(57)【要約】      （修正有）【課題】高演色性、高効率及び節電の白色発光装置及びその製造方法の提供。【解決手段】少なくとも二つの発光層がλ１とλ２波長の光を発射でき、少なくとも一種類の蛍光粉２００を利用し発光層のそのうち一方の波長の光を吸収してλ３波長の光を発射し、このλ３波長の光と発光層のもう一つの波長の光を混合することで白光を発射する。少なくとも二つの発光層はｎ型オームコンタクト層の上に形成され、少なくとも二つの発光層の上に続いてｐ型オームコンタクト層が成長させられて、少なくとも二つの発光層を具えた発光装置１０が形成され、さらに発光装置の光発射経路上の蛍光粉２００と発光装置１０が一緒にパッケージされる。【選択図】図５
2005217386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色発光装置において、
発光ダイオードと、該発光ダイオードの上に塗布された蛍光粉とを具え、該発光ダイオードは、二種類の異なる波長λ１とλ２の光を発射できる少なくとも二つの発光層を具え、該蛍光粉は該発光ダイオードの発射する光のうち一種類の波長の光を吸収して別の波長λ３の光を発生し、
波長の関係はλ１＜λ３＜λ２であり、三種類の波長を混合して白光を発生するようにしたことを特徴とする、白色発光装置。
【請求項２】
請求項１記載の白色発光装置において、発光ダイオードは窒化ガリウム系化合物半導体を堆積させてなることを特徴とする、白色発光装置。
【請求項３】
請求項１記載の白色発光装置において、発光ダイオードのλ１の波長範囲が４３０ｎｍ≦λ１≦４７５ｎｍであることを特徴とする、白色発光装置。
【請求項４】
請求項１記載の白色発光装置において、発光ダイオードのλ２の波長範囲が６００ｎｍ≦λ２≦６５０ｎｍであることを特徴とする、白色発光装置。
【請求項５】
請求項１記載の白色発光装置において、発光ダイオードのλ３の波長範囲が５３０ｎｍ≦λ２≦５８０ｎｍであることを特徴とする、白色発光装置。
【請求項６】
請求項１記載の白色発光装置において、発光ダイオードのそのうち一つの発光層の量子ウェルがＩｎＮ／Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎを含有し、もう一つの発光層の量子ウェルはＩｎy Ｇａ1-y Ｎを含有し、０．４５＜ｘ＜０．６、０．１５＜ｙ＜０．３であることを特徴とする、白色発光装置。
【請求項７】
請求項１記載の白色発光装置において、発光ダイオードの基板が、サファイヤ、炭化けい素、シリコン、砒素化ガリウム、酸化亜鉛、二ほう化ジルコニウム、ＬｉＧａＯ2 、ＬｉＡｌＯ2 からなる群より選択されることを特徴とする、白色発光装置。
【請求項８】
請求項１記載の白色発光装置において、蛍光粉がＹＡＧ（（Ｙx Ｇｄ1-x ）（Ａｌy Ｇａ1-y ）5 Ｏ12：Ｃｅ）、Ｔｂ3 Ａｌ5 Ｏ12：Ｃｅ3+、或いはＳｒＧａ2 Ｓ4 ：Ｅｕ2+のいずれかとされたことを特徴とする、白色発光装置。
【請求項９】
白色発光装置において、
発光ダイオードと、該発光ダイオードの上に塗布された少なくとも二種類の蛍光粉とを具え、該発光ダイオードは二種類の異なる波長λ１とλ２の光を発射できる少なくとも二つの発光層を具え、該少なくとも二種類の蛍光粉は該発光ダイオードの発射する光のうち一種類の波長の光を吸収して別の二種類の波長λ３及びλ４の光を発生し、
波長の関係はλ１＜λ２＜λ３＜λ４であり、且つλ２、λ３及びλ４の三種類の波長を混合して白光を発生するようにしたことを特徴とする、白色発光装置。
【請求項１０】
請求項８記載の白色発光装置において、発光ダイオードは窒化ガリウム系化合物半導体を堆積させてなることを特徴とする、白色発光装置。
【請求項１１】
請求項８記載の白色発光装置において、発光ダイオードのλ１の波長範囲が３６５ｎｍ≦λ１≦４３０ｎｍであることを特徴とする、白色発光装置。
【請求項１２】
請求項８記載の白色発光装置において、発光ダイオードのλ２の波長範囲が４３０ｎｍ≦λ２≦４７５ｎｍであることを特徴とする、白色発光装置。
【請求項１３】
請求項８記載の白色発光装置において、発光ダイオードのλ３の波長範囲が５３０ｎｍ≦λ３≦５８０ｎｍであることを特徴とする、白色発光装置。
【請求項１４】
請求項８記載の白色発光装置において、発光ダイオードのλ３の波長範囲が６００ｎｍ≦λ３≦６５０ｎｍであることを特徴とする、白色発光装置。
【請求項１５】
請求項８記載の白色発光装置において、発光ダイオードのそのうち一つの発光層の量子ウェルがＩｎＮ／Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎを含有し、もう一つの発光層の量子ウェルはＩｎy Ｇａ1-y Ｎを含有し、０．１５＜ｘ＜０．３６、０≦ｙ＜０．１であることを特徴とする、白色発光装置。
【請求項１６】
請求項８記載の白色発光装置において、蛍光粉がＹＡＧ（（Ｙx Ｇｄ1-x ）（Ａｌy Ｇａ1-y ）5 Ｏ12：Ｃｅ）、Ｔｂ3 Ａｌ5 Ｏ12：Ｃｅ3+、ＳｒＧａ2 Ｓ4 ：Ｅｕ2+のいずれかと、酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ：Ｅｕ）、Ｓｒ2 Ｐ2 Ｏ7 ：Ｅｕ，Ｍｎ、硫化物：Ｅｕ（ＡＥＳ：Ｅｕ2+）、ニトリド−シリケート：Ｅｕ（ＡＥ2 Ｓｉ5 Ｎ8 ：Ｅｕ2+）のいずれかとされたことを特徴とする、白色発光装置。
【請求項１７】
白色発光装置の製造方法において、
基板を提供する工程、
該基板の上にバッファ層を形成する工程、
該バッファ層の上にｎ型オームコンタクト層を形成する工程、
該ｎ型オームコンタクト層の上に第１発光層を形成する工程、
該第１発光層の上に第２発光層を形成する工程、
該第２発光層の上にｐ型オームコンタクト層を形成する工程、
該ｐ型オームコンタクト層の上にｐ型電極を形成する工程、
該ｎ型オームコンタクト層の上にｎ型電極を形成する工程、
を具え、以上でＬＥＤチップを形成し、蛍光粉を該ＬＥＤチップの発光方向に設置することを特徴とする、白色発光装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の白色発光装置の製造方法において、第１発光層を形成する工程は、
ａ．第１バリア層をｎ型オームコンタクト層の上に成長させる工程、
ｂ．第１量子ウェルを第１バリア層の上に成長させる工程、
ｃ．第２量子ウェルを第１量子ウェルの上に成長させる工程、
ｄ．第２バリア層を第２量子ウェルの上に成長させる工程、
を具え、ｂ、ｃ、ｄの工程を重複することで多重量子ウェル構造の第１発光層を形成することを特徴とする、白色発光装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１７記載の白色発光装置の製造方法において、第２発光層を形成する工程は、
ａ．第３バリア層を第１発光層の上に成長させる工程、
ｂ．第３量子ウェルを第３バリア層の上に成長させる工程、
ｃ．第４量子ウェルを第３量子ウェルの上に成長させる工程、
ｄ．第４バリア層を第４量子ウェルの上に成長させる工程、
を具え、ｂ、ｃ、ｄの工程を重複することで多重量子ウェル構造の第２発光層を形成することを特徴とする、白色発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種の白色発光装置及びその製造方法に係り、特に、白光を発射できる発光装置とその製造方法に関する。本発明は、少なくとも二つの発光層を具えた発光装置と少なくとも一種類の蛍光粉を利用し、該蛍光粉が少なくとも二つの発光層の一方の光を吸収して別の光を発射し、さらに少なくとも二つの発光層のうちの一方の発射する光と混合することで、高演色性を具えた白光発光装置を達成する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は固体の半導体装置であり、ダイオード内の分離した二つのキャリア（電子と正孔）の相互結合により光を発生し、それは冷光発光に属し、タングステンランプの熱発光とは異なり、ただＬＥＤ装置の両端に極めて小さい電流を通入すれば発光する。ＬＥＤはその使用する材料の違いにより、エネルギーレベルの高さの差が結合後の光子のエネルギー量に影響を与え、異なる波長の光、例えば赤光、橙色光、黄、緑、青、或いは不可視光等を発生する。ＬＥＤ製品の長所は寿命が長く、節電で、耐用性があり、耐震で、強固で、量産に適し、体積が小さく、反応が速いことである。
【０００３】
ＬＥＤは可視光を発生するものと不可視光を発生するものがあり、可視光ＬＥＤは赤、黄、及び橙色等のＬＥＤ製品を含み、携帯電話のバックライト及びキー、ＰＤＡバックライト、情報と消費性電子製品の指示ランプ、工業用メーター設備、自動車用メーター指示ランプとブレーキランプ、大型広告用看板、交通標識等に使用され、不可視光ＬＥＤは、ＥｒＤＡ、ＶＣＳＥＬ及びＬＤ等を含み、通信に主に応用され、大きく二種類に分けられ、そのうち短波長赤外光は無線通信用（例えばＩｒＤＡモジュール）、リモートコントローラー、センサに応用され、長波長赤外光は短距離の通信用光源として使用される。
【０００４】
現在、白光ＬＥＤの応用は、照明方面では、自動車の車内ランプ、装飾ランプ等であり、その他の約９５％以上はＬＣＤバックライトとして使用され、且つ発光効率と寿命の問題から、現在は小サイズバックライトとしての使用が主流である。応用面から観ると、白光ＬＥＤ市場は携帯電話のカラースクリーンのバックライト及び携帯電話に附属のデジタルカメラのフラッシュランプが最も有望であり、将来的には白光ＬＥＤは大サイズＬＣＤバックライト及びグローバルな照明光源としての使用が目標である。
【０００５】
高輝度青色ＬＥＤと蛍光体（ＹＡＧ：Ｃｅ）で構成された白光ＬＥＤは新時代の省エネ光源と見なされている。このほか、紫外線（ＵＶ）ＬＥＤと三波長蛍光体で組成された白光ＬＥＤも新時代光源としてラインナップされる。
【０００６】
特許文献１に記載の技術は、混光式ＬＥＤであり、ＧａＮチップとＹＡＧを一つにパッケージしてなる。ＧａＮチップは青光（λp ＝４００〜５３０ｎｍ，Ｗｄ＝３０ｎｍ）を発生し、高温焼結してなりＣｅ3+を含むＹＡＧ蛍光粉はこの青色により励起された後に黄色光を発射し、そのピーク値は５５０ｎｍである。青光ＬＥＤの基板は碗型反射腔中に取り付けられ、ＹＡＧを混合した樹脂薄層で被覆され、約２００〜５００ｎｍである。ＬＥＤチップの発射する青光の一部はＹＡＧ蛍光粉により吸収され、別部分の青光はＹＡＧ蛍光粉の発射する黄光と混合されて、白光が得られる。
【０００７】
ただしこのような周知の技術は赤光成分を増加して高演色性を達成しようとすると、ＹＡＧ中のＧｄの化学組成を増さねばならず、しかし、これは赤光を発生できるＹＡＧ蛍光粉の光変換効率をＧｄの化学組成の増加により低下させてしまう。ゆえにこの周知の技術はもし高演色性の白光を得ようとすれば相対的に発光効率が下がる。また、特許文献２には、紫外光を発射できるＬＥＤと紫外光を吸収でき並びにＲ．Ｇ．Ｂ．をそれぞれ発射する三種類の蛍光粉を混合してなる白光を発射できる発光装置が記載されている。ただし現在に至るまで紫外光を吸収できる蛍光粉のその光変換効率はいずれもＹＡＧ系列の蛍光粉に及ばず、ゆえに高効率の紫外光ＬＥＤを研究開発しなければ実用化は達成できない。
【０００８】
さらに特許文献３には一種の混光式発光ダイオードが記載され、それは、第１及び第２発光層の組成と構造を再改変することなく、その二つのピーク波長を固定して、二つの発光層の間にトンネル性のバリア層を形成し、このトンネルバリア層の幅を調整することにより、導電キャリアのこのトンネルバリア層の透過確率を改変し、これにより二つの発光領域中の光電変換に関わる導電キャリア分布比例を改変し、即ち二つの主波ピークの相対発光強度を改変し、これにより第１発光層の発射する第１波長と第２発光層の発射する第２波長範囲の光を相互に混合し、シングルチップ自身が特定の色の混合光（或いは白光）を発射できるようにしている。もし混合光の色を改変したい場合は、僅かにトンネルバリア層の幅を改変するだけで混合光の色を調整でき、このため混光式発光ダイオードの製造工程を簡易化できる。この特許に記載の構造は、理論上は実施可能であるが、二つの発光層の間にトンネル性のバリア層を形成すると、装置の作業電圧を増すことになり、ゆえに節電の目的が達成できなくなるという欠点がある。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５，９９８，９２５号明細書
【特許文献２】米国特許第６，０８４，２５０号明細書
【特許文献３】台湾特許公告第５４６８５２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上の従来の技術の欠点から、新規な白色発光装置及びその製造方法が求められている。
【００１１】
本発明の目的は、一種の白色発光装置及びその製造方法を提供することにあり、それは、発光装置と少なくとも一種類の蛍光粉を具え、発光装置は少なくとも二つの発光層を具え、該少なくとも二つの発光層はλ１とλ２の波長の光を発射し、該蛍光粉は少なくとも二つの発光層のうち一方が発射する波長の光を吸収してλ３波長の光を発射し、さらに少なくとも二つの発光層の一方の波長の光と混合し、高演色性、高効率及び節電の白色発光装置を形成するものである。
【００１２】
本発明の別の目的は、白色発光装置及びその製造方法を提供することにあり、それは、発光装置と少なくとも二種類の異なる系列の蛍光粉を具え、該発光装置は少なくとも二つの発光層を具え、該少なくとも二つの発光層はλ１とλ２の波長の光を発射し、該蛍光粉は少なくとも二つの発光層のうち一方が発射する波長の光を吸収してλ３とλ４波長の光を発射するものとし、さらに少なくとも二つの発光層の一方の波長の光と混合し、高演色性、高効率及び節電の白色発光装置を形成するものである。
【００１３】
本発明のまた別の目的は、白色発光装置及びその製造方法を提供することにあり、それは、青光と赤光を発射できる発光装置を具えたものとし、さらに、少なくとも一種類の蛍光粉を利用して青光を吸収させ黄緑光を発射させ、青光、黄緑光及び赤光の混合により白光を達成するものである。
【００１４】
本発明のさらにまた別の目的は、白色発光装置及びその製造方法を提供することにあり、それは、紫外光と青光を発射できる発光装置を具えたものとし、さらに、少なくとも一種類の蛍光粉を利用して青光を吸収させ黄緑光を発射させ、及び少なくとも一種類の蛍光粉に紫外光を吸収させて赤光を発射させ、青光、黄緑光及び赤光を混合し白光の目的を達成するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１の発明は、白色発光装置において、
発光ダイオードと、該発光ダイオードの上に塗布された蛍光粉とを具え、該発光ダイオードは、二種類の異なる波長λ１とλ２の光を発射できる少なくとも二つの発光層を具え、該蛍光粉は該発光ダイオードの発射する光のうち一種類の波長の光を吸収して別の波長λ３の光を発生し、
波長の関係はλ１＜λ３＜λ２であり、三種類の波長を混合して白光を発生するようにしたことを特徴とする、白色発光装置としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の白色発光装置において、発光ダイオードは窒化ガリウム系化合物半導体を堆積させてなることを特徴とする、白色発光装置としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の白色発光装置において、発光ダイオードのλ１の波長範囲が４３０ｎｍ≦λ１≦４７５ｎｍであることを特徴とする、白色発光装置としている。
請求項４の発明は、請求項１記載の白色発光装置において、発光ダイオードのλ２の波長範囲が６００ｎｍ≦λ２≦６５０ｎｍであることを特徴とする、白色発光装置としている。
請求項５の発明は、請求項１記載の白色発光装置において、発光ダイオードのλ３の波長範囲が５３０ｎｍ≦λ２≦５８０ｎｍであることを特徴とする、白色発光装置としている。
請求項６の発明は、請求項１記載の白色発光装置において、発光ダイオードのそのうち一つの発光層の量子ウェルがＩｎＮ／Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎを含有し、もう一つの発光層の量子ウェルはＩｎy Ｇａ1-y Ｎを含有し、０．４５＜ｘ＜０．６、０．１５＜ｙ＜０．３であることを特徴とする、白色発光装置としている。
請求項７の発明は、請求項１記載の白色発光装置において、発光ダイオードの基板が、サファイヤ、炭化けい素、シリコン、砒素化ガリウム、酸化亜鉛、二ほう化ジルコニウム、ＬｉＧａＯ2 、ＬｉＡｌＯ2 からなる群より選択されることを特徴とする、白色発光装置としている。
請求項８の発明は、請求項１記載の白色発光装置において、蛍光粉がＹＡＧ（（Ｙx Ｇｄ1-x ）（Ａｌy Ｇａ1-y ）5 Ｏ12：Ｃｅ）、Ｔｂ3 Ａｌ5 Ｏ12：Ｃｅ3+、或いはＳｒＧａ2 Ｓ4 ：Ｅｕ2+のいずれかとされたことを特徴とする、白色発光装置としている。
請求項９の発明は、白色発光装置において、
発光ダイオードと、該発光ダイオードの上に塗布された少なくとも二種類の蛍光粉とを具え、該発光ダイオードは二種類の異なる波長λ１とλ２の光を発射できる少なくとも二つの発光層を具え、該少なくとも二種類の蛍光粉は該発光ダイオードの発射する光のうち一種類の波長の光を吸収して別の二種類の波長λ３及びλ４の光を発生し、
波長の関係はλ１＜λ２＜λ３＜λ４であり、且つλ２、λ３及びλ４の三種類の波長を混合して白光を発生するようにしたことを特徴とする、白色発光装置としている。
請求項１０の発明は、請求項８記載の白色発光装置において、発光ダイオードは窒化ガリウム系化合物半導体を堆積させてなることを特徴とする、白色発光装置としている。
請求項１１の発明は、請求項８記載の白色発光装置において、発光ダイオードのλ１の波長範囲が３６５ｎｍ≦λ１≦４３０ｎｍであることを特徴とする、白色発光装置としている。
請求項１２の発明は、請求項８記載の白色発光装置において、発光ダイオードのλ２の波長範囲が４３０ｎｍ≦λ２≦４７５ｎｍであることを特徴とする、白色発光装置としている。
請求項１３の発明は、請求項８記載の白色発光装置において、発光ダイオードのλ３の波長範囲が５３０ｎｍ≦λ３≦５８０ｎｍであることを特徴とする、白色発光装置としている。
請求項１４の発明は、請求項８記載の白色発光装置において、発光ダイオードのλ３の波長範囲が６００ｎｍ≦λ３≦６５０ｎｍであることを特徴とする、白色発光装置としている。
請求項１５の発明は、請求項８記載の白色発光装置において、発光ダイオードのそのうち一つの発光層の量子ウェルがＩｎＮ／Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎを含有し、もう一つの発光層の量子ウェルはＩｎy Ｇａ1-y Ｎを含有し、０．１５＜ｘ＜０．３６、０≦ｙ＜０．１であることを特徴とする、白色発光装置としている。
請求項１６の発明は、請求項８記載の白色発光装置において、蛍光粉がＹＡＧ（（Ｙx Ｇｄ1-x ）（Ａｌy Ｇａ1-y ）5 Ｏ12：Ｃｅ）、Ｔｂ3 Ａｌ5 Ｏ12：Ｃｅ3+、ＳｒＧａ2 Ｓ4 ：Ｅｕ2+のいずれかと、酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ：Ｅｕ）、Ｓｒ2 Ｐ2 Ｏ7 ：Ｅｕ，Ｍｎ、硫化物：Ｅｕ（ＡＥＳ：Ｅｕ2+）、ニトリド−シリケート：Ｅｕ（ＡＥ2 Ｓｉ5 Ｎ8 ：Ｅｕ2+）のいずれかとされたことを特徴とする、白色発光装置としている。
請求項１７の発明は、白色発光装置の製造方法において、
基板を提供する工程、
該基板の上にバッファ層を形成する工程、
該バッファ層の上にｎ型オームコンタクト層を形成する工程、
該ｎ型オームコンタクト層の上に第１発光層を形成する工程、
該第１発光層の上に第２発光層を形成する工程、
該第２発光層の上にｐ型オームコンタクト層を形成する工程、
該ｐ型オームコンタクト層の上にｐ型電極を形成する工程、
該ｎ型オームコンタクト層の上にｎ型電極を形成する工程、
を具え、以上でＬＥＤチップを形成し、蛍光粉を該ＬＥＤチップの発光方向に設置することを特徴とする、白色発光装置の製造方法としている。
請求項１８の発明は、請求項１７記載の白色発光装置の製造方法において、第１発光層を形成する工程は、
ａ．第１バリア層をｎ型オームコンタクト層の上に成長させる工程、
ｂ．第１量子ウェルを第１バリア層の上に成長させる工程、
ｃ．第２量子ウェルを第１量子ウェルの上に成長させる工程、
ｄ．第２バリア層を第２量子ウェルの上に成長させる工程、
を具え、ｂ、ｃ、ｄの工程を重複することで多重量子ウェル構造の第１発光層を形成することを特徴とする、白色発光装置の製造方法としている。
請求項１９の発明は、請求項１７記載の白色発光装置の製造方法において、第２発光層を形成する工程は、
ａ．第３バリア層を第１発光層の上に成長させる工程、
ｂ．第３量子ウェルを第３バリア層の上に成長させる工程、
ｃ．第４量子ウェルを第３量子ウェルの上に成長させる工程、
ｄ．第４バリア層を第４量子ウェルの上に成長させる工程、
を具え、ｂ、ｃ、ｄの工程を重複することで多重量子ウェル構造の第２発光層を形成することを特徴とする、白色発光装置の製造方法としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、一種の白色発光装置及びその製造方法を提供し、それは、発光装置と少なくとも一種類の蛍光粉を具え、発光装置は少なくとも二つの発光層を具え、該少なくとも二つの発光層はλ１とλ２の波長の光を発射し、該蛍光粉は少なくとも二つの発光層のうち一方が発射する波長の光を吸収してλ３波長の光を発射し、さらに少なくとも二つの発光層の一方の波長の光と混合し、高演色性、高効率及び節電の目的を達成する。
【００１７】
本発明は、白色発光装置及びその製造方法を提供し、それは、発光装置と少なくとも二種類の異なる系列の蛍光粉を具え、該発光装置は少なくとも二つの発光層を具え、該少なくとも二つの発光層はλ１とλ２の波長の光を発射し、該蛍光粉は少なくとも二つの発光層のうち一方が発射する波長の光を吸収してλ３とλ４波長の光を発射するものとし、さらに少なくとも二つの発光層の一方の波長の光と混合し、高演色性、高効率及び節電の白色発光装置を形成する。
【００１８】
本発明はまた、白色発光装置及びその製造方法を提供し、それは、青光と赤光を発射できる発光装置を具えたものとし、さらに、少なくとも一種類の蛍光粉を利用して青光を吸収させ黄緑光を発射させ、青光、黄緑光及び赤光の混合により白光を達成する。
【００１９】
本発明はさらにまた、白色発光装置及びその製造方法を提供し、それは、紫外光と青光を発射できる発光装置を具えたものとし、さらに、少なくとも一種類の蛍光粉を利用して青光を吸収させ黄緑光を発射させ、及び少なくとも一種類の蛍光粉に紫外光を吸収させて赤光を発射させ、青光、黄緑光及び赤光を混合し白光の目的を達成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は一種の白色発光装置及びその製造方法を提供し、この発光装置は少なくとも二つの発光層、該少なくとも二つの発光層がλ１とλ２波長の光を発射でき、少なくとも一種類の蛍光粉を利用し該発光層のそのうち一方の波長の光を吸収してλ３波長の光を発射し、このλ３波長の光と該発光層のもう一つの波長の光を混合することで白光を発射する。本発明の類白色発光装置の少なくとも二つの発光層はｎ型オームコンタクト層の上に形成され、該少なくとも二つの発光層の上に続いてｐ型オームコンタクト層が成長させられて、少なくとも二つの発光層を具えた発光装置が形成され、さらに該発光装置の光発射経路上の蛍光粉と該発光装置が一緒にパッケージされて、本発明の発光装置が完成する。
【実施例１】
【００２１】
図１は本発明の好ましい実施例の白色発光装置の製造フローチャートである。図示されるように、本発明の白色発光装置の製造方法は、
工程Ｓ１０：  基板を提供する
工程Ｓ１１：  バッファ層を該基板の上に形成する
工程Ｓ１２：  ｎ型オームコンタクト層を該バッファ層の上に形成する
工程Ｓ１３：  第１発光層を該ｎ型オームコンタクト層の上に形成する
工程Ｓ１４：  第２発光層を該第１発光層の上に形成する
工程Ｓ１５：  ｐ型オームコンタクト層を該第２発光層の上に形成する
工程Ｓ１６：  ｐ型電極を該ｐ型オームコンタクト層の上に形成する
工程Ｓ１７：  ｎ型電極を該ｎ型オームコンタクト層の上に形成する
以上の工程を具えている。
【００２２】
そのうち、以上により形成されたＬＥＤチップにおいて、蛍光粉を該ＬＥＤチップの発光方向に置く。
【００２３】
さらに、工程Ｓ１３における第１発光層の製造フローは図２に示されるとおりであり、それは本発明の好ましい実施例の第１発光層の製造フローチャートであり、
工程Ｓ１００：  第１バリア層を該ｎ型オームコンタクト層の上に成長させる
工程Ｓ１１０：  第１量子ウェルを該第１バリア層の上に成長させる
工程Ｓ１２０：  第２量子ウェルを該第１量子ウェルの上に成長させる
工程Ｓ１３０：  第２バリア層を第２量子ウェルの上に成長させる
以上の工程を具えている。
【００２４】
そのうち、工程Ｓ１１０を第２バリア層の上で重複し、及び、工程Ｓ１２０と工程Ｓ１３０により、多重量子ウェル構造の第１発光層が形成される。
【００２５】
また、工程Ｓ１４の第２発光層の製造方法は、図３に示されるようであり、これは本発明の好ましい実施例の第２発光層の製造フローチャートであり、
工程Ｓ２００：  第３バリア層を該第１発光層の上に成長させる
工程Ｓ２１０：  第３量子ウェルを該第３バリア層の上に成長させる
工程Ｓ２２０：  第４量子ウェルを第３量子ウェルの上に成長させる
工程Ｓ２３０：  第４バリア層を該第４量子ウェルの上に成長させる
以上の工程を具えている。
【００２６】
そのうち、工程Ｓ２１０を第４バリア層の上で重複し、及び、工程Ｓ２２０と工程Ｓ２３０により、多重量子ウェル構造の第２発光層が形成される。
【００２７】
図４と図５は本発明の好ましい実施例の少なくとも二つの発光層を具えた発光装置の構造表示図及び白色発光装置の構造表示図である。図示されるように、本発明の少なくとも二つの発光層を具えた白光発光装置１００は、基板１１０、バッファ層１２０、ｎ型オームコンタクト層１３０、第１発光層１４０、第２発光層１５０、被覆層１６０、ｐ型オームコンタクト層１７０、ｐ型透明金属導電層１８０、ｐ型電極１７２、ｎ型電極１３２及び蛍光粉２００を具えている。該バッファ層１２０は基板１１０の上にあり、該ｎ型オームコンタクト層１３０は該バッファ層１２０の上に位置し、該第１発光層１４０と該第２発光層１５０は順にｎ型オームコンタクト層１３０の上に位置し、該第２発光層１５０の上は被覆層１６０とされ、該被覆層１６０の上はｐ型オームコンタクト層１７０とされ、該ｐ型オームコンタクト層１７０の上にｐ型透明金属導電層１８０とｐ型電極１７２が形成され、ｎ型オームコンタクト層１３０の一部領域の上にｎ型電極１３２が設けられ、さらに以上により形成された発光装置の発光方向に該蛍光粉２００が設置されている。
【００２８】
該バッファ層の材料は窒化ガリウム系化合物とされ、それはＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）とされ得る。該ｎ型オームコンタクト層の材料はシリコンキャリアドープのｎ型窒化ガリウム（ｎ−ＧａＮ）とされ得る。該被覆層はマグネシウムドープのｐ型窒化アルミニウムガリウム（ｐ−Ａｌz Ｇａ1-z ，ｚ〜０．２）とされ得る、ｐ型オームコンタクト層１７０はマグネシウムドープの窒化ガリウム（ｐＧａＮ）とされ得る。
【００２９】
図６は本発明の好ましい実施例の白色発光装置の発光層の構造表示図である。図示されるように、該第１発光層１４０は第１バリア層１４２、第１量子ウェル１４４、第２量子ウェル１４６を具え、以上の構造が交互に３〜１０回堆積されて多重量子ウェル構造（ＭＱＷ）の第１発光層１４０が形成される。該第２発光層１５０は第２バリア層１５２、第３量子ウェル１５４、第４量子ウェル１５６を具え、以上の構造が交互に３〜１０回堆積されて多重量子ウェル構造（ＭＱＷ）の第２発光層１５０が形成される。
【００３０】
以下に実際の実施例について説明する。
本発明は有機金属化学気相エピタキシー法で成長させる。まず、サファイヤ基板を提供し、続いて摂氏約５００度下で該基板表面上に厚さが約２００〜３００Åの低温バッファ層を成長させる。続いて、成膜温度を摂氏約１０２５度に上げ、この高温下で高温バッファ層を低温バッファ層の上に形成し、該高温バッファ層の厚さは約０．７μｍとする。続いて、同じ温度下で該高温バッファ層の上にｎ型オームコンタクト層をエピタキシャル成長させ、該ｎ型オームコンタクト層はシリコンドープ濃度約３〜５ｅ＋ｃｍ-3のｎ型窒化ガリウム（ｎ−ＧａＮ）とし、その成長厚さは約２〜５μｍとする。
【００３１】
続いて、第１赤色発光層を形成する。まず、成長温度を摂氏約８００〜８３０度に下げて厚さ約７０〜２００Åの窒化ガリウムバリア層を成長させる。続いて、エピタキシャル成長を中断し、成長温度を摂氏約７００〜７３０度に下げ、厚さ約５〜１５Åの窒化インジウム（ＩｎＮ）の第１量子ウェルを成長させる。続いて、厚さ約１５〜４０Åの窒化インジウムガリウム（Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ，ｘ〜０．４８）の第２量子ウェルを成長させる。続いて、厚さ約３０〜５０Åの窒化ガリウムバリア層を成長させる。その後、エピタキシャル成長を中断し、成長温度を摂氏約８００〜８３０度に上げて、再度重複して厚さ約７０〜２００Åの窒化ガリウムバリア層を成長させ、こうして交互に３〜１０回堆積させて、多重量子ウェル構造（ＭＱＷ）の第１赤色発光層２０５を形成する。続いて、温度を摂氏約７５０〜８００度に維持する。
【００３２】
更に第２青色発光層を成長させる。その構造は厚さ約７０〜２００Åの窒化ガリウムバリア層及び厚さ約２０〜３０Åの窒化インジウムガリウム（Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ，ｙ〜０．２４）が交互に３〜１０回堆積されてなる多重量子ウェル構造とされる。図７は本発明の好ましい実施例の第１赤色発光層及び第２青色発光層で形成された簡単なエネルギーバンド表示図である。
【００３３】
発光層を完成した後、成長温度を摂氏約９３０〜９８０度に上げ、発光層の最後のバリア層の上に厚さ約２００〜５００Åのマグネシウムドープ濃度３ｅ＋１７〜５ｅ＋１９ｃｍ-3のｐ型窒化アルミニウムガリウム（ｐ−Ａｌz Ｇａ1-z Ｎ，ｚ〜０．２）の被覆層と、厚さ約１０００〜５０００Åのマグネシウムドープ濃度３ｅ＋１８〜１ｅ＋２０ｃｍ-3のｐ型窒化ガリウム（ｐ−ＧａＮ）で構成したオームコンタクト層を成長させる。
【００３４】
上述のエピタキシャル成長の後、ドライエッチング工程により一部のｐ型オームコンタクト層、被覆層、発光層及びｎ型オームコンタクト層を除去し、ｎ型オームコンタクト層の表面を露出させる。続いて、蒸着工程を実行してｐ型透明金属導電層をｐ型オームコンタクト層の上に形成し、並びにｐ型電極を該ｐ型透明金属導電層の上に形成し、ｎ型電極をｎ型オームコンタクト層の表面の上に形成する。
【００３５】
続いて、研磨及びダイシングの後に、大きさが約３８０×３２０μｍ2 の発光ダイオードチップを形成する。駆動電流２０ｍＡをｐ型電極及びｎ型電極に印加し、その発光スペクトルを図８に示した。図８によると、主波ピークは４６０ｎｍ、次波ピークは６０３ｎｍである。更にこの発光ダイオードチップに黄緑光を発射できるＹＡＧ系列の蛍光粉を加えてパッケージし、周知の砲弾型発光ダイオード或いは表面実装型発光ダイオードを形成する。一般に（Ｙx Ｇｄ1-x ）（Ａｌy Ｇａ1-y ）5 Ｏ12：Ｃｅの化学式で黄緑光のＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）系列の蛍光粉を代表し、それは、駆動電流２０ｍＡを印加すると混光により白光を発生する。その発光スペクトルは図９のようであり、その演色性（Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ  Ｉｎｄｅｘ）は９０に達する。以上に述べたＹＡＧ蛍光粉のほか、ＴＡＧ或いはＳＴＧ系列の蛍光粉を使用することもでき、一般に、Ｔｂ3 Ａｌ5 Ｏ12：Ｃｅ3+の化学式で黄緑光のＴＡＧ（Ｔｅｒｂｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）系列の蛍光粉を代表し、ＳｒＧａ2 Ｓ4 ：Ｅｕ2+で黄緑光のＳＴＧ系列の蛍光粉を代表する。
【実施例２】
【００３６】
本発明の別の実施例によると、各窒化ガリウム系化合物は有機金属化学気相エピタキシー法で成長させる。まず、サファイヤ基板を提供し、続いて温度摂氏約５００度で基板表面に厚さ約２００〜３００Åの低温バッファ層を成長させる。続いて、成膜温度摂氏約１０２５度の高温下で高温バッファ層を該低温バッファ層の上に成長させ、この高温バッファ層の厚さは約０．７μｍとする。続いて、同じ温度下で該高温バッファ層の上にｎ型オームコンタクト層をエピタキシャル成長させ、該ｎ型オームコンタクト層はシリコンドープ濃度３〜５ｅ＋１８ｃｍ-3のｎ型窒化ガリウム（ｎ−ＧａＮ）とし、その成長厚さは約２〜５μｍとする。
【００３７】
続いて、第１青光発光層を形成する。まず、成長温度を摂氏約７５０〜８００度に下げて厚さ約７０〜２００Åの窒化ガリウムバリア層を成長させる。続いて、厚さ約２０〜３０Åの窒化インジウムガリウム（Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ，ｘ〜０．２４）の量子ウェル３０５ｂを成長させ、こうして交互に３〜１０回堆積させて多重量子ウェル構造の第１青光発光層を形成する。
【００３８】
続いて、温度を摂氏約８４０〜８９０度に上げ、第２紫外光発光層を成長させる。その構造は、厚さ約７０〜２００Åの窒化ガリウムバリア層及び厚さ約２０〜３０Åの窒化インジウムガリウム（Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ，ｙ〜０．０８）を交互に３〜１０回堆積させてなる多重量子構造とする。図１０は本発明の好ましい実施例の第１青光発光層と第２紫外光発光層で形成した簡単なエネルギーバンド表示図である。
【００３９】
発光層完成後に、温度を摂氏約９３０〜９８０度まで上げ、発光層の最後のバリア層の上に厚さ約２００〜５００Åのマグネシウムドープ濃度約３ｅ＋１７〜５ｅ＋１９ｃｍ-3のｐ型窒化アルミニウムガリウム（ｐＡｌz Ｇａ1-z Ｎ，ｚ〜０．２）で組成した被覆層を成長させ、及び、厚さ約１０００〜５０００Åのマグネシウムドープ濃度３ｅ＋１８〜１ｅ＋２０ｃｍ-3のｐ型窒化ガリウム（ｐ−ＧａＮ）で構成したオームコンタクト層を成長させる。
【００４０】
上述のエピタキシャル成長完成後、ドライエッチング工程により一部のｐ型オームコンタクト層、被覆層、発光層及びｎ型オームコンタクト層を除去し、ｎ型オームコンタクト層の表面を露出させる。続いて、蒸着工程を実行してｐ型透明金属導電層をｐ型オームコンタクト層の上に形成し、並びにｐ型電極を該ｐ型透明金属導電層の上に形成し、ｎ型電極をｎ型オームコンタクト層の表面の上に形成する。
【００４１】
続いて、研磨及びダイシングの後に、大きさが約３８０×３２０μｍ2 の発光ダイオードチップを形成する。駆動電流２０ｍＡをｐ型電極及びｎ型電極に印加し、その発光スペクトルを図１１に示した。図１１によると、主波ピークは３８０ｎｍ、次波ピークは４６３ｎｍである。更にこの発光ダイオードチップに黄緑光を発射できるＹＡＧ系列の蛍光粉及び赤光を発生できる酸化イットリウム（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ）系列の蛍光粉を加えてパッケージし、周知の砲弾型発光ダイオード或いは表面実装型発光ダイオードを形成する。この発光ダイオードは駆動電流２０ｍＡ下で、混光により白光を発射し、その発光スペクトルは図１２に示すとおりである。一般に、（Ｙx Ｇｄ1-x ）（Ａｌy Ｇａ1-y ）5 Ｏ12：Ｃｅの化学式で黄緑光のＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）系列の蛍光粉を代表し、Ｙ2 Ｏ3 ：Ｅｕの化学式で赤光の酸化イットリウム系列の蛍光粉を代表し、その演色性は９２に達する。以上に述べた蛍光粉のほか、Ｔｂ3 Ａｌ5 Ｏ12：Ｃｅ3+或いはＳｒＧａ2 Ｓ4 ：Ｅｕ2+をＹＡＧの代わりに使用でき、またＳｒ2 Ｐ2 Ｏ7 ：Ｅｕ，Ｍｎ、硫化物：Ｅｕ（ＡＥＳ：Ｅｕ2+）或いはニトリド−シリケート：Ｅｕ（ＡＥ2 Ｓｉ5 Ｎ8 ：Ｅｕ2+）を酸化ニットリウムの代わりに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の好ましい実施例の白色発光装置の製造フローチャートである。
【図２】本発明の好ましい実施例の第１発光層の製造フローチャートである。
【図３】本発明の好ましい実施例の第２発光層の製造フローチャートである。
【図４】本発明の好ましい実施例の少なくとも二つの発光層を具えた白色発光装置の構造表示図である。
【図５】本発明の好ましい実施例の少なくとも二つの発光層を具えた白色発光装置の構造表示図である。
【図６】本発明の好ましい実施例の白色発光装置の発光層の構造表示図である。
【図７】本発明の好ましい実施例の第１赤色発光層及び第２青色発光層で形成された簡単なエネルギーバンド表示図である。
【図８】本発明の好ましい実施例の、ｐ型電極とｎ型電極に２０ｍＡの駆動電流を印加した発光スペクトルである。
【図９】本発明の好ましい実施例の、駆動電流２０ｍＡ下での混光による白光の発光スペクトルである。
【図１０】本発明の好ましい実施例の、発光層を第１青光発光層及び第２紫外光発光層で形成した簡単なエネルギーバンド表示図である。
【図１１】本発明の好ましい実施例の、ｐ型電極とｎ型電極に２０ｍＡの駆動電流を印加した発光スペクトルである。
【図１２】本発明の好ましい実施例の、駆動電流２０ｍＡ下での混光による白光の発光スペクトルである。
【符号の説明】
【００４３】
１００  発光装置
１１０  基板
１２０  バッファ層
１３０  ｎ型オームコンタクト層
１３２  ｎ型電極
１４０  第１発光層
１４２  第１バリア層
１４４  第１量子ウェル
１４６  第２量子ウェル
１５０  第２発光層
１５２  第２バリア層
１５４  第３量子ウェル
１５６  第４量子ウェル
１６０  被覆層
１７０  ｐ型オームコンタクト層
１７２  ｐ型電極
１８０  ｐ型透明金属導電層
２００  蛍光粉
【図１】
2005217386.tif 000003
【図２】
2005217386.tif 000004
【図３】
2005217386.tif 000005
【図４】
2005217386.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005217386.tif 000008
【図７】
2005217386.tif 000009
【図８】
2005217386.tif 000010
【図９】
2005217386.tif 000011
【図１０】
2005217386.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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