(57)【要約】【課題】白色証明として最適な高演色性を有する白色発光素子を提供する。【解決手段】1つの基板材料上に少なくとも2種類以上の半導体発光素子を形成し、各々の半導体発光素子上に、それぞれの素子の発光波長に反応する蛍光体を複数種類塗布し、各々の半導体発光素子を同時に発光させることにより、広範囲な発光波長を有する可視光の発光を実現し高演色性を得る。【選択図】図12
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
1つの基板材料上に少なくとも2種類以上の半導体発光素子を形成し、各々の半導体発光素子上に、それぞれの素子の発光波長に反応する蛍光体を複数種類塗布し、各々の半導体発光素子を同時に発光させることにより、広範囲の発光波長を有する可視光を発光することを特徴とする多波長発光装置。
【請求項２】
上記請求項1において半導体発光素子としてInAlGaN系材料で370±15nmと410±15nmの波長を発光の中心とする2種類のものを用いることを特徴とする多波長発光装置。
【請求項３】
上記請求項1においてそれぞれの素子に反応する蛍光体は光の三原色である青色，緑色，赤色の3種を少なくとも含んでいることを特徴とする多波長発光装置。
【請求項４】
上記請求項１において１つの基板材料上に形成された２種類以上の半導体発光素子がモノリシックに形成されていることを特徴とする多波長発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子上に蛍光体を塗布した多波長半導体発光装置に関係する。
【背景技術】
【０００２】
数年前に青色発光ダイオード（Light-Emitting Diode : LED）が実用化され，LEDによる光の３原色がそろった。このことにより，現在ではLEDで白色光を作ることができるようになり，主に表示用光源として広く使用されている。
【０００３】
またLEDは長寿命（約１０万時間），小型・堅牢，水銀などの有害物質を含まない，現在の白熱電球や蛍光灯を上回るエネルギー効率を有しているなど照明用光源としても多くの利点を持っている。
【０００４】
光源を照明として用いるには、光源が照らす色を、太陽光で照らしたときと比べどれだけ忠実に再現できるかが重要となる。この色の再現性は平均演色評価指数Raを用いて表すが、現在広く使用されている白色LEDは，青色LEDの光で黄色蛍光体を励起するという方法で実現されているため、発光波長領域が太陽光スペクトルのものと比べ狭くなり平均演色評指数は良くなくRa=55程度である。
【０００５】
今後、白色LEDが照明として広く用いられるためには、この演色評価指数の向上が必要である。そのためには、できるだけ多くの発光波長を有する白色光を有するLEDを実現すればよい。
【０００６】
従来の技術において青色LEDの光で黄色蛍光体を励起するという方法が主流であるが，さらに演色性を向上させるために近紫外LEDの光で複数種の蛍光体を励起するという方法も考案されている。その例として特開2004-331934がある。しかしこれでは1種の素子上に塗布する蛍光体の種類には限界がある。
【０００７】
また、従来の技術において特開平08-293625があるが、これに代表されるように従来は光の三原色のような波長を発する複数の発光素子を集積化し、広い波長帯域を得ようとする方法もあった。この場合，それぞれの素子の発光に必要な電圧などが異なることから別に駆動のための回路が必要となり多くのコストがかかる。またそれぞれの素子で寿命が異なることが考えられる。さらに、特開2004-072047では青色光に励起され黄色光を発する物質として蛍光体の変わりにZnSe基板を用いているが、これも2つの波長しか発光することができず演色性の向上には寄与できない。
【特許文献１】特開平08-293625
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記に示すように、半導体発光素子上に複数種の蛍光体を塗布し、あるいは複数の発光素子を用いて演色性の高い白色LEDを実現する方法があるが、多くの発光ピーク波長もたせるには限界があった。
【０００９】
また、ひとつの素子上に多くの蛍光体を塗布しすぎると発光強度が弱くなり、一方、種類の異なる発光素子を複数使用すると印加電圧や寿命が異なることから問題が多く発生した。
【００１０】
本発明はこのような従来の問題を解決しようとするものであり、その目的は、印加電圧や寿命がほぼ同じで、発光波長の異なる2つ以上の発光素子上にそれぞれ蛍光体を塗布することにより、多くの発光ピーク波長を含む高演色な白色光発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、1つの基板材料上に少なくとも2種類以上の半導体発光素子を形成し、各々の半導体発光素子上に、それぞれの素子の発光波長に反応する蛍光体を複数種類塗布し、各々の半導体発光素子を同時に発光させることにより、広範囲な発光波長を有する可視光の発光を実現し高演色性を得て、上記課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、同材料系の異なる発光波長を持つ半導体素子上に複数種の蛍光体を塗布することにより、特別な駆動回路の組み込みや寿命の差異を問題とすることなく、多くの波長領域を含む可視光の発光装置を提供できる。このことは演色性の高い照明用LEDの実現のために大きな意味があり、蛍光灯がLED照明にとって変わることに貢献する。そして、LEDの用途拡大や進展に大きく貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
現在、半導体レーザの製造にはMOCVD成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長法）が使われている。これは、LPE成長法（Liquid Phase Epitaxy：液相エピタキシャル成長法）やMBE成長法（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシャル成長法）に比べ、広い面積への均一な薄膜成長が比較的容易なためである。MOCVDは、半導体の材料を有機化合物の状態で反応室へ導入し、誘導過熱によって高温にされた基板上に、薄膜を成長させる方法である。この半導体発光装置の製造においてもMOCVD成長法を用いる。
【００１４】
具体的に図1から図25に三波長半導体レーザアレイ装置の製造方法を示す。
【００１５】
最初に青色LEDの成長を行う。まずｎ型のGaN基板1上に、GaNバッファ層2を0.5μｍ、ｎ-InAlGaNクラッド層3を1μｍ、InGaN  TQW活性層4を全厚さで40nm、p-InAlGaNクラッド層5を0.3μｍ、p-GaNコンタクト層6を0.5μｍ成長し、次いでSiO2酸化膜7を0.5μｍ成長させる（図1）。SiO2酸化膜7を青色LED部分となる部分を中心とした130μｍの幅だけ残し、残りのSiO2酸化膜7をエッチングしてＨＦで取り除く（図2）。次にｎ-GaN基板1までドライエッチングを行う。このときSiO2酸化膜7が残っている部分はエッチングされない（図3）。
【００１６】
続けて紫外LEDの成長を行う。ｎ型のGaN基板1上に、バッファ層2を0.5μｍ、ｎ-InAlGaNクラッド層8を1μｍ、InGaN  TQW活性層9を全厚さで40nm、p-InAlGaNクラッド層10を0.3μｍ、p-GaNコンタクト層6を0.5μｍ成長し、次いでSiO2酸化膜7を0.5μｍ成長させる（図4）。SiO2酸化膜7を紫外LED部分となる部分を中心とした130μｍの幅だけ残し、かつ紫外LEDと青色LED間の隙間間隔が100μｍとなるようにマスクを形成し、エッチングしてHFで取り除く（図5）。そして，ｎ-GaN基板2までドライエッチングを行う。このときSiO2酸化膜7が残っている部分はエッチングされない（図6）。
この後、いったん各LED素子上にあるSiO2酸化膜7を取り除いた後、再びSiO2酸化膜7を成長する（図7）。各レーザ素子上にあるSiO2酸化膜7のみをエッチングして取り除き（図8）、その後Ni/Au2層の金属電極11をニッケル0.1μｍ、金1μｍの順で真空蒸着する。SiO2酸化膜7を取り除けば、各レーザ素子上のNi/Au2層の金属電極11は残る（図9）。ｎ型のGaN基板2のLED素子を形成してあるのとは逆側を研磨して全体の厚さが100μｍになるようにし、Au-Ge-Ni合金の金属電極12を1μｍの厚さ真空蒸着する（図10）。Au-Ge-Ni３層の金属電極12側をCu（放熱体）13にボンディングし、Cu（放熱体）13にカソードの銅線を取り付け、各LED素子のNi/Au2層の金属電極11上にアノードの銅線を取り付ける（図11）。
【００１７】
その後、上記のようにして形成した青色LEDと紫外LEDそれぞれの発光波長に励起される蛍光体（青色LEDに対して(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce3+（黄色）、紫外LEDに対してLa2O2S:Eu3+（赤色）、ZnS:Cu,Al(Au)（緑色）、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu2+（青色））を混合したもの14を塗布することで本発明に係る半導体多波長発光装置が完成する（図12）。なお、蛍光体をLED素子上に塗布する際には、各々の素子の発光ピーク波長に対応する少なくとも赤色・緑色・青色蛍光体3種のコーティングを各々の素子上に別々に行うことで、白色光の効率及び演色性はさらに改善される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】発明の実施例の青色LEDの成長（1）
【図２】発明の実施例の青色LEDの成長（2）
【図３】発明の実施例の青色LEDの成長（3）
【図４】発明の実施例の紫外LEDの成長（1）
【図５】発明の実施例の紫外LEDの成長（2）
【図６】発明の実施例の紫外LEDの成長（3）
【図７】発明の実施例のアノード電極層の形成（1）
【図８】発明の実施例のアノード電極層の形成（2）
【図９】発明の実施例のアノード電極層の形成（3）
【図１０】発明の実施例のカソード電極層の形成
【図１１】発明の実施例の銅のボンディングと銅線の取付け
【図１２】本発明に係る発光装置構造
【符号の説明】
【００１９】
１・・・GaN基板
２・・・GaNバッファ層
３・・・ｎ-InAlGaNクラッド層
４・・・InGaN  TQW活性層
５・・・p-InAlGaNクラッド層
６・・・p-GaNコンタクト層
７・・・SiO2酸化膜
８・・・ｎ-InAlGaNクラッド層
９・・・InGaN  TQW活性層
１０・・・p-InAlGaNクラッド層
１１・・・Ni/Au2層の金属電極
１２・・・Au-Ge-Ni３層の金属電極
１３・・・Cu（放熱体）
１４・・・混合蛍光体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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