(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光層を具えた白色発光ダイオードにおいて、該白色発光ダイオードは白色光を発生するのに用いられ、
サファイヤ基板と、
該サファイヤ基板の上に堆積された窒化ガリウムバッファ層と、
該窒化ガリウムバッファ層の上に堆積されたｎ型窒化ガリウム層と、
該ｎ型窒化ガリウム層の上に堆積され、並びに一部分が露出させられた多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層と、
該多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層の上に堆積されたｐ型窒化ガリウム層と、  該ｐ型窒化ガリウム層の上に堆積された透明導電層と、
該透明導電層の上に堆積され、且つ貫通孔を有している酸化インジウムテルビウム蛍光層と、
該酸化インジウムテルビウム蛍光層の上に堆積され、並びに該貫通孔を通り電気的に該透明導電層に接続され、且つ外部電源のマイナス端子に電気的に接続されるマイナス極金属接続層と、
該ｐ型窒化ガリウム層の上に堆積され、且つ外部電源のプラス端子に電気的に接続されるプラス極金属接続層と、
を包含し、
該酸化インジウムテルビウム蛍光層が含有する酸化インジウムとテルビウムの質量比の範囲は、Ｉｎ2Ｏ3：Ｔｂ＝９５：５から７０：３０であることを特徴とする、白色発光ダイオード。
【請求項２】
請求項１記載の白色発光ダイオードにおいて、該酸化インジウムテルビウム蛍光層はＲＦ反応性磁気制御スパッタ法で堆積されることを特徴とする、白色発光ダイオード。
【請求項３】
請求項１記載の白色発光ダイオードにおいて、該多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層は複数の、交替して堆積され且つ異なるバンドギャップの薄状窒化アルミニウムガリウムを具え、且つ低バンドギャップ層が形成する量子井戸を有することを特徴とする、白色発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種の白色発光ダイオードに係り、特に一種の、蛍光特性を有する酸化インジウムテルビウム透明導電層を具えた白色発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、高効率の発光特性を有するため、既に発光源及び表示装置に広く応用されている。発光ダイオードの発光原理は、順方向に電圧をかけた時に、ｐ型半導体層とｎ型半導体層の間のｐｎ接合が電子正孔再結合を発生して電気エネルギーを対応する光エネルギーに変換し、これにより出射光を発生する、というものである。出射光の波長は、バンドギャップの大きさにより決まり、ゆえに、適当な組成のｐ型半導体層とｎ型半導体を組み合わせることにより、必要なバンドギャップを実現して、必要な可視光を発生することができる。
【０００３】
一般の発光ダイオードの発生する出射光は、紫外光成分を有し、このため、通常は、透明蛍光樹脂体層中に添加した蛍光粉の蛍光作用を利用して、高エネルギーの紫外光を比較的低エネルギーの可視光に変換して使用に供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述の周知の技術の欠点は、透明蛍光樹脂体層は、樹脂体の老化の問題を有し、発光ダイオードの出射光品質に影響を与えることにある。このため半導体工程で蛍光作用を有する半導体蛍光層を具えた白色発光ダイオードを製造し、上述の周知の技術の問題を解決することが必要とされている。
【０００５】
本発明の主要な目的は、蛍光層を具えた白色発光ダイオードを提供することにあり、それは、サファイヤ基板、窒化ガリウムバッファ層、ｎ型窒化ガリウム層、多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層、ｐ型窒化ガリウム層、透明導電層、酸化インジウムテルビウム蛍光層、マイナス極金属接続層、及びプラス極金属接続層を包含する。そのうち、窒化ガリウムバッファ層、ｎ型窒化ガリウム層、多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層、ｐ型窒化ガリウム層、透明導電層、酸化インジウムテルビウム蛍光層は順にサファイヤ基板上に堆積され、マイナス極金属接続層はｎ型窒化ガリウム層に接続されて、外部マイナス電源端子との接続に用いられ、プラス極金属接続層は酸化インジウムテルビウム蛍光層の上に位置し、並びに酸化インジウムテルビウム蛍光層を貫通して透明導電層に接続され、外部プラス電源端子との接続に用いられ、これにより電流はプラス極金属接続層から透明導電層、ｐ型窒化ガリウム層、酸化インジウムテルビウム蛍光層、ｎ型窒化ガリウム層を流れてマイナス極金属接続層に至り、並びに多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層より光線を発射し、この光線は、ｐ型窒化ガリウム層、透明導電層及び酸化インジウムテルビウム蛍光層をとおり、且つ蛍光特性を具えた酸化インジウムテルビウム蛍光層で白色光に変換されて外部に出射される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、蛍光層を具えた白色発光ダイオードにおいて、該白色発光ダイオードは白色光を発生するのに用いられ、
サファイヤ基板と、
該サファイヤ基板の上に堆積された窒化ガリウムバッファ層と、
該窒化ガリウムバッファ層の上に堆積されたｎ型窒化ガリウム層と、
該ｎ型窒化ガリウム層の上に堆積され、並びに一部分が露出させられた多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層と、
該多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層の上に堆積されたｐ型窒化ガリウム層と、  該ｐ型窒化ガリウム層の上に堆積された透明導電層と、
該透明導電層の上に堆積され、且つ貫通孔を有している酸化インジウムテルビウム蛍光層と、
該酸化インジウムテルビウム蛍光層の上に堆積され、並びに該貫通孔を通り電気的に該透明導電層に接続され、且つ外部電源のマイナス端子に電気的に接続されるマイナス極金属接続層と、
該ｐ型窒化ガリウム層の上に堆積され、且つ外部電源のプラス端子に電気的に接続されるプラス極金属接続層と、
を包含し、
該酸化インジウムテルビウム蛍光層が含有する酸化インジウムとテルビウムの質量比の範囲は、Ｉｎ2Ｏ3：Ｔｂ＝９５：５から７０：３０であることを特徴とする、白色発光ダイオードとしている。
請求項２の発明は、請求項１記載の白色発光ダイオードにおいて、該酸化インジウムテルビウム蛍光層はＲＦ反応性磁気制御スパッタ法で堆積されることを特徴とする、白色発光ダイオードとしている。
請求項３の発明は、請求項１記載の白色発光ダイオードにおいて、該多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層は複数の、交替して堆積され且つ異なるバンドギャップの薄状窒化アルミニウムガリウムを具え、且つ低バンドギャップ層が形成する量子井戸を有することを特徴とする、白色発光ダイオードとしている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の白色発光ダイオードは蛍光粉を透明樹脂体中に添加して樹脂体蛍光層を形成して紫外線を可視光に転換する必要がなく、ＲＦ反応性磁気制御スパッタ法の半導体工程で直接透明導電層の上に蛍光作用を有する酸化インジウムテルビウム蛍光層を堆積させることができ、これにより白色光スペクトルを有する出射光を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の蛍光層を具えた白色発光ダイオードの表示図である。
【図２】本発明の実施例の白色発光ダイオードのホトルミネッセンススペクトルである。
【図３】本発明の別の実施例の白色発光ダイオードのホトルミネッセンススペクトルである。
【図４】本発明の実施例の白色発光ダイオードのエレクトロルミネッセンススペクトルである。
【図５】本発明の実施例の白色発光ダイオードの蛍光層のエレクトロルミネッセンススペクトルである。
【図６】本発明の別の実施例の白色発光ダイオードのエレクトロルミネッセンススペクトルである。
【図７】本発明の別の実施例の白色発光ダイオードの蛍光層のエレクトロルミネッセンススペクトルである。
【図８】本発明の１０％酸化インジウムテルビウム蛍光層を具えた白色発光ダイオードの発光写真である（２０ｍＡの時）。
【図９】本発明の２０％酸化インジウムテルビウム蛍光層を具えた白色発光ダイオードの発光写真である（２０ｍＡの時）。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の技術内容、構造特徴、達成する目的を詳細に説明するため、以下に実施例を挙げ並びに図面を組み合わせて説明する。
【００１０】
図１を参照されたい。図１は本発明の蛍光層を具えた白色発光ダイオードの表示図である。本発明の蛍光層を具えた白色発光ダイオードは、サファイヤ基板１０、窒化ガリウムバッファ層２０、ｎ型窒化ガリウム層３０、多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ，ＭＱＷ）４０、ｐ型窒化ガリウム層５０、透明導電層６０、酸化インジウムテルビウム蛍光層７０、マイナス極金属接続層８０、及びプラス極金属接続層９０を包含し、白色光を発生するのに用いられる。
【００１１】
窒化ガリウムバッファ層２０、ｎ型窒化ガリウム層３０、多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層４０、ｐ型窒化ガリウム層５０、透明導電層６０及び酸化インジウムテルビウム蛍光層７０は順にサファイヤ基板１０上に堆積され、且つ一部のｎ型窒化ガリウム層３０は露出されて、マイナス極金属接続層８０を電気的に接続するのに用いられ、マイナス極金属接続層８０は外部電源のマイナス端子Ｖ−に接続される。
【００１２】
プラス極金属接続層９０は外部電源のプラス端子Ｖ＋に接続するのに用いられ、且つ酸化インジウムテルビウム蛍光層７０の上に位置する。酸化インジウムテルビウム蛍光層７０は貫通孔を有し、これによりプラス極金属接続層９０は該貫通孔をとおり透明導電層６０に電気的に接続される。
【００１３】
多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層４０は複数の、交替して堆積され且つ異なるバンドギャップの薄状窒化アルミニウムガリウムを具え、そのうち、低バンドギャップ層の形成する量子井戸を利用し、電子及び正孔を容易に一緒に局限し、これにより発光強度を増加できる。
【００１４】
電流がプラス極金属接続層９０より透明導電層６０、ｐ型窒化ガリウム層５０、多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層４０、ｎ型窒化ガリウム層３０をとおりマイナス極金属接続層８０に至る時、多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層４０は電子正孔再結合作用により光線を発射し、且つ該光線は、ｐ型窒化ガリウム層５０、透明導電層６０及び酸化インジウムテルビウム蛍光層７０を透過し、並びに蛍光特性を有する酸化インジウムテルビウム蛍光層７０で白色光の出射光に変換されて外部に出射される。
【００１５】
本発明の酸化インジウムテルビウム蛍光層７０は透明な薄膜とされ、その主要成分は、酸化インジウムテルビウム（Ｔｅｒｂｉｕｍ  Ｉｎｄｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ）、化学式は、Ｉｎ2Ｏ3：Ｔｂであり、一般には、ＴＩＯである。そのうち、酸化インジウムとテルビウムの最良の比例範囲は、Ｉｎ2Ｏ3：Ｔｂ＝９５：５から５：９５である。酸化インジウムテルビウム蛍光層７０はＲＦ反応性磁気制御スパッタ法の半導体工程を利用して透明導電層６０上に堆積される。
【００１６】
本発明の特徴を明かにご理解いただくため、図２及び図３を参照されたい。そのうち、図２は本発明の実施例の白色発光ダイオードのホトルミネッセンス（ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ，ＰＬ）のスペクトルであり、且つその酸化インジウムとテルビウムの比例は９０：１０であり、第３図は本発明の別の実施例の白色発光ダイオードのホトルミネッセンスであり、その酸化インジウムとテルビウムの比例は８０：２０である。図２及び図３は１０Ｋから３００Ｋ温度範囲内のホトルミネッセンス変化を示し、且つ図２及び図３はそれぞれ５７５ｎｍ及び５６５ｎｍ付近で広い吸収特性を示した。
【００１７】
図４及び図５は本発明の実施例の白色発光ダイオード及びその蛍光層のエレクトロルミネッセンス（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ，ＥＬ）のスペクトルを示し、図４の酸化インジウムとテルビウムの比例は９０：１０であり、電流は１００ｍＡである。図４からわかるように、この実施例の白色発光ダイオードは３８５ｎｍの紫外光を有する。図５からわかるように、その蛍光層は４５０ｎｍから７００ｎｍの軌道遷移を有し、すなわち、Ｄ軌道からＦ軌道への遷移を有し、図中には並びに遷移に対応する波長が示されている。
【００１８】
続いて、図６及び図７を参照されたい。これらはそれぞれ本発明の別の実施例の白色発光ダイオード及びその蛍光層のエレクトロルミネッセンススペクトルであり、且つ酸化インジウムとテルビウムの比例は８０：２０であり、電流は１００ｍＡである。図６中、白色発光ダイオードは先の実施例と同様に、３８５ｎｍ紫外光を有し、図７では、その蛍光層は、図５に示されるものと類似し、４５０ｎｍから７００ｎｍの軌道遷移を有し、図中には並びに遷移に対応する波長も示されている。
【００１９】
これにより、図２から図７のスペクトルから明かに理解されるように、本発明の白色発光ダイオードは確実に白色光を発生でき、高品質の光源を提供するのに用いられ、表示装置のバックライト光源或いは一般の照明光源に適用され得る。上述の本発明の蛍光層を具えた白色発光ダイオードをさらに具体的に表現するため、図８及び図９の写真を参照されたい。そのうち、図８は１０％酸化インジウムテルビウム蛍光層（すなわち、酸化インジウムとテルビウムの比例が９０：１０）を具えた窒化ガリウム白色発光ダイオードが発射する白色光の写真であり、図９は２０％酸化インジウムテルビウム蛍光層（すなわち、酸化インジウムとテルビウムの比例が８０：２０）を具えた窒化ガリウム白色発光ダイオードが発射する白色光の写真であり、且つ導通電流は２０ｍＡである。
【００２０】
以上述べたことは、本発明の実施例にすぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲に基づきなし得る同等の変化と修飾は、いずれも本発明の権利のカバーする範囲内に属するものとする。
【符号の説明】
【００２１】
１０  サファイヤ基板
２０  窒化ガリウムバッファ層
３０  ｎ型窒化ガリウム層
４０  多重量子井戸窒化アルミニウムガリウム層
５０  ｐ型窒化ガリウム層
６０  透明導電層
７０  酸化インジウムテルビウム蛍光層
８０  マイナス極金属接続層
９０  プラス極金属接続層
Ｖ＋  プラス端子
Ｖ−  マイナス端子
【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】
0005372041.tif 000008
【図８】
0005372041.tif 000009
【図９】
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