JPH10163526A - 発光素子及び発光ダイオード - Google Patents

発光素子及び発光ダイオード

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JPH10163526A
JPH10163526A JP31597196A JP31597196A JPH10163526A JP H10163526 A JPH10163526 A JP H10163526A JP 31597196 A JP31597196 A JP 31597196A JP 31597196 A JP31597196 A JP 31597196A JP H10163526 A JPH10163526 A JP H10163526A
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compound semiconductor
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emitting element
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Hiroshi Murata
博志 村田
Tomio Inoue
登美男 井上
Kenichi Sanada
研一 真田
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 幅広い用途に対応でき、しかも単体で白色か
らの色ずれが少ない発光素子及びそれを用いた発光ダイ
オードを提供することを目的とする。 【解決手段】 窒化ガリウム系化合物半導体と、窒化ガ
リウム系化合物半導体の上面または下面の一方に形成さ
れるｐ電極９及びｎ電極７と、ｐ電極及びｎ電極が外部
に露呈するように窒化ガリウム系化合物半導体と一体的
に形成され、かつ窒化ガリウム系化合物半導体が発する
光に対して補色の関係にある光を発する蛍光物質を含む
蛍光膜層１０、１１とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、単体で白色発光で
きる発光素子及びこの発光素子を用いた発光ダイオード
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、単一の発光素子を有し、単体で白
色発光できる発光ダイオードに対する需要が増進してい
る。
【０００３】そして、白色発光する発光ダイオードを構
成できる技術として、特開平５−１５２６０９号公報記
載の第１技術と、特開平７−９９３４５号公報記載の第
２技術とが、知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このうち、第１技術で
は、窒化ガリウム系化合物半導体からなり、青色ないし
黄緑色に発光する発光素子を、樹脂モールドで包囲して
いる。また、発光素子によって励起されて蛍光を発する
蛍光物質を、この樹脂モールド中全体に、均等に存在さ
せたものである。
【０００５】しかしながら、このような構成では、発光
ダイオードを消灯させておきたい場合に、当該発光ダイ
オードに、外部光（例えば、当該発光ダイオードの周囲
にある別の発光ダイオードの光など）が入射すると、樹
脂モールド中の蛍光物質は、樹脂モールドの周辺部分に
も存在しているので、この蛍光物質が励起されて、意に
反する発光が起こってしまう。
【０００６】また、第２技術では、上述と同種の発光素
子を用いている。そして、この発光素子が実装される基
板として、発光素子を収納できる凹部（カップ）を有す
るリードフレームを使用する。
【０００７】さらに、樹脂モールドを形成する前に、凹
部内の発光素子の上から、蛍光物質を含む第１の樹脂
を、ディスペンサなどを用いて塗布し、この第１の樹脂
を硬化させている。
【０００８】しかる後、第１の樹脂を含めて、発光素子
及びリードフレームの周囲を樹脂モールドで包囲してい
る。
【０００９】なるほど、このようにすれば、蛍光物質
は、発光ダイオードの中心付近（発光素子の周囲）のみ
に存在するから、外部光による不要な発光が発生しにく
いと思われる。
【００１０】しかしながら、基板として、凹部を有する
特別な種類のものを採用せざるを得ない。その理由は、
次のようになる。
【００１１】第１の樹脂は、塗布時に、流動性を有して
いる。したがって、少なくとも第１の樹脂が硬化するま
では、塗布された第１の樹脂を塗布された量のまま、発
光素子の近傍から外れないように、凹部で保持する必要
があるからである。
【００１２】したがって、この発光ダイオードは、使用
できる基板の品種が限定されてしまい、幅広い用途に対
応することができない。
【００１３】加えて、第１の樹脂は、ディスペンサなど
で塗布されるのであるから、塗布量のコントロールが難
しく、発光素子の発する光と蛍光物質の量とがアンバラ
ンスになることもある。したがって、発光ダイオードか
ら放出される光が、予定する白色から他の色にずれやす
い。
【００１４】そこで本発明は、幅広い用途に対応でき、
しかも単体で白色からの色ずれが少ない発光素子及びそ
れを用いた発光ダイオードを提供することを目的とす
る。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の発光素子は、窒
化ガリウム系化合物半導体と、窒化ガリウム系化合物半
導体の上面または下面の一方に形成されるｐ電極及びｎ
電極と、ｐ電極及びｎ電極が外部に露呈するように窒化
ガリウム系化合物半導体と一体的に形成され、かつ窒化
ガリウム系化合物半導体が発する光に対して補色の関係
にある光を発する蛍光物質を含む蛍光膜層とを備えてい
る。
【００１６】また本発明の発光ダイオードは、発光素子
と、発光素子が搭載されるとともに、ｐ電極とｎ電極が
電気的に接続される基板と、基板と発光素子を包囲する
樹脂ケースとを有する。
【００１７】
【発明の実施の形態】請求項１記載の発光素子は、窒化
ガリウム系化合物半導体と、窒化ガリウム系化合物半導
体の上面または下面の一方に形成されるｐ電極及びｎ電
極と、ｐ電極及びｎ電極が外部に露呈するように窒化ガ
リウム系化合物半導体と一体的に形成され、かつ窒化ガ
リウム系化合物半導体が発する光に対して補色の関係に
ある光を発する蛍光物質を含む蛍光膜層とを備えてい
る。
【００１８】また請求項５記載の発光ダイオードは、こ
の発光素子と、発光素子が搭載されるとともに、ｐ電極
とｎ電極が電気的に接続される基板と、基板と発光素子
を包囲する樹脂ケースとを有する。
【００１９】したがって、発光素子自身を形成する、エ
ピ成長工程と電極形成工程とからなる一連のプロセス中
で、蛍光膜層を、発光素子と一体的に構成することがで
きる。即ち、発光素子の周囲に存在する蛍光物質の量
を、容易かつ正確に制御でき、発光素子単体だけで正確
な白色の発光を行える。
【００２０】また、蛍光膜層はこの一連のプロセス中で
形成できるから、蛍光膜層の外面をフラットにすること
も容易である。
【００２１】したがって、基板に発光素子を実装した後
に、流動性を有する樹脂（蛍光物質を含有する）を塗布
したり、この樹脂を保持したりする必要はない。このた
め、発光素子が実装される基板は、凹部なしでも差し支
えなく、品種を選ばない。
【００２２】そして、この発光素子を形成できたら、基
板に搭載して必要な接続を行い、樹脂ケースで包囲すれ
ばよい。このプロセスは、赤色や黄緑色の発光ダイオー
ドと同様に、特別な樹脂の塗布などを行わずに完了でき
る。
【００２３】次に図面を参照しながら、本発明の実施の
形態について説明する。まず、図１、図２を用いて、発
光素子Ｃの製造プロセスを説明する。
【００２４】はじめに、エピ成長工程を行う。即ち、サ
ファイア基板１の上面に、ＧａＮバッファ層２を形成す
る。さらに、ｎ型ＧａＮ層３、ＩｎＧａＮ活性層４、ｐ
型ＡｌＧａＮ層５、ｐ型ＧａＮ層６を順に積層してゆ
き、ダブルヘテロ構造を構成する。
【００２５】次に、フォトリソグラフィーやスパッタリ
ングなどによる電極形成工程を行う。
【００２６】まず、ｎ型ＧａＮ層３、ＩｎＧａＮ活性層
４、ｐ型ＡｌＧａＮ層５、ｐ型ＧａＮ層６をエッチング
して、ｎ型ＧａＮ層３とｐ型ＧａＮ層６を上方に露呈さ
せる。
【００２７】そして、ｎ型ＧａＮ層３上にｎ電極７を形
成し、ｐ型ＧａＮ層６上にｐ電極９を形成する。なお本
形態では、ｎ電極７とｐ電極９とは、発光素子Ｃの上面
側に位置している。また、ｎ電極７をＴｉとＡｌから、
ｐ電極９をＮｉとＡｕから構成した。このようにする
と、ワイヤボンディング中の接合性が良好となる。
【００２８】勿論、発光素子Ｃと基板との接続は、ワイ
ヤボンディング法に限定されるものではなく、バンプ法
など他の工法によってもよい。
【００２９】さらに、この電極形成工程中で、次のよう
に、蛍光膜層を形成する。即ち、サファイア基板１の下
面上に第１蛍光膜層１０を形成し、ｐ型ＧａＮ層６とｎ
型ＧａＮ層３との上に第２蛍光膜層１１を形成する。そ
して、適当なレジストなどを用いて、図１に示すよう
に、ｎ電極７とｐ電極９とが外部に露呈するようにす
る。
【００３０】これら蛍光膜層１０、１１は、片方のみ形
成してもよいし、両方形成してもよい。どのように構成
するかは、発光素子Ｃとしての発光色（白色）のバラン
スを考慮して決定する。勿論、第１蛍光膜層１０のみを
形成する方が、両電極７、９を露呈させるために蛍光膜
の除去を行う必要がないから、より好ましい。
【００３１】これら蛍光膜層１０、１１は、エポキシ樹
脂またはポリイミドなどの透光性のバインダーを主材と
し、主材中には、蛍光膜層が無い状態での発光素子Ｃの
発光色（青色）に対して補色の関係にある蛍光色を呈す
る蛍光物質が、一定の分布になるように分散している。
【００３２】そして、これら蛍光膜層１０、１１は、ス
ピナーで塗布して硬化させるものである。したがって、
ディスペンサなどで滴下するような場合と比べると、量
のコントロールが格段に容易であって、厚さＨ１、Ｈ２
を正確に規定できる。このため、蛍光物質の量と、蛍光
膜層がない状態での発光素子Ｃの発色とのバランスを厳
格にとることができ、発光素子Ｃ単体で色ずれが少なく
正確な白色発光ができる。
【００３３】また、厚さＨ１、Ｈ２が正確であり、第１
蛍光膜層１０の下面（発光素子Ｃの外面）をフラットに
できる。したがって、どのような基板であっても、簡単
に実装でき、広範な用途に対応できる。
【００３４】例えば、図３（ａ）のように、プリント基
板に表面実装されるチップ型発光ダイオードの基板１２
（凹凸が無く平坦）にも実装できる。また、図３（ｂ）
のように、砲弾型発光ダイオードに頻繁に用いられるカ
ップ（凹部）１４を備えた基板としてのリードフレーム
にも実装できる。なお、１５はカップ１４に対面する他
方のリードである。
【００３５】このように基板１２、１３に発光素子Ｃを
搭載したら、ｐ電極９とｎ電極７を基板１２に電気的に
接続する。そして、通常の発光ダイオード（チップ型ま
たは砲弾型）と同様に、蛍光物質を含む樹脂の塗布など
を行うことなく、基板１２、１３と発光素子Ｃを透光性
を備えた樹脂ケースで包囲して、白色の発光ダイオード
とするものである。
【００３６】次に、図４及び図５を用いて、本発明の代
替技術を紹介する。このものは、図２において、蛍光膜
層１０、１１がない発光素子Ｃ（単なる青色の発光素
子）しか入手できないときに好適である。
【００３７】図４には、チップ型発光ダイオードに関す
る技術を示している。即ち、図４（ａ）に示すように、
治具１６に複数のポケット１７を設け、それぞれのポケ
ット１７に青色の発光素子を収納した矩形の樹脂ケース
１８をセットする。
【００３８】次に、樹脂ケース１８の上面に位置するパ
ターン孔１９を備えたマスク２０を治具１６上に重ね
る。そして、マスク２０上で、スキージ２１を矢印Ｎ１
方向にスライドさせ、パターン孔１９を介して上述の蛍
光膜層１０、１１と同様の樹脂２２を樹脂ケース１８の
上面に塗布する。
【００３９】このようにスクリーン印刷法によってお
り、パターン孔１９の平面形状と厚さは一定であるか
ら、ディスペンサで樹脂２２を滴下するよりも、正確な
量だけ樹脂２２を塗布できる。
【００４０】そして、塗布が済んだら、樹脂２２を硬化
させて、図４（ｂ）に示すように、樹脂ケース１８の上
面上に、樹脂２２の層を形成するものである。
【００４１】このようにすれば、樹脂ケース１８をプリ
ント基板上に表面実装することができ、見かけ上白色発
光するチップ型発光ダイオードとして使用できる。
【００４２】図５には、砲弾型発光ダイオードに関する
技術を示している。この例では、図５（ａ）に示すよう
に、樹脂２２と同様の樹脂を用いてすり鉢状のキャップ
２３を形成しておく。
【００４３】そして、このキャップ２３を図示している
ように、天地逆転した状態で保持し、キャップ２３内に
透光性を有する充填樹脂２４を流し込む。
【００４４】一方、図５（ｂ）のように、単なる青色の
発光素子Ｄをリードフレームに搭載して電気的に接続し
ておく。
【００４５】そして、硬化する前の充填樹脂２４の中に
発光素子Ｄなどを入れ、硬化させて砲弾型発光ダイオー
ドとするものである（図５（ｃ））。なお、キャップ２
３は充填樹脂２４の硬化後、樹脂ケースを構成すること
となる。
【００４６】このようにすれば、砲弾型発光ダイオード
のリードを回路基板に挿入し半田付けすることができ、
見かけ上白色発光する砲弾型発光ダイオードとして使用
できる。
【００４７】
【発明の効果】本発明は、以上のように構成したので、
砲弾型やチップ型など幅広い用途に対応でき、単体で正
確な白色で発光する発光素子が得られるし、外部光に影
響されにくい発光ダイオードを容易に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における発光素子の平面
図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【図３】（ａ）本発明の一実施の形態における発光素子
の実装状態説明図 （ｂ）本発明の一実施の形態における発光素子の実装状
態説明図
【図４】（ａ）本発明の一実施の形態における発光ダイ
オードの製造工程説明図 （ｂ）本発明の一実施の形態における発光ダイオードの
製造工程説明図
【図５】（ａ）本発明の一実施の形態における発光ダイ
オードの製造工程説明図 （ｂ）本発明の一実施の形態における発光ダイオードの
製造工程説明図 （ｃ）本発明の一実施の形態における発光ダイオードの
製造工程説明図
【符号の説明】
Ｃ 発光素子 ７ ｎ電極 ９ ｐ電極 １０ 第１蛍光膜層 １１ 第２蛍光膜層

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】窒化ガリウム系化合物半導体と、前記窒化
    ガリウム系化合物半導体の上面または下面の一方に形成
    されるｐ電極及びｎ電極と、前記ｐ電極及びｎ電極が外
    部に露呈するように前記窒化ガリウム系化合物半導体と
    一体的に形成され、かつ前記窒化ガリウム系化合物半導
    体が発する光に対して補色の関係にある光を発する蛍光
    物質を含む蛍光膜層とを備えたことを特徴とする発光素
    子。
  2. 【請求項２】前記蛍光膜層は、透光性を備えた樹脂中に
    前記蛍光物質を均一に分布させ、硬化させて形成されて
    いることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
  3. 【請求項３】前記蛍光膜層は、前記ｐ電極及びｎ電極を
    形成する電極形成工程中に形成されることを特徴とする
    請求項１記載の発光素子。
  4. 【請求項４】前記蛍光膜層は、前記窒化ガリウム系化合
    物半導体の上面または下面の一方あるいは双方に形成さ
    れていることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
  5. 【請求項５】窒化ガリウム系化合物半導体と、前記窒化
    ガリウム系化合物半導体の上面または下面の一方に形成
    されるｐ電極及びｎ電極と、前記ｐ電極及びｎ電極が外
    部に露呈するように前記窒化ガリウム系化合物半導体と
    一体的に形成され、かつ前記窒化ガリウム系化合物半導
    体が発する光に対して補色の関係にある光を発する蛍光
    物質を含む蛍光膜層とを備えた発光素子と、 前記発光素子が搭載されるとともに、前記ｐ電極と前記
    ｎ電極が電気的に接続される基板と、 前記基板と前記発光素子を包囲する樹脂ケースとを有す
    ることを特徴とする発光ダイオード。
  6. 【請求項６】前記基板は凹凸のない平坦な基板であり、
    前記樹脂ケースは表面実装用であることを特徴とする請
    求項５記載の発光ダイオード。
  7. 【請求項７】前記基板は前記発光素子を載置するための
    凹部を備えたリードフレームであり、前記樹脂ケースは
    砲弾状の形状をなすことを特徴とする請求項５記載の発
    光ダイオード。
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