(57)【要約】【課題】複数の発光層を重畳してなる発光ダイオードであり、他の発光層を前記１つの発光層へのキャリア閉じ込め層としても利用可能に構成したことにあり、さらに連続層形成を可能として生産性を向上させたものである。【解決手段】第１クラッド層２と、該第１クラッド層表面上に積層された第１発光層３と、該第１発光層上に積層された量子井戸構造よりなる第２発光層４と、該第２発光層上に積層された第２クラッド層５とから構成したものである。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１クラッド層と、該第１クラッド層の表面上に積層された第１発光層と、該第１発光層上に積層された量子井戸構造よりなる第２発光層と、該第２発光層上に積層された第２クラッド層とからなることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
請求項１に記載の上記第２発光層のエネルギーバンドギャップは、上記第１発光層のエネルギーバンドギャップより小さいことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項３】
第１クラッド層と、該第１クラッド層表面上に積層された第１発光層と、該第１発光層上に積層された多重量子構造の超格子よりなる第２発光層と、該第２発光層上に積層された第２クラッド層とからなることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項４】
請求項３に記載の上記第２発光層エネルギーバンドギャップは、上記第１発光層のエネルギーバンドギャップより小さいことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項５】
第１クラッド層と、該第１クラッド層表面上に積層された第１発光層と、該第１発光層上に積層された多重量子構造の量子ドットよりなる第２発光層と、該第２発光層上に積層された第２クラッド層とからなることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項６】
請求項５に記載の上記第２発光層のエネルギーバンドギャップは、上記第１発光層のエネルギーバンドギャップより小さいことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項７】
第１クラッド層と、該第１クラッド層表面上に積層された第１発光層と、該第１発光層上に積層された量子井戸構造の第２発光層と、該第２発光層上に積層された第３発光層と、該第３発光層の上に積層された第２クラッド層とからなることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項８】
請求項７に記載の上記第２発光層のエネルギーバンドギャップは、上記第１、第３発光層のエネルギーバンドギャップより小さいことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項９】
第１クラッド層と、該第１クラッド層表面上に積層された第１発光層と、該第１発光層上に積層された多重量子構造の超格子よりなる第２発光層と、該第２発光層上に積層された第３発光層と、該第３発光層の上に積層された第２クラッド層とからなることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項１０】
請求項９に記載の上記第２発光層のエネルギーバンドギャップは、上記第１、第３発光層のエネルギーバンドギャップより小さいことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項１１】
第１クラッド層と、該第１クラッド層表面上に積層された第１発光層と、該第１発光層上に積層された多重量子構造の量子ドットよりなる第２発光層と、該第２発光層上に積層された第３発光層と、該第３発光層の上に積層された第２クラッド層とからなることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項１２】
請求項１１に記載の上記第２発光層のエネルギーバンドギャップは、上記第１、第３発光層のエネルギーバンドギャップより小さいものであることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項１３】
請求項７及び９、１１の上記クラッド層のエネルギーバンドギャップは上記第１及び第２発光層のエネルギーバンドギャップより大きいものであることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項１４】
請求項１３に記載の複数の発光層を重畳してなる発光ダイオードであって、発光層の１つと重畳する他の発光層を上記１つの発光層へのキャリア閉じ込め層としたことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項１５】
請求項１４に記載の上記発光層は、上記１つの発光層表面の一部に接するように配されると共に、上記１つの発光層表面の他の部分には上記１つの発光層よりバンドギャップが大きな層が配されていることを特徴とする発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は白色発光ダイオード等、複数の発光層から発する光を混合して所望の発光色を得ることができる発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の発光層から発する光を混合して所望の発光色を得ることができる発光ダイオードとしては、特開平９−２３２６２７号公報、特開平１１−１２１８０６号公報、特開２００１−２８４５８号公報等により、複数の発光層を各発光層間にキャリア閉じ込め用のバリア（クラッド）層を配して順次積層したものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、例えばΙｎ０．２Ｇａ０．８Ｎからなるエネルギーバンドギャップ２．７ｅｖの青色（波長４５０ｎｍ）発光層とＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎからなるエネルギーバンドギャップ２．２ｅｖの黄色（波長５９１ｎｍ）発光層とをバリア層を挟んで積層し、かつかかる積層の両側をクラッド層で挟み込み、電気回路的には両発光層を直列接続した構成では、上記両クラッド層間のエネルギーバンドギャップは上記両発光層のエネルギーバンドギャップの総和である４．９ｅｖ以上となるため、上記両発光層を発光させるための順方向電圧は高くなるという問題があった。
【０００４】
本発明は、これらを解決するためになされたもので、その特徴は、複数の発光層を重畳してなる発光ダイオードであり、他の発光層を前記１つの発光層へのキャリア閉じ込め層としても利用可能に構成したことにあり、さらに連続層形成を可能として生産性を向上させた所にその特徴がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、先ず第１に、第１クラッド層と、該第１クラッド層の表面上に積層された第１発光層と、該第１発光層上に積層された量子井戸構造よりなる第２発光層と、該第２発光層上に積層された第２クラッド層とからなるものである。
【０００６】
さらに、請求項１に記載の上記第２発光層のエネルギーバンドギャップは、上記第１発光層のエネルギーバンドギャップより小さいものである。
【０００７】
第３に、第１クラッド層と、該第１クラッド層表面上に積層された第１発光層と、該第１発光層上に積層された多重量子構造の超格子よりなる第２発光層と、該第２発光層上に積層された第２クラッド層とからなるものである。
【０００８】
第４に、請求項３に記載の上記第２発光層のエネルギーバンドギャップは、上記第１発光層のエネルギーバンドギャップより小さいものである。
【０００９】
第５に、第１クラッド層と、該第１クラッド層表面上に積層された第１発光層と、該第１発光層上に積層された多重量子構造の量子ドットよりなる第２発光層と、該第２発光層上に積層された第２クラッド層とからなるものである。
【００１０】
第６に、請求項５に記載の上記第２発光層のエネルギーバンドギャップは、上記第１発光層のエネルギーバンドギャップより小さいものである。
【００１１】
第７に、第１クラッド層と、該第１クラッド層表面上に積層された第１発光層と、該第１発光層上に積層された量子井戸構造の第２発光層と、該第２発光層上に積層された第３発光層と、該第３発光層の上に積層された第２クラッド層とからなるものである。
【００１２】
第８に、請求項７に記載の上記第２発光層のエネルギーバンドギャップは、上記第１、第３発光層のエネルギーバンドギャップより小さいものである。
【００１３】
第９に、第１クラッド層と、該第１クラッド層表面上に積層された第１発光層と、該第１発光層上に積層された多重量子構造の超格子よりなる第２発光層と、該第２発光層上に積層された第３発光層と、該第３発光層の上に積層された第２クラッド層とからなるものである。
【００１４】
第１０に、請求項９に記載の上記第２発光層のエネルギーバンドギャップは、上記第１、第３発光層のエネルギーバンドギャップより小さいものである。　　第１１に、第１クラッド層と、該第１クラッド層表面上に積層された第１発光層と、該第１発光層上に積層された多重量子構造の量子ドットよりなる第２発光層と、該第２発光層上に積層された第３発光層と、該第３発光層の上に積層された第２クラッド層とからなるものである。
【００１５】
第１２に、請求項１１に記載の上記第２発光層のエネルギーバンドギャップは、上記第１、第３発光層のエネルギーバンドギャップより小さいものである。
【００１６】
第１３に、請求項７及び９、１１の上記クラッド層のエネルギーバンドギャップは上記第１及び第２発光層のエネルギーバンドギャップより大きいものである。
【００１７】
第１４に、複数の発光層を重畳してなる発光ダイオードであって、発光層の１つと重畳する他の発光層を上記１つの発光層へのキャリア閉じ込め層としたものである。
【００１８】
第１５に、請求項１４に記載の上記発光層は、上記１つの発光層表面の一部に接するように配されると共に、上記１つの発光層表面の他の部分には上記１つの発光層よりバンドギャップが大きな層が配されているものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明を適用してなる白色発光ダイオードの一実施例を示す。本実施例の発光ダイオードは、Ｎ型ＧａＮよりなる基層（１）と、該基層上に積層されたＮ型Ｇａ０．８２Ａｌ０．１８ＮからなるＮ型クラッド層（２）と、該Ｎ型クラッド層に積層されたΙｎ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる第１発光層Ａ（３）と、該発光層Ａの上に積層されたΙｎ０．３Ｇａ０．７Ｎ（厚さ約３０Å）／Ｇａ０．８２Ａｌ０．１８Ｎ（厚さ約２００Å）からなる単一量子井戸構造よりなる第２発光層Ｂ１（４）と、該発光層Ｂ１上部に積層されたＰ型Ｇａ０．８２Ａｌ０．１８ＮからなるＰ型クラッド層（５）と、該Ｐ型クラッド層に積層されたＰ型ＧａＮからなるコンタクト層（６）と、前記基層（１）及び上記コンタクト層（６）表面に形成されたＮ電極（７）及びＰ電極（８）とからなる。
【００２０】
本実施例の発光ダイオードのＰ、Ｎ両電極（７）、（８）間に順方向電圧を印加すると発光層Ｂ１（４）の量子井戸障壁部に当接している発光層Ａ（３）にはＮ型クラッド層（２）−障壁部間を移動しようとするキャリアが、発光層Ａ（３）部に閉じ込められるため、青色発光（４５０ｎｍ）が生じる。
【００２１】
一方、第１発光層Ａ（３）に当接している量子井戸部発光層Ｂ１（４）は、エネルギーバンドギャップが第１発光層Ａ（３）より小であるため、第２発光層Ｂ１（４）の井戸部にキャリアが閉じ込められることとなり、第２発光層Ｂ１（４）に黄色発光（５９１ｎｍ）が生じる。　　本実施例の発光ダイオードでは、第１発光層Ａ（３）と第２発光層Ｂ（４）が直接接する構成となっているため、従来の如くバリア層を挟んで積層した場合に比べて光がよりムラなく混ざり易くなる。
【００２２】
さらに、第２発光層Ｂ１（４）が量子井戸構造となっているため当接する青色、黄色発光が単層構造の発光層の発光に比べよりムラなく混ざり易くなる　。
【００２３】
本実施例では、第１発光層Ａ（３）の発光色は青色であり第２発光層Ｂ１（４）の発光色は黄色であるため、量子井戸構造の幅を調整することにより上記混合色を白色等に調整できる。第２発光層Ｂ１（４）は多重量子井戸構造としてもよい。
【００２４】
また、本実施例の発光ダイオードでは、電気回路的には第１発光層Ａ（３）と第２発光層Ｂ１（４）とは実質的に並列接続となっているため、エネルギーバンドギャップが高い第１発光層Ａ（３）のエネルギーバンドギャップ（２．７ｅｖ）に相当する順方向電圧を両電極間に供給することにより第１、第２発光層Ａ、Ｂ１共に発光するので従来の如く発光層を直列接続する場合に比して消費電力の低減が可能となる。
【００２５】
また、第１、第２発光層Ａ、Ｂ１は、ＭＯＣＶＤ装置を用いて連続して形成できるため生産性も良い。
【００２６】
図２に他の実施例を示すが、第２発光層Ｂ２（９）を多重量子構造の超格子あるいは量子ドットとした時、さらに当接する青色、黄色発光を超格子、ドットサイズまで小さくでき白色等の混色がムラなく、混ざり易くなる。
【００２７】
図３に本発明の別の実施例を示す。Ιｎ０．８５Ｇａ０．１５Ｎ（厚さ約３０Å）／Ｇａ０．８２Ａｌ０．１８Ｎ（厚さ約２００Å）からなる単一量子井戸構造の第２発光層Ｃ１（１０）をΙｎ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる第１発光層Ａ（３）の上へ積層し、第２発光層Ｃ１（１０）の上へΙｎ０．４Ｇａ０．６Ｎからなる第３発光層Ｄ（１１）を積層する。該第３発光層Ｄの上へＰ型Ｇａ０．８２Ａｌ０．１８ＮからなるＰ型クラッド層（５）、該Ｐ型クラッド層上に積層されたＰ型ＧａＮからなるコンタクト層（６）と、Ｎ型ＧａＮよりなる基層（１）の裏面及びＰ型ＧａＮよりなるコンタクト層（６）の表面にそれぞれ形成されたＮ電極（７）及びＰ電極（８）とからなる。
【００２８】
上記Ｎ型クラッド層（２）、第１発光層Ａ（３）、単一量子井戸構造の第２発光層Ｃ１（１０）、第３発光層Ｄ（１１）は、ＭＯＣＶＤ等の周知の単結晶成長法を利用して順次成長させることにより形成する。
【００２９】
本実施例の発光ダイオードのＮ電極（７）、Ｐ電極（８）間に順方向電圧を印加すると、単一量子井戸構造の第２発光層Ｃ１（１０）の井戸部エネルギーバンドギャップは２．１ｅｖと両側に配された第１発光層Ａ（３）、第３発光層Ｄ（１１）のエネルギーバンドギャップ（第１発光層Ａは２．７ｅｖ、第３発光層Ｄは２．６ｅｖ）より小であるため井戸部にキャリアが閉じ込められ、この層において赤色発光（６２０ｎｍ）が生じる。
【００３０】
第２発光層Ｃ１（１０）の障壁部直下の第１発光層Ａ（３）部分は、該発光層Ａのエネルギーバンドギャップ　（２．７ｅｖ）よりエネルギーバンドギャップが大なるＮ型クラッド層ＧａＡｌＮ及び単一量子井戸構造の第２発光層Ｃ１（１０）の障壁部によりＮ型クラッド層−障壁部間を移動しようとするキャリアが第１発光層Ａ内に閉じ込められることになるので、上記障壁部直下の第１発光層Ａ（３）内において青色発光（４５０ｎｍ）が生じる。
【００３１】
更に、上記障壁部直上の第３発光層Ｄ（１１）部分は、該発光層のエネルギーバンドギャップが大なる障壁部およびＰ型クラッド層、ＧａＡｌＮにより障壁部−Ｐ型クラッド層間を移動しようとするキャリアは第３発光層Ｄ（１１）内に閉じ込められることになるため、上記単一量子井戸構造の第２発光層Ｃ１（１０）の障壁部直上の第３発光層Ｄ内において緑色発光（５２０ｎｍ）が生じる。
【００３２】
発光動作をより詳細に説明すると、順方向電圧を徐々に上昇させると、第２発光層Ｃ１（１０）のバンドギャップ（２．１ｅｖ）が最も低いため、斯かるバンドギャップ（２．６ｅｖ）に相当する電圧が印加された時点でキャリアは単一量子井戸構造の第２発光層Ｃ１（１０）の井戸部に集中して、先ず第２発光層が発光する。
【００３３】
そして、更に順方向電圧を上昇させると、第３発光層Ｄ（１１）の第２発光層Ｃ１（１０）の障壁部直上及び第１発光層Ａ（３）の第２発光層Ｃ１（１０）の障壁部直下にもキャリアが閉じ込められることとなるので、第３発光層Ｄ及び第１発光層Ａにおいても発光を順次開始する。
【００３４】
このように本実施例の発光ダイオードでは、第１〜第３発光層Ａ（３）、Ｃ１（１０）、Ｄ（１１）がバリア層を介することなく重畳されているため、従来の如くバリア層を挟んで積層した場合に比べて各発光層からの発光がムラなく混ざり易くなる。
【００３５】
本実施例では、第１〜第３発光層の各発光色は青色、赤色、緑色となるため量子井戸構造の巾を調整することにより上記混合色は白色等に調整可能である。また単一量子井戸構造を多量子井戸構造としてもよい。
【００３６】
本実施例の発光ダイオードでは、電気回路的には第１発光層Ａと第３発光層Ｄとが直列に接続されると共に、第１発光層Ａ及び第３発光層Ｄと量子井戸構造の第２発光層Ｃ１は実質的に並列接続となっているため、第１発光層Ａ及び第３発光層Ｄのエネルギーバンドギャップの和（５．３ｅｖ）に相当する順方向電圧をＰ、Ｎ両電極間に供給することにより第１〜第３発光層Ａ、Ｃ１、Ｄ共に発光するので、従来の如く発光層を直列接続する場合に比して消費電力の低減が可能となる。
【００３７】
尚、本実施例において第１〜第３発光層Ａ、Ｃ１、ＤをそれぞれΙｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ、Ιｎ０．８５Ｇａ０．１５Ｎ及びΙｎ０．４Ｇａ０．６Ｎでそれぞれ構成したが、例えば第１、第３発光層をΙｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ又はΙｎ０．４Ｇａ０．６Ｎで構成し、第２発光層をΙｎ０．８５Ｇａ０．１５Ｎ／Ｇａ０．８２Ａｌ０．１８Ｎからなる量子井戸構造で構成しても良く、要するに第２発光層のエネルギーバンドギャップに対して第１、第３発光層のエネルギーバンドギャップが大であるように構成材料を選択すれば良い。
【００３８】
図４に本発明の他の実施例を示す。量子構造の第２発光層Ｃ２（１２）として多重量子構造の超格子あるいは多重量子構造の量子ドットとしたもので他は図３と同一である。第２発光層Ｃ２（１２）として多重量子構造の超格子あるいは量子ドットにキャリアが閉じ込められるため白色等の混色ムラがなく混ざり易くなる。また、Ｐ、Ｎのクラッド層については単層構造の他に歪み超格子構造として貫通転移の表面への伝搬を抑制しても良い。発光層Ａ、発光層Ｄについてもバリア層を間に挟まない形で多重量子構造とすることもできる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、第２発光層が量子井戸構造となっているため、当接する青色、黄色発光が単層構造の発光層の発光に比べよりムラなく混ざり易くなると共に、複数の発光層を積層してなる発光ダイオードにおいて、各発光層からの発光色をムラなく混合でき、かつ順方向電圧を低減できる。
【００４０】
また、第１発光層と第２発光層が直接接する構成となっているため、従来の如くバリア層を挟んで積層した場合に比べて光がよりムラなく混ざり易くなる。
【００４１】
そして、第１発光層の発光色は青色であり第２発光層の発光色は黄色であるため、量子井戸構造の幅を調整することにより上記混合色を白色等に調整できる。
【００４２】
さらに、第１発光層と第２発光層とは実質的に並列接続となっているため、それぞれをの発光層を直列接続する場合に比して消費電力の低減が可能となるとともに、第１、第２発光層は、ＭＯＣＶＤ装置を用いて連続して形成できるため生産性も良い。第２発光層を多重量子構造の超格子あるいは量子ドットとした時、さらに当接する青色、黄色発光を超格子、ドットサイズまで小さくでき白色等の混色がムラなく、混ざり易くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる白色の発光ダイオードの一実施例を示す。
【図２】同じく他の実施例を示す。
【図３】同じく他の実施例を示す。
【図４】同じく他の実施例を示す。
【符号の説明】
１　　基層
２　　クラッド層
３　　第１発光層
４、９，１０、１２　　第２発光層
５　　クラッド層
６　　コンタクト層
７　　Ｎ電極
８　　Ｐ電極
【図１】
2004022975.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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