ＧａＮからなる。窒化ガリウム基板１６の厚さは例えば１００［μｍ］以上であることが好ましく、転位密度は１×１０8［ｃｍ-2］以下であることが好ましい。また、本実施形態では、窒化ガリウム基板１６はその表面が（０００１）結晶面を含むように形成されており、主面１６ａとしてガリウム面（Ｇａ面）が用いられている。そして、ｎ型ＧａＮ層３、ｎ型ＡｌＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、及びｐ型ＧａＮ層７は、窒化ガリウム基板１６の主面１６ａ上に積層されている。
【００３３】
窒化ガリウム基板１６における裏面１６ｂ側の内部には、活性層５からの光を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光を発生する発光層２０が形成されている。発光層２０は、窒化ガリウム基板１６を構成するＧａＮの一部に希土類元素が含まれて成り、活性層５において発生した光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒを発する第１窒化物半導体層２１と、光Ｌｕを吸収して緑色光Ｌｇを発する第２窒化物半導体層２２と、光Ｌｕを吸収して青色光Ｌｂを発する第３窒化物半導体層２３とを有している。
【００３４】
第１窒化物半導体層２１、第２窒化物半導体層２２、及び第３窒化物半導体層２３は、それぞれ異なる希土類元素が窒化ガリウム基板１６の裏面１６ｂにイオン注入されることによって形成された層である。具体的には、第１窒化物半導体層２１はＥｕが裏面１６ｂにイオン注入されて成り、第２窒化物半導体層２２はＴｂが裏面１６ｂにイオン注入されて成り、第３窒化物半導体層２３はＥｒが裏面１６ｂにイオン注入されて成る。なお、これらの窒化物半導体層２１〜２３の発光波長および厚さは、第１実施形態の窒化物半導体層１１〜１３と同様である。
【００３５】
窒化物半導体層２１〜２３は、活性層５に近い側から第１窒化物半導体層２１、第２窒化物半導体層２２、第３窒化物半導体層２３の順に配置されている。すなわち、第１窒化物半導体層２１のイオン注入深さが最も深く、次いで第２窒化物半導体層２２のイオン注入深さが深く、第３窒化物半導体層２３のイオン注入深さが最も浅い。
【００３６】
なお、窒化ガリウム基板１６は、活性層５から出射される光Ｌｕを十分に透過できる厚さであることが好ましい。
【００３７】
このような構成を備える発光ダイオード１Ｂの作製方法の一例を以下に説明する。まず、厚さ１００［μｍ］以上、転位密度１×１０8［ｃｍ-2］以下の（０００１）ＧａＮウェハの窒素面（Ｎ面）側に、Ｅｕ、Ｔｂ、及びＥｒを深さを変えて１×１０20［ｃｍ-3］ずつイオン注入することにより、第１窒化物半導体層２１、第２窒化物半導体層２２、及び第３窒化物半導体層２３からなる発光層２０を形成する。次に、このＧａＮウェハをＭＯＣＶＤ炉の中におき、炉の内部を窒素（Ｎ2）及びアンモニア（ＮＨ3）雰囲気として１０００［℃］で３０分間のアニールを行い、ＧａＮウェハの表面におけるイオン注入された領域の結晶性を回復させる。
【００３８】
続いて、ＧａＮウェハのＧａ面上に、ｎ型ＧａＮ層３、ｎ型ＡｌＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、及びｐ型ＧａＮ層７を順次成長させる。そして、ｎ型ＧａＮ層３を除く各層４〜７の一部をエッチングにより除去して露出したｎ型ＧａＮ層３の表面にカソード電極９を形成するとともに、残存したｐ型ＧａＮ層７上にアノード電極８を形成する。或いは、各層４〜７をエッチングせずに、ｐ型ＧａＮ層７上にアノード電極８を形成し、ＧａＮウェハの裏面上にカソード電極９を形成してもよい。その後、ＧａＮウェハをチップ状に切断することにより、本実施形態に係る発光ダイオード１Ｂが作製される。
【００３９】
この発光ダイオード１Ｂをフリップチップ実装し、アノード電極８とカソード電極９との間に電流を流すと、活性層５において紫外光（光Ｌｕ）が発生する。この光Ｌｕが窒化ガリウム基板１６を透過して発光層２０に達すると、第１窒化物半導体層２１、第２窒化物半導体層２２、及び第３窒化物半導体層２３のそれぞれにおいて吸収され、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂが発生する。これらの光Ｌｒ、Ｌｇ、及びＬｂは、発光ダイオード１Ｂの外部へ出射されるとともに、互いに合成されて白色光となる。
【００４０】
本実施形態の発光ダイオード１Ｂは、前述した第１実施形態の発光ダイオード１Ａと同様に、希土類元素を含む窒化物半導体からなる発光層２０を備えており、この発光層２０は、活性層５において発生した紫外光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する。これにより、発光物質（希土類元素）の偏在を抑えて均一な分布を容易に実現できると共に、従来の白色発光デバイスで用いられていた樹脂を不要にできる。したがって、本実施形態の発光ダイオード１Ｂによれば、均一な色合いの白色光を実現でき、且つ長寿命化を図ることができる。また、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する半導体層をそれぞれ別個に設けることにより、演色性を高めることができる。
【００４１】
また、本実施形態においても、発光層２０の第１〜第３窒化物半導体層２１〜２３は、活性層５に近い側から第１窒化物半導体層２１、第２窒化物半導体層２２、第３窒化物半導体層２３の順に配置されている。これにより、所望の色合いの白色光を好適に得ることができる。また、窒化ガリウム基板１６として転位密度１×１０8［ｃｍ-2］以下の低転位基板を用いることによって、各半導体層３〜７の低転位化を図り、発光強度を高めることができる。
【００４２】
（第３の実施の形態）
図３は、本発明の第３実施形態としての発光ダイオード１Ｃの構成を示す側断面図である。図３を参照すると、発光ダイオード１Ｃは、窒化ガリウム基板１７を備えている。また、発光ダイオード１Ｃは、窒化ガリウム基板１７の主面１７ａ上に設けられた発光層３０を備えている。本実施形態では、ｎ型ＧａＮ層３、ｎ型ＡｌＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、及びｐ型ＧａＮ層７は、発光層３０上に順に積層されている。
【００４３】
窒化ガリウム基板１７は、アンドープＧａＮ、或いはｎ型ＧａＮからなる。窒化ガリウム基板１７の厚さは例えば１００［μｍ］以上であることが好ましく、転位密度は１×１０8［ｃｍ-2］以下であることが好ましい。また、窒化ガリウム基板１７はその表面が（０００１）結晶面を含むように形成されている。
【００４４】
発光層３０は、希土類元素をドーパントとして含み、窒化ガリウム基板１７の主面１７ａと活性層５との間に形成された層である。発光層３０は、活性層５からの光を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光を発生する。発光層３０は、例えばＧａＮなどの窒化物半導体層に希土類元素がドープされて成り、ＧａＮからなる場合はバッファ層としても機能する。発光層３０は、活性層５において発生した光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒを発する第１窒化物半導体層３１と、光Ｌｕを吸収して緑色光Ｌｇを発する第２窒化物半導体層３２と、光Ｌｕを吸収して青色光Ｌｂを発する第３窒化物半導体層３３とを有している。
【００４５】
第１窒化物半導体層３１、第２窒化物半導体層３２、及び第３窒化物半導体層３３は、それぞれ異なる希土類元素がドープされた層である。具体的には、第１窒化物半導体層３１は窒化物半導体にＥｕがドープされて成り、第２窒化物半導体層３２は窒化物半導体にＴｂがドープされて成り、第３窒化物半導体層３３は窒化物半導体にＥｒがドープされて成る。なお、これらの窒化物半導体層３１〜３３の発光波長および厚さは、第１実施形態の窒化物半導体層１１〜１３と同様である。
【００４６】
窒化物半導体層３１〜３３は、活性層５に近い側から第１窒化物半導体層３１、第２窒化物半導体層３２、第３窒化物半導体層３３の順に配置されている。すなわち、窒化ガリウム基板１７の主面１７ａ上にまず第３窒化物半導体層３３が形成され、その上に第２窒化物半導体層３２が形成され、その上に第１窒化物半導体層３１が形成されている。
【００４７】
なお、窒化ガリウム基板１７は、発光層３０から出射される赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを十分に透過できる厚さであることが好ましい。
【００４８】
このような構成を備える発光ダイオード１Ｃの作製方法の一例を以下に説明する。まず、厚さ１００［μｍ］以上、転位密度１×１０8［ｃｍ-2］以下の（０００１）ＧａＮウェハ上に、Ｅｒを濃度１×１０20［ｃｍ-3］でドープしたＧａＮ層、Ｔｂを濃度１×１０20［ｃｍ-3］でドープしたＧａＮ層、及びＥｕを濃度１×１０20［ｃｍ-3］でドープしたＧａＮ層をＭＯＣＶＤ法により順に成長させることによって、第１窒化物半導体層３１、第２窒化物半導体層３２、及び第３窒化物半導体層３３からなる発光層３０を形成する。
【００４９】
続いて、発光層３０上に、ｎ型ＧａＮ層３、ｎ型ＡｌＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、及びｐ型ＧａＮ層７を順次成長させる。そして、ｎ型ＧａＮ層３を除く各層４〜７の一部をエッチングにより除去して露出したｎ型ＧａＮ層３の表面にカソード電極９を形成するとともに、残存したｐ型ＧａＮ層７上にアノード電極８を形成する。或いは、各層４〜７をエッチングせずに、ｐ型ＧａＮ層７上にアノード電極８を形成し、ＧａＮウェハの裏面上にカソード電極９を形成してもよい。その後、ＧａＮウェハをチップ状に切断することにより、本実施形態に係る発光ダイオード１Ｃが作製される。
【００５０】
この発光ダイオード１Ｃをフリップチップ実装し、アノード電極８とカソード電極９との間に電流を流すと、活性層５において紫外光（光Ｌｕ）が発生する。この光Ｌｕが発光層３０に達すると、第１窒化物半導体層３１、第２窒化物半導体層３２、及び第３窒化物半導体層３３のそれぞれにおいて吸収され、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂが発生する。これらの光Ｌｒ、Ｌｇ、及びＬｂは、窒化ガリウム基板１７を透過して発光ダイオード１Ｃの外部へ出射されるとともに、互いに合成されて白色光となる。
【００５１】
本実施形態の発光ダイオード１Ｃは、前述した第１実施形態の発光ダイオード１Ａと同様に、希土類元素を含む窒化物半導体からなる発光層３０を備えており、この発光層３０は、活性層５において発生した紫外光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する。これにより、発光物質（希土類元素）の偏在を抑えて均一な分布を容易に実現できると共に、従来の白色発光デバイスで用いられていた樹脂を不要にできる。したがって、本実施形態の発光ダイオード１Ｃによれば、均一な色合いの白色光を実現でき、且つ長寿命化を図ることができる。また、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する半導体層をそれぞれ別個に設けることにより、演色性を高めることができる。
【００５２】
また、本実施形態においても、発光層３０の第１〜第３窒化物半導体層３１〜３３は、活性層５に近い側から第１窒化物半導体層３１、第２窒化物半導体層３２、第３窒化物半導体層３３の順に配置されている。これにより、所望の色合いの白色光を好適に得ることができる。また、窒化ガリウム基板１７として転位密度１×１０8［ｃｍ-2］以下の低転位基板を用いることによって、各半導体層３〜７の低転位化を図り、発光強度を高めることができる。
【００５３】
（第４の実施の形態）
図４は、本発明の第４実施形態としての発光ダイオード１Ｄの構成を示す側断面図である。図４を参照すると、発光ダイオード１Ｄは、窒化ガリウム基板１７を備えている。窒化ガリウム基板１７の構成は、前述した第３実施形態と同様である。窒化ガリウム基板１７の主面１７ａ上には、ｎ型ＧａＮ層３、ｎ型ＡｌＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、及びｐ型ＧａＮ層７が設けられている。そして、発光ダイオード１Ｄは、ｐ型ＧａＮ層７上に設けられた発光層４０を更に備えている。
【００５４】
発光層４０は、希土類元素をドーパントとして含み、活性層５上（本実施形態ではｐ型ＧａＮ層７上）に形成された層である。発光層４０は、活性層５からの光を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光を発生する。発光層４０は、例えばＧａＮなどの窒化物半導体層に希土類元素がドープされて成る。発光層４０は、活性層５において発生した光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒを発する第１窒化物半導体層４１と、光Ｌｕを吸収して緑色光Ｌｇを発する第２窒化物半導体層４２と、光Ｌｕを吸収して青色光Ｌｂを発する第３窒化物半導体層４３とを有している。
【００５５】
第１窒化物半導体層４１、第２窒化物半導体層４２、及び第３窒化物半導体層４３は、それぞれ異なる希土類元素がドープされた層である。具体的には、第１窒化物半導体層４１は窒化物半導体にＥｕがドープされて成り、第２窒化物半導体層４２は窒化物半導体にＴｂがドープされて成り、第３窒化物半導体層４３は窒化物半導体にＥｒがドープされて成る。なお、これらの窒化物半導体層４１〜４３の発光波長および厚さは、第１実施形態の窒化物半導体層１１〜１３と同様である。
【００５６】
窒化物半導体層４１〜４３は、活性層５に近い側から第１窒化物半導体層４１、第２窒化物半導体層４２、第３窒化物半導体層４３の順に配置されている。すなわち、ｐ型ＧａＮ層７上にまず第１窒化物半導体層４１が形成され、その上に第２窒化物半導体層４２が形成され、その上に第３窒化物半導体層４３が形成されている。
【００５７】
このような構成を備える発光ダイオード１Ｄの作製方法の一例を以下に説明する。まず、厚さ１００［μｍ］以上、転位密度１×１０8［ｃｍ-2］以下の（０００１）ＧａＮウェハ上に、ｎ型ＧａＮ層３、ｎ型ＡｌＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、及びｐ型ＧａＮ層７を順次成長させる。そして、ｐ型ＧａＮ層７上に、Ｅｕを濃度１×１０20［ｃｍ-3］でドープしたＧａＮ層、Ｔｂを濃度１×１０20［ｃｍ-3］でドープしたＧａＮ層、及びＥｒを濃度１×１０20［ｃｍ-3］でドープしたＧａＮ層をＭＯＣＶＤ法により順に成長させることによって、第１窒化物半導体層４１、第２窒化物半導体層４２、及び第３窒化物半導体層４３からなる発光層４０を形成する。
【００５８】
続いて、発光層４０上にアノード電極８を形成し、ＧａＮウェハの裏面上にカソード電極９を形成する。或いは、ｎ型ＧａＮ層３を除く各層４〜７及び発光層４０の一部をエッチングにより除去して、露出したｎ型ＧａＮ層３の表面にカソード電極９を形成するとともに、残存した発光層４０上にアノード電極を形成してもよい。その後、ＧａＮウェハをチップ状に切断することにより、本実施形態に係る発光ダイオード１Ｄが作製される。
【００５９】
この発光ダイオード１Ｄを、窒化ガリウム基板１７を下にしてワイヤボンディング等により実装し、アノード電極８とカソード電極９との間に電流を流すと、活性層５において紫外光（光Ｌｕ）が発生する。この光Ｌｕが発光層４０に達すると、第１窒化物半導体層４１、第２窒化物半導体層４２、及び第３窒化物半導体層４３のそれぞれにおいて吸収され、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂが発生する。これらの光Ｌｒ、Ｌｇ、及びＬｂは、発光層４０の表面のうちアノード電極８に覆われていない部分を通って発光ダイオード１Ｄの外部へ出射されるとともに、互いに合成されて白色光となる。
【００６０】
本実施形態の発光ダイオード１Ｄは、前述した第１実施形態の発光ダイオード１Ａと同様に、希土類元素を含む窒化物半導体からなる発光層４０を備えており、この発光層４０は、活性層５において発生した紫外光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する。これにより、発光物質（希土類元素）の偏在を抑えて均一な分布を容易に実現できると共に、従来の白色発光デバイスで用いられていた樹脂を不要にできる。したがって、本実施形態の発光ダイオード１Ｄによれば、均一な色合いの白色光を実現でき、且つ長寿命化を図ることができる。また、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する半導体層をそれぞれ別個に設けることにより、演色性を高めることができる。
【００６１】
また、本実施形態においても、発光層４０の第１〜第３窒化物半導体層４１〜４３は、活性層５に近い側から第１窒化物半導体層４１、第２窒化物半導体層４２、第３窒化物半導体層４３の順に配置されている。これにより、所望の色合いの白色光を好適に得ることができる。
【００６２】
（第５の実施の形態）
図５は、本発明の第５実施形態としての発光ダイオード１Ｅの構成を示す側断面図である。図５を参照すると、発光ダイオード１Ｅは、第１実施形態の窒化ガリウム基板１５に代えて、窒化ガリウム基板１８を備えている。窒化ガリウム基板１８は、アンドープＧａＮ、或いはｎ型ＧａＮからなる。窒化ガリウム基板１８の厚さは例えば１００［μｍ］以上であることが好ましく、転位密度は１×１０8［ｃｍ-2］以下であることが好ましい。また、窒化ガリウム基板１８はその表面が（０００１）結晶面を含むように形成されており、主面１８ａとしてガリウム面（Ｇａ面）が用いられている。そして、ｎ型ＧａＮ層３、ｎ型ＡｌＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、及びｐ型ＧａＮ層７は、窒化ガリウム基板１８の主面１８ａ上に積層されている。
【００６３】
窒化ガリウム基板１８における主面１８ａ側の内部には、活性層５からの光を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光を発生する発光層５０が形成されている。発光層５０は、窒化ガリウム基板１８を構成するＧａＮの一部に希土類元素がイオン注入されて成り、活性層５において発生した光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒを発する第１窒化物半導体領域５１と、光Ｌｕを吸収して緑色光Ｌｇを発する第２窒化物半導体領域５２と、光Ｌｕを吸収して青色光Ｌｂを発する第３窒化物半導体領域５３とを有している。
【００６４】
第１窒化物半導体領域５１、第２窒化物半導体領域５２、及び第３窒化物半導体領域５３は、それぞれ異なる希土類元素が窒化ガリウム基板１８の主面１８ａの異なる領域にイオン注入されることによって形成された層である。具体的には、第１窒化物半導体領域５１は、窒化ガリウム基板１８の主面１８ａにおける第１の領域１８ｃに、希土類元素としてＥｕがイオン注入されることにより形成されている。また、第２窒化物半導体領域５２は、主面１８ａにおける第１の領域１８ｃとは別の第２の領域１８ｄに、希土類元素としてＴｂがイオン注入されることにより形成されている。また、第３窒化物半導体領域５３は、主面１８ａにおける各領域１８ｃ，１８ｄとは別の第３の領域１８ｅに、希土類元素としてＥｒがイオン注入されることにより形成されている。なお、これらの窒化物半導体領域５１〜５３のイオン注入深さは互いに等しいことが好ましく、好適な発光波長および厚さ（イオン注入深さ）は、第１実施形態の窒化物半導体層１１〜１３と同様である。
【００６５】
なお、窒化ガリウム基板１８は、発光層５０から出射される赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを十分に透過できる厚さであることが好ましい。
【００６６】
このような構成を備える発光ダイオード１Ｅの作製方法の一例を以下に説明する。まず、厚さ１００［μｍ］以上、転位密度１×１０8［ｃｍ-2］以下の（０００１）ＧａＮウェハのＧａ面側に、Ｅｕ、Ｔｂ、及びＥｒを相互に位置を変えて１×１０20［ｃｍ-3］ずつイオン注入することにより、第１窒化物半導体領域５１、第２窒化物半導体領域５２、及び第３窒化物半導体領域５３からなる発光層５０を形成する。次に、このＧａＮウェハをＭＯＣＶＤ炉の中におき、炉の内部を窒素（Ｎ2）及びアンモニア（ＮＨ3）雰囲気として１０００［℃］で３０分間のアニールを行い、ＧａＮウェハの表面におけるイオン注入された領域の結晶性を回復させる。
【００６７】
続いて、ＧａＮウェハのＧａ面上に、ｎ型ＧａＮ層３、ｎ型ＡｌＧａＮ層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６、及びｐ型ＧａＮ層７を順次成長させる。そして、ｐ型ＧａＮ層７上にアノード電極８を形成し、ＧａＮウェハの裏面上にカソード電極９を形成する。或いは、ｎ型ＧａＮ層３を除く各層４〜７の一部をエッチングにより除去して、露出したｎ型ＧａＮ層３の表面にカソード電極９を形成するとともに、残存したｐ型ＧａＮ層７上にアノード電極８を形成してもよい。その後、ＧａＮウェハをチップ状に切断することにより、本実施形態に係る発光ダイオード１Ｅが作製される。
【００６８】
この発光ダイオード１Ｅを、窒化ガリウム基板１８を上にしてワイヤボンディング等により実装し、アノード電極８とカソード電極９との間に電流を流すと、活性層５において紫外光（光Ｌｕ）が発生する。この光Ｌｕが発光層５０に達すると、第１窒化物半導体領域５１、第２窒化物半導体領域５２、及び第３窒化物半導体領域５３のそれぞれにおいて吸収され、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂが発生する。これらの光Ｌｒ、Ｌｇ、及びＬｂは、窒化ガリウム基板１８を透過して発光ダイオード１Ｅの外部へ出射されるとともに、互いに合成されて白色光となる。
【００６９】
本実施形態の発光ダイオード１Ｅは、前述した第１実施形態の発光ダイオード１Ａと同様に、希土類元素を含む窒化物半導体からなる発光層５０を備えており、この発光層５０は、活性層５において発生した紫外光Ｌｕを吸収して赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する。これにより、発光物質（希土類元素）の偏在を抑えて均一な分布を容易に実現できると共に、従来の白色発光デバイスで用いられていた樹脂を不要にできる。したがって、本実施形態の発光ダイオード１Ｅによれば、均一な色合いの白色光を実現でき、且つ長寿命化を図ることができる。また、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する半導体領域をそれぞれ別個に設けることにより、演色性を高めることができる。
【００７０】
また、本実施形態のように、発光層５０の第１窒化物半導体領域５１が希土類元素としてＥｕを含み、第２窒化物半導体領域５２が希土類元素としてＴｂを含み、第３窒化物半導体領域５３が希土類元素としてＥｒを含むとよい。これにより、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂを発する第１〜第３窒化物半導体領域５１〜５３を好適に実現できる。また、窒化ガリウム基板１８として転位密度１×１０8［ｃｍ-2］以下の低転位基板を用いることによって、各半導体層３〜７の低転位化を図り、発光強度を高めることができる。
【００７１】
（第６の実施の形態）
図６は、本発明の第６実施形態としての発光ダイオード１Ｆの構成を示す側断面図である。本実施形態の発光ダイオード１Ｆは、前述した第５実施形態の発光ダイオード１Ｅ（図５参照）に対して電極の形状が相違している。すなわち、本実施形態の発光ダイオード１Ｆは、第５実施形態のアノード電極８及びカソード電極９に代えて、アノード電極６１ａ〜６１ｃ及びカソード電極６２ａ〜６２ｃを備えている。アノード電極６１ａ〜６１ｃは、例えばＮｉ／Ａｕ／Ａｌ／Ａｕといった金属をｐ型ＧａＮ層７上に順次積層してなり、ｐ型ＧａＮ層７との間でオーミック接触が実現されている。また、カソード電極６２ａ〜６２ｃは、例えばＴｉ／Ａｌ／Ａｕといった金属を窒化ガリウム基板１８の裏面１８ｂ上に順次積層してなり、窒化ガリウム基板１８との間でオーミック接触が実現されている。
【００７２】
アノード電極６１ａ及びカソード電極６２ａは、窒化ガリウム基板１８の厚さ方向から見て第１窒化物半導体領域５１と重なる位置に形成されている。また、アノード電極６１ｂ及びカソード電極６２ｂは、窒化ガリウム基板１８の厚さ方向から見て第２窒化物半導体領域５２と重なる位置に形成されている。また、アノード電極６１ｃ及びカソード電極６２ｃは、窒化ガリウム基板１８の厚さ方向から見て第３窒化物半導体領域５３と重なる位置に形成されている。すなわち、本実施形態では、３組のアノード電極及びカソード電極が、第１窒化物半導体領域５１、第２窒化物半導体領域５２、及び第３窒化物半導体領域５３のそれぞれに対応して設けられている。これにより、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、及び青色光Ｌｂのそれぞれを独立して発光させることができるので、ＲＧＢ発光を行う発光デバイスを１チップで実現できる。
【００７３】
本発明による発光ダイオードは、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記各実施形態では活性層としてＭＱＷ構造のものを例示したが、本発明は他の構造の活性層を備える発光ダイオードにも適用可能である。また、活性層や他の半導体層は窒化物半導体であればよく、上記各実施形態において例示した組成に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態による発光ダイオードの構成を示す側断面図である。
【図２】図２は、本発明の第２実施形態による発光ダイオードの構成を示す側断面図である。
【図３】図３は、本発明の第３実施形態による発光ダイオードの構成を示す側断面図である。
【図４】図４は、本発明の第４実施形態による発光ダイオードの構成を示す側断面図である。
【図５】図５は、本発明の第５実施形態による発光ダイオードの構成を示す側断面図である。
【図６】図６は、本発明の第６実施形態による発光ダイオードの構成を示す側断面図である。
【図７】図７は、特許文献１に記載された白色発光デバイスの構成を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１Ａ〜１Ｆ…発光ダイオード、３…ｎ型ＧａＮ層、４…ｎ型ＡｌＧａＮ層、５…活性層、６…ｐ型ＡｌＧａＮ層、７…ｐ型ＧａＮ層、８…アノード電極、９…カソード電極、１０，２０，３０，４０，５０…発光層、１１，２１，３１，４１…第１窒化物半導体層、１２，２２，３２，４２…第２窒化物半導体層、１３，２３，３３，４３…第３窒化物半導体層、１５，１６，１７，１８…窒化ガリウム基板、１８ｃ…第１の領域、１８ｄ…第２の領域、１８ｅ…第３の領域、５１…第１窒化物半導体領域、５２…第２窒化物半導体領域、５３…第３窒化物半導体領域、Ｌｂ…青色光、Ｌｇ…緑色光、Ｌｒ…赤色光、Ｌｕ…紫外光。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム基板と、
窒化物半導体からなり前記窒化ガリウム基板の主面上に設けられた活性層と、
希土類元素を含む窒化物半導体からなり、前記活性層において発生した光を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光をそれぞれ発する第１〜第３窒化物半導体層を有する発光層と
を備えることを特徴とする、発光ダイオード。
【請求項２】
前記発光層の前記第１〜第３窒化物半導体層が、前記希土類元素としてそれぞれＥｕ、Ｔｂ、及びＥｒを含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記発光層の前記第１〜第３窒化物半導体層が、前記活性層に近い側から前記第１窒化物半導体層、前記第２窒化物半導体層、前記第３窒化物半導体層の順に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記発光層は、前記窒化ガリウム基板の前記主面に前記希土類元素がイオン注入されて成ることを特徴とする、請求項３に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記発光層は、前記窒化ガリウム基板の裏面に前記希土類元素がイオン注入されて成ることを特徴とする、請求項３に記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記発光層が、前記希土類元素をドーパントとして含み前記窒化ガリウム基板の前記主面と前記活性層との間に形成された層であることを特徴とする、請求項３に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記発光層が、前記希土類元素をドーパントとして含み前記活性層上に形成された層であることを特徴とする、請求項３に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
窒化ガリウム基板と、
窒化物半導体からなり前記窒化ガリウム基板の主面上に設けられた活性層と、
希土類元素を含む窒化物半導体からなり、前記活性層において発生した光を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光をそれぞれ発する第１〜第３窒化物半導体領域を有する発光層と
を備え、
前記第１窒化物半導体領域は、前記窒化ガリウム基板の前記主面における第１の領域に希土類元素がイオン注入されて成り、
前記第２窒化物半導体領域は、前記主面における前記第１の領域とは別の第２の領域に希土類元素がイオン注入されて成り、
前記第３窒化物半導体領域は、前記主面における前記第１及び第２の領域とは別の第３の領域に希土類元素がイオン注入されて成ることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項９】
前記発光層の前記第１〜第３窒化物半導体領域が、前記希土類元素としてそれぞれＥｕ、Ｔｂ、及びＥｒをイオン注入されて成ることを特徴とする、請求項８に記載の発光ダイオード。
【請求項１】
窒化ガリウム基板と、
窒化物半導体からなり前記窒化ガリウム基板の主面上に設けられた活性層と、
希土類元素を含む窒化物半導体からなり、前記活性層において発生した光を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光をそれぞれ発する第１〜第３窒化物半導体層を有する発光層と
を備えることを特徴とする、発光ダイオード。
【請求項２】
前記発光層の前記第１〜第３窒化物半導体層が、前記希土類元素としてそれぞれＥｕ、Ｔｂ、及びＥｒを含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記発光層の前記第１〜第３窒化物半導体層が、前記活性層に近い側から前記第１窒化物半導体層、前記第２窒化物半導体層、前記第３窒化物半導体層の順に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記発光層は、前記窒化ガリウム基板の前記主面に前記希土類元素がイオン注入されて成ることを特徴とする、請求項３に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記発光層は、前記窒化ガリウム基板の裏面に前記希土類元素がイオン注入されて成ることを特徴とする、請求項３に記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記発光層が、前記希土類元素をドーパントとして含み前記窒化ガリウム基板の前記主面と前記活性層との間に形成された層であることを特徴とする、請求項３に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記発光層が、前記希土類元素をドーパントとして含み前記活性層上に形成された層であることを特徴とする、請求項３に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
窒化ガリウム基板と、
窒化物半導体からなり前記窒化ガリウム基板の主面上に設けられた活性層と、
希土類元素を含む窒化物半導体からなり、前記活性層において発生した光を吸収して赤色光、緑色光、及び青色光をそれぞれ発する第１〜第３窒化物半導体領域を有する発光層と
を備え、
前記第１窒化物半導体領域は、前記窒化ガリウム基板の前記主面における第１の領域に希土類元素がイオン注入されて成り、
前記第２窒化物半導体領域は、前記主面における前記第１の領域とは別の第２の領域に希土類元素がイオン注入されて成り、
前記第３窒化物半導体領域は、前記主面における前記第１及び第２の領域とは別の第３の領域に希土類元素がイオン注入されて成ることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項９】
前記発光層の前記第１〜第３窒化物半導体領域が、前記希土類元素としてそれぞれＥｕ、Ｔｂ、及びＥｒをイオン注入されて成ることを特徴とする、請求項８に記載の発光ダイオード。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２１２３０８（Ｐ２００９−２１２３０８Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５３９４４（Ｐ２００８−５３９４４）
【出願日】平成２０年３月４日（２００８．３．４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（５０８０６６５８８）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月４日（２００８．３．４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（５０８０６６５８８）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]