(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長４５０ｎｍ以下の光を発する下記（Ａ）のＧａＮ系発光ダイオードを励起光源として有し、該励起光源からの前記光によって励起されて可視域の蛍光を発するよう、蛍光体が下記（Ａ）のＧａＮ系発光ダイオードの凹部内に配置された構成を少なくとも有する発光装置であって、
発光層から積層体の上方へ向かう光が略全てｐ型電極によって遮られており、これによって発光層で発せられた光が蛍光体に入射し、蛍光だけが外部へ放出される構成となっている発光装置。
（Ａ）結晶基板上に、ＧａＮ系結晶からなる積層体が発光層を含むように形成され、これに電極が設けられた構造を有するＧａＮ系発光ダイオードであって、該積層体の上面全体はｐ型電極によって覆われており、かつ、該積層体にはその上面から凹部が設けられ、該凹部の内部側面には少なくとも発光層の発光部分が露出しているものであるＧａＮ系発光ダイオード。
【請求項２】
蛍光体より発せられる可視域の蛍光が、可視域のスペクトルに２つ以上のピークを有するものである請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
上記（Ａ）のＧａＮ系発光ダイオードが、ウエハを共通の結晶基板として該ウエハ上に複数の発光素子部が形成されてなるＧａＮ系発光ダイオードアレイである請求項１に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＮ系半導体発光素子および蛍光体の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた白色光源には、ＬＥＤの発光色だけで白色をつくり出す構成と、ＬＥＤに蛍光体を組み合わせた構成とがある。
前者の構成は、赤色光（ＡｌＧａＡｓ系、ＡｌＩｎＧａＰ系、ＧａＮ系などのＬＥＤ）、緑色光（ＧａＮ系ＬＥＤ）、青色光（ＧａＮ系ＬＥＤ）を混合し、白色光とするものである。
一方、後者の構成には、ＧａＮ系の青色ＬＥＤを励起光源として、青色と補色関係にある黄色系の蛍光を発する蛍光体とで白色光をつくり出す発光装置が実現されている。この発光装置では、蛍光体を通過して漏れ出る励起光源からの青色光と、蛍光体からの黄色系の蛍光とによって、白色光としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、従来の青色ＬＥＤと蛍光体とを用いた発光装置の性能を検討し、該装置から高輝度の発光が得られていないという点を問題とした。さらにその原因を検討したところ、励起光源として用いているＧａＮ系の青色ＬＥＤの光取り出し効率が低く、実使用上において有効な量の蛍光体を配置しても、それが十分に励起されていないことがわかった。これは、４２０ｎｍ以下の短波長ＬＥＤを使って、多色の発光が可能な蛍光体を励起し、現在実用化されている放電管式の蛍光灯に代わる照明灯を実現するときにも問題となり、特に、前記ＬＥＤが面発光型の場合には、光取り出し効率の低さが致命的欠陥になることが分かった。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、青色光、紫外線などの波長４５０ｎｍ以下の短い波長の光により蛍光体が十分に励起されて高輝度の発光が得られる発光装置を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の特徴を有している。
（１）波長４５０ｎｍ以下の光を発する下記（Ａ）のＧａＮ系発光ダイオードを励起光源として有し、該励起光源からの前記光によって励起されて可視域の蛍光を発するよう、蛍光体が下記（Ａ）のＧａＮ系発光ダイオードの凹部内に配置された構成を少なくとも有する発光装置であって、発光層から積層体の上方へ向かう光が略全てｐ型電極によって遮られており、これによって発光層で発せられた光は蛍光体に入射し、蛍光だけが外部へ放出される構成となっている発光装置。
（Ａ）結晶基板上に、ＧａＮ系結晶からなる積層体が発光層を含むように形成され、これに電極が設けられた構造を有するＧａＮ系発光ダイオードであって、該積層体の上面全体はｐ型電極によって覆われており、かつ、該積層体にはその上面から凹部が設けられ、該凹部の内部側面には少なくとも発光層の発光部分が露出しているものであるＧａＮ系発光ダイオード。
（２）蛍光体より発せられる可視域の蛍光が、可視域のスペクトルに２つ以上のピークを有するものである上記（１）に記載の発光装置。
（３）上記（Ａ）のＧａＮ系発光ダイオードが、ウエハを共通の結晶基板として該ウエハ上に複数の発光素子部が形成されてなるＧａＮ系発光ダイオードアレイである上記（１）に記載の発光装置。
【００１５】
本発明でいう「ＧａＮ系」とは、式ＩｎX ＧａY ＡｌZ Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）で決定される化合物半導体であることを意味する。
【００１６】
【作用】
本発明では、課題を解決するための１つの態様として、波長４５０ｎｍ以下のレーザ光を発するＧａＮ系半導体レーザを、蛍光体の励起光源として用いている。これによって、波長４５０ｎｍ以下の短い波長の励起光としては、従来にない強い光が得られることになり、これに伴い高輝度な蛍光が得られる。特に、従来の面発光型の青色ＬＥＤにおける光取り出し効率の低さは、面発光レーザを用いることによって、顕著に改善され、好ましい面発光型の発光装置となる。
【００１７】
また、本発明では、課題を解決するための他の態様として、蛍光体の励起光源としてＧａＮ系ＬＥＤを用いる場合には、上記（Ａ）および図４に示したように、本発明独自の構造を付与したＧａＮ系ＬＥＤを用いる。さらに該ＬＥＤに、本発明独自の組み合わせ方にて蛍光体を取付けて発光装置を構成し、それによって蛍光の独自の取出し方を得、青色ＬＥＤにおける光の取出し効率の低さを改善し、青色ＬＥＤと蛍光体との組み合わせ方に新たな態様を提供している。
【００１８】
上記、ＧａＮ系ＬＥＤに付与した本発明独自の構造とは凹部であり、そして発光の主な部分を該凹部の内部へ放出させようとした構造である。一般のＬＥＤでこのような凹部を設けた構造としても、凹部内に放出された光は減衰するだけである。また、本発明独自の組み合わせ方、蛍光の独自の取出し方とは、凹部の内部に蛍光体を配置したこと、およびそれによって凹部内から上方へ蛍光を取り出したことである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明の発光装置の一態様である、ＧａＮ系半導体レーザ（以下、単に「レーザ」とも言う）を励起光源として用いた装置について説明する。
本発明の発光装置は、図１に示すように、レーザ１を励起光源として、このレーザ１と蛍光体２とが組み合わされた構成を有するものである。レーザ１は、波長４５０ｎｍ以下のレーザ光Ｌ１を発するものであり、蛍光体２はレーザ光Ｌ１によって励起されて可視域の蛍光Ｌ２を発するものである。
【００２０】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、レーザ１と蛍光体２との組み合わせは、互いを密着させたものでも、分離したものでもよい。蛍光体２は、レーザ１からのレーザ光Ｌ１を受光し得るように、レーザ１に対して配置される。図１（ａ）に示すように、蛍光体を塗布又はコーティングした面にレーザ光を照射する配置でも良いし、レーザ光と光学的結合性（カップリング）の良好な球状体又は光ファイバ状に加工した蛍光体を配置してもよい。図１（ｂ）に示すように、レーザ１に蛍光体２を直接取り付けた態様は、コンパクトであり、作製も装置の取扱いも容易である。
【００２１】
ＧａＮ系半導体レーザは、波長４５０ｎｍ以下のレーザ光を発するものであればよく、図２に示すような面発光型の素子、図３に示すようなストライプ型の素子、これらのいずれかのタイプの素子がウエハ上に配列されたレーザアレイなどが挙げられる。
【００２２】
レーザ光は、その一部を蛍光体を通過させて蛍光と共に利用してもよいが、本発明の発光装置を照明などに用いる場合、レーザ光を外界へ放出させるのは人体に対して好ましくない。その場合には、蛍光体で全て吸収させるか、或いはフィルターなどで外界へ放出させないようにするのが好ましい態様となる。
【００２３】
レーザ光の波長は、波長４５０ｎｍ以下であればよく、蛍光体の励起に必要な波長を用いる。従って、レーザ光の波長は、下記蛍光体との組み合わせを考慮して決定すればよい。
特に、上記解決すべき問題として挙げたように、従来の青色ＬＥＤと蛍光体とを組み合わせた装置で得られる白色光は、充分な光強度が得られていない。従って、白色光またはそれに近い色の光を、半導体発光素子で得るときには、本発明の有用性は特に顕著となる。白色光またはそれに近い色の光を得るためには、発せられる蛍光が、例えば、２色を混合された光、３色を混合された光など、可視域のスペクトルに２つ以上のピークを有する光となるように、蛍光体を選択すればよい。
【００２４】
本発明でいう蛍光とは、光励起によって放出されるルミネセンスを意味する。
また、本発明でいう蛍光体とは、蛍光物質と媒体との混合物をも包含する。蛍光体は、励起光源からの光で励起されて可視域の蛍光を発するものであればよく、透明な媒体（特にガラスや結晶などの固体）中に発光中心となる物質が局在したものや、純粋な状態で固有の発光を示す物質など、公知のものを用いてよい。具体的には、放電管式の蛍光灯で使用されている蛍光体、カラーテレビのブラウン管で使用される蛍光体が例示される。４５０ｎｍ以下の短い光で励起され、可視光を放出する半導体材料は、本発明でいう蛍光体に含まれる。
【００２５】
蛍光を、白色光に近づけるべく、可視域のスペクトルに２つ以上のピークを有する光とするためには、次の態様が挙げられる。
▲１▼１つのピーク光を発する物質を、必要なピークの分だけ集めて１つの蛍光体とし、複数のピーク光を混合する態様。
▲２▼多数のエネルギー準位を有し、求める２つ以上のピーク光が、１つの物質から発せられるようなものを蛍光体として用いる態様。
▲３▼上記▲１▼▲２▼を複合した態様。
上記▲１▼〜▲３▼のうちでも、▲１▼及び▲３▼は発色を自在に調整でき有用である。
【００２６】
上記▲１▼の態様において、各物質から発せられる固有のピーク光を混合するには、各物質を、原料レベルで化合、混合するか、各物質を励起光が照射される面にマトリクス状に配列するか、各物質を励起光が順に通過するよう積層する態様などが挙げられる。
【００２７】
蛍光体（または蛍光物質）としては、例えば、（社）電気学会発行、電気学会大学講座「照明工学」（改訂第２０版）の７８頁に記載の蛍光体や、特開平１０−１６３５３５号公報に記載の蛍光体などから選ばれる１種以上の蛍光体を用いることができる。蛍光体の好ましい態様としては、焼結体となされたもの、石英のような透明な板状物に塗布されたもの、ガラス状の物体に溶かし、球体、円柱状、ファイバ状に固化、加工、成形されたもの等の態様が挙げられる。
【００２８】
蛍光体を、図１（ａ）に示すように、レーザ１と蛍光体２とを分離して組み合わせる場合、蛍光体は単独の部材、部品となる。例えば、蛍光体２を、蛍光物質が塗布又はコーティングされた透明部材、蛍光物質が分散したガラス部材などとし、レーザ素子と組み合わせて用いればよい。この場合、レーザには、面発光レーザが好ましい態様として挙げられる。
【００２９】
蛍光体を、図１（ｂ）、図２、図３、図４に示すように、レーザの出射部分に直接設ける場合、出射面へ蛍光体を形成する方法としては、例えば、ゾル−ゲル法などの液状のガラス前駆体物質に混合して製膜に使用する方法や、蛍光物質をバインダーや溶剤などと混合して塗布する方法や、材料によっては、スパッタリング、真空蒸着などの成膜法が挙げられる。
【００３０】
図２の例は、図１（ｂ）に示す発光装置の具体的な態様の一例であって、ＧａＮ系半導体レーザに面発光レーザを用いたものである。同図の例では、面発光レーザ１の出射面に、蛍光体２が膜状に形成されている。同図の面発光レーザ１は、結晶基板（例えば、サファイア結晶基板）Ｂ上に、バッファ層（図示せず）を介して、ｎ−ＡｌＧａＮ層（コンタクト層）Ｓ１、下側の反射器Ｈ１、発光層を含むＧａＮ系結晶層（ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層Ｓ２、ＩｎＧａＮ活性層Ｓ３、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層Ｓ４、ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層Ｓ５）が順に積層され、ｎ型電極Ｐ２、ｐ型電極Ｐ１が設けられた構造となっている。
【００３１】
ｐ型電極Ｐ１の中央部分には円形の開口が設けられ、ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層Ｓ５が開口内に露出しており、この部分に上側の反射器Ｈ２が設けられ、Ｈ１とＨ２とで光共振器が構成されている。蛍光体２は、上側の反射器Ｈ２の上面に設けられている。積層体の上側をｐ型とするのは、導電型の形成工程上の理由から好ましい態様であるが、これに限定されず、ｎ型が上側でもよい。
【００３２】
図２に示した構成によって、活性層で発せられた光は基板面に垂直方向に発振し、レーザ光が蛍光体２内に出射され、蛍光Ｌ２が外界に出射され、強い蛍光が得られる。
【００３３】
発光部分の材料、例えば、図２では活性層の材料は、ＧａＮ系材料であって波長４５０ｎｍ以下の光を放出し得る材料であればよく、蛍光体の励起に必要な波長に応じて組成を決定すればよい。
【００３４】
図２の例では、活性層Ｓ３のうちレーザ発振の光路上となる部分に集中的に電流が流れるように、電流狭窄構造が付与されている。電流狭窄構造は、ｐ型電極の形成パターンに対応する形成パターンにて、例えば、低キャリア濃度のＧａＮ系結晶層やＳｉＯ2 層などの高抵抗層Ｓ６、または、ｎ−ＧａＮ層等の逆導電型の層Ｓ６を設けることで達成されている。
【００３５】
図２の例における蛍光体は、特に、限定はされないが、目的とする色温度、色調に相応しいものを、公知のまたは市販の材料の中から選択して使用される。形成方法としては、例えば、溶剤や樹脂などと混合し、塗布および乾燥することで薄膜を形成する方法、ゾル−ゲル法により蛍光体含有のガラス薄膜を形成する方法等が挙げられる。
【００３６】
光共振器の構成は限定されないが、下側の反射器は、上層の結晶成長に耐え、ＧａＮ系結晶層によって構成し得るブラッグ反射層とするのが好ましい。また、上側の反射器は、ブラッグ反射層、誘電体多層膜などでよい。
【００３７】
面発光レーザ１自体のその他の構造、各部の形状、材料、各部の形成方法については、公知技術を参照してもよい。また、レーザ光を基板側から出射させる場合には、結晶基板の裏面のうち出射される光の光路に当たる部分に開口を設ける等、必要に応じて加工を施してもよい。
【００３８】
また、上記説明の面発光レーザは、例えば、外径２インチのサファイア結晶基板ウエハ上に素子として２次元マトリクス状に多数形成し、ＧａＮ系面発光レーザアレイとしてもよい。そのとき、図２の態様のように蛍光体を個々の素子に個別に設けてもよいし、また、大面積の板状の蛍光体をアレイの出射側に取り付けて個々のレーザ光全てを１つの蛍光体で受ける態様としてもよい。
【００３９】
図２の構成によって、面発光レーザ素子１から強い青色光であるレーザ光が蛍光体２に照射され、従来にない高輝度な白色の蛍光を発する面発光型の発光装置が得られる。
【００４０】
図３の例は、図１（ｂ）に示す発光装置の他の態様の一例である。同図のＧａＮ系半導体レーザ１は、公知のストライプ構造と同様、活性層の両端に劈開による共振器を形成し、活性層に平行に共振させて出射する構造である。同図の例では、共振方向は紙面に垂直であり、レーザ光は紙面の裏から表の向きに出射されるとする。従って、劈開面や蛍光体は図面には現れていないが、説明のために、出射されるレーザ光のビームの中心を活性層Ｓ３の中央部に「×」印で示し、出射面に形成する蛍光体２を太線の一点鎖線で図に重ねて表現している。この構成によって、レーザ光は紙面に垂直に発振し、蛍光体２内に出射され、蛍光が外界に出力される。
【００４１】
図３のレーザ１は、光共振器、ｐ型電極、マスク層Ｍの存在以外の他の構造は図２と略同様であり、結晶基板Ｂ、バッファ層、ｎ−ＧａＮ系コンタクト層Ｓ１、ｎ−ＧａＮ系クラッド層Ｓ２、ＧａＮ系活性層Ｓ３、ｐ−ＧａＮ系クラッド層Ｓ４、電流狭窄構造Ｓ６、ｐ−ＧａＮ系コンタクト層Ｓ５が順に積層され、これに、ｎ型電極Ｐ２、ｐ型電極Ｐ１が形成された構造となっている。
【００４２】
蛍光体は出射側の劈開面に形成し、出射されるレーザ光のビームを包含する大きさ以上であればよく、素子の側面全体にわたって形成してもよい。蛍光体の材料の構成、形成方法は図１、図２の説明で挙げたものが利用できる。
【００４３】
電流狭窄構造Ｓ６は、活性層の中央の紙面に垂直なストライプ状部分に電流を集中させる構造であり、活性層その部分で集中的に発光し、紙面に垂直にレーザ発振し、レーザ光が出射される。
【００４４】
図３のレーザ１の構造中に設けられたマスク層Ｍは、コンタクト層Ｓ１以降のＧａＮ系結晶層を、低転位な結晶層として成長させるために設けられたものである。このマスク層を用いた結晶成長方法を概略的に説明すると、ＧａＮ系結晶が実質的に成長しないＳｉＯ2 などの材料を用いて、基板上にマスクパターンを形成し、マスク層が形成されていない領域（非マスク領域）を出発面としてＧａＮ系結晶を成長させ、該結晶がマスク層を埋め込んで覆うまで成長を継続するという方法である。図３の例では、マスク層を埋め込んで覆うＧａＮ系結晶層は、ｎ−コンタクト層Ｓ１として用いられている。このマスク層Ｍによる低転位化の構造と、高抵抗層Ｓ６による電流狭窄構造とによって、活性層内には低転位なストライプ状の発光部分を生じさせることができる。
【００４５】
また、図３で説明したレーザは、大面積の１枚の結晶基板上に隣合った素子同士が連なるように多数設けてレーザアレイとしてもよい。そのとき、蛍光体は、個々の素子に個別に設けてもよいし、また、隣同士連なった素子からのレーザ光全てを１枚で受ける板状部材として該アレイの出射側に取り付けてもよい。
【００４６】
次に、本発明の他の態様として、ＧａＮ系ＬＥＤを励起光源として用いた装置について説明する。
図４の例では、ＧａＮ系ＬＥＤは、結晶基板Ｂ上に、バッファ層を介して、発光層を含むＧａＮ系結晶層（ｎ−ＡｌＧａＮコンタクト層Ｓ１、ｎ−クラッド層Ｓ２、活性層Ｓ３、ｐ−クラッド層Ｓ４、ｐ−コンタクト層Ｓ５）の積層体が形成され、これに、ｎ型電極Ｐ２、ｐ型電極Ｐ１が形成され、ｐ型電極Ｐ１の上面から積層体の内部まで達する凹部（ｕ１、ｕ２、ｕ３）が設けられた構造となっている。凹部の内部側面には、活性層Ｓ３の断面が露出しており、活性層からの光Ｌ１が凹部内に放出される構造となっている。
【００４７】
図４の発光装置では、凹部内に蛍光体２１、２２、２３が充填されており、さらに、積層体の外側の壁面にも蛍光体２４、２５が設けられている。また、図４の例では、ｐ型電極が積層体の上面全体を覆っており、活性層から積層体の上方へ向かう光はｐ型電極によって遮られる構造となっている。この構成によって、活性層から凹部内に放出された光は、各蛍光体を励起し、蛍光体から発せられる蛍光Ｌ２が、凹部内から外界に向かって発せられる。
【００４８】
蛍光体の態様、蛍光のピークの数、蛍光の波長、ＬＥＤの発光波長、およびこれらの関係は、励起光源をレーザとする場合についての上記説明と同様である。また素子に蛍光体を設ける方法としては、励起光源をレーザとする場合で挙げた方法が挙げられる。
【００４９】
凹部の態様は、限定されず、角穴や丸穴など種々の開口形状の穴を凹部としてこれが２次元配列された態様であっても、積層体部分を分断する溝を凹部としてこれが格子状や縞状に設けられた態様などが挙げられる。
【００５０】
凹部の深さは、少なくとも発光する部分（例えば、ｐｎ接合における空乏層部分や、井戸型のポテンシャル構造における井戸の部分）が凹部の内壁に露出するような深さであればよい。図４の例では、凹部の深さは、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層Ｓ２に達しており、活性層Ｓ３は完全に凹部の内壁に露出している。
【００５１】
凹部の開口形状の大きさ、例えば、丸穴の場合の直径、角穴の場合の一辺、溝の場合の溝幅など、図４で示す寸法ｗ１は、限定されないが、２μｍ〜２００μｍ程度が好ましい寸法である。
一方、２つの凹部に挟まれた積層体の幅（図４で示す寸法ｗ２）は、限定されないが、発光の強度を考慮して２μｍ〜４００μｍ程度とするのが好ましい。
上記凹部の寸法ｗ１と、積層体の幅ｗ２との比率は、最も効率よく強い蛍光が外部（上方）へ放出されるように決定すればよい。
【００５２】
図４の例は、ｐ型電極で積層上部を完全に覆い、発光層で発せられた光をほとんど蛍光体だけに入射させ、蛍光だけを外部への光源として用いることを意図する態様である。しかしそのような態様だけではなく、ｐ型電極の占有面積やｐ型電極の透明度を調整して、発光層で発せられた光を直接外界へ放出させて、蛍光と共に用いてもよい。
【００５３】
図４の例は、１つの素子に凹部を設けた例として示しているが、このような素子を大面積の１枚の結晶基板上に２次元マトリクス状に多数形成し、ＧａＮ系ＬＥＤアレイとしてもよい。また、アレイとする場合、個々の素子という区別を設けず、大面積の１枚の結晶基板上に、結晶基板と同じ大きさで各ＧａＮ系結晶層を積層し、凹部を必要なだけ形成するという態様でもよい。
【００５４】
図２〜図４のいずれの態様も、結晶基板、電極材料などは同様のものが用いられる。結晶基板には、サファイア結晶基板の他、ＳｉＣ、水晶など、ＧａＮ系結晶が成長可能な公知の基板を用いることができる。
【００５５】
発光に係る構造は、レーザの発光と発振、ＬＥＤの発光に好ましい構造とすればよく、ダブルヘテロ接合構造、ＳＱＷ（Single Quantum Well)、ＭＱＷ（Multiple Quantum Well)、量子ドットを含む構造などが好ましいものとして挙げられる。さらに、ＬＥＤの場合には、ホモ接合、ヘテロ接合による単純な２層によるｐｎ接合であってもよい。
【００５６】
【実施例】
実施例１
本実施例では、図２に示す態様、即ち、面発光レーザに蛍光体を設けてなる発光装置を製作した。以下の説明において、単位〔ｃｍ-3〕のものは、キャリア濃度である。
〔面発光レーザの作製〕
図２に示すように、Ｃ面サファイア結晶基板上に、低温ＧａＮバッファ層（厚さ３０ｎｍ）を介して、ｎ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎコンタクト層Ｓ１（厚さ３μｍ、１×１０18ｃｍ-3）、ブラッグ反射層Ｈ１、ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層Ｓ２（厚さ０．４μｍ、８×１０17ｃｍ-3）、Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ活性層Ｓ３（厚さ４ｎｍ、２×１０17ｃｍ-3、発光波長３７０ｎｍ）、ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層Ｓ４（厚さ０．２μｍ、５×１０17ｃｍ-3）、アンドープのＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎ（厚さ８０ｎｍ）からなる電流狭窄構造Ｓ６、ｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎコンタクト層Ｓ５（厚さ０．２μｍ、８×１０17ｃｍ-3）を順次成長させた。
【００５７】
前記ブラッグ反射層Ｈ１の仕様は、（ＧａＮ、厚さ３８ｎｍ）と、（Ａｌ0.28Ｇａ0.72Ｎ、厚さ４３ｎｍ）とを１組として、２５組積層した構造である。
【００５８】
次に、ＲＩＥによって部分的に積層体の上層からエッチングしてｎ−ＡｌＧａＮコンタクト層Ｓ１の一部を露出させ、その部分にｎ型電極Ｐ２（Ｔｉ／Ａｌ）を形成し、残されたｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層Ｓ５の上面にはｐ型電極Ｐ１（Ｎｉ／Ａｕ）を形成した。
【００５９】
さらに、ｐ型電極Ｐ１の中央部分を直径５μｍの円形に除去してｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層Ｓ５を露出させ、誘電体多層膜による上側の反射層Ｈ２を形成した。この誘電体多層膜による反射層Ｈ２の仕様は、上層側（ＺｒＯ2 ）と、下層側（ＳｉＯ2 ）とを１組として、４０組積層した構造であって、電子ビーム蒸着法によって形成した。これによって、波長３７０ｎｍのレーザ光を出射し得る面発光レーザを得た。
【００６０】
〔蛍光体の付与〕
この面発光レーザの上側の反射層Ｈ２の上面に、ゾルゲル法によって、蛍光物質を分散したガラスを膜状（厚さ３μｍ）に形成し、本発明の発光装置を得た。なお、前記蛍光体は、波長３７０ｎｍのレーザ光を受けて、青、緑、黄、赤の色成分を含む蛍光を発するものであり、目視では、白色に近い色となる。
【００６１】
〔評価〕
上記発光装置のレーザに電力を供給し、レーザ発振させたところ、８０〔ｌｍ／Ｗ〕のエネルギー変換効率であった。
【００６２】
実施例２
本実施例では、図３に示す態様、即ち、ストライプ型のレーザと蛍光体とを組み合わせてなる発光装置を製作した。
〔レーザの作製〕
先ず、ストライプ型のＧａＮ系レーザ１として、Ｃ面サファイア結晶基板上に、低温ＧａＮバッファ層（厚さ３０ｎｍ、図示せず）、ＧａＮ薄膜（厚さ４μｍ、８×１０17ｃｍ-3、図示せず）を形成してベース基板Ｂとした。スパッタおよびパターニング技術によって、ベース基板Ｂの上に、低転位化用のＳｉＯ2 マスク層Ｍ（縞模様パターン）を形成した。ＭＯＣＶＤ装置によって、非マスク領域を結晶成長の出発面として、ｎ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ（１×１０18ｃｍ-3）を成長させ、ＳｉＯ2 マスク層Ｍを覆うまで成長させ、ｎ−コンタクト層Ｓ１とした。
【００６３】
さらに、ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層Ｓ２（厚さ０．４μｍ、８×１０17ｃｍ-3）、ＭＱＷ構造からなる活性層Ｓ３、ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層Ｓ４（厚さ０．１μｍ、７×１０17ｃｍ-3）を形成した。前記ＭＱＷ構造は、ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎをバリヤー層とし、ｎ−Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎをウエル層としたものである。
【００６４】
さらに、ｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ（厚さ７０ｎｍ、４×１０17ｃｍ-3）からなる電流狭窄構造Ｓ６を形成し、電流狭窄構造の電流通過部をｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ（８×１０17ｃｍ-3）で充填し、同じ材料で続けて、ｐ−コンタクト層Ｓ５（厚さ０．１μｍ）を順次成長させ、ｐ型電極Ｐ１（Ｎｉ／Ａｕ）、ｎ型電極Ｐ２（Ｔｉ／Ａｌ）を形成し、積層体の側面の劈開面を光共振器として、図３の紙面に垂直に発振し、波長３７０ｎｍのレーザ光を出射し得るＧａＮ系レーザを得た。
【００６５】
〔蛍光体の付与〕
このレーザの出射面（図３に示す素子の活性層の手前の面）に、選ばれた蛍光体を含有せしめた球レンズ状のガラス（平均粒径５０〜１００μｍ）を出射レーザ光とカップリングするように配置して、本発明の発光装置を得た。なお、前記蛍光体は、波長３７０ｎｍのレーザ光を受けて、青、緑、黄、赤の色成分を含む蛍光を発するものであり、目視では、白色に近い色となる。
【００６６】
〔評価〕
上記発光装置のレーザに電力を供給し、レーザ発振させたところ、蛍光体からは９０〔ｌｍ／Ｗ〕のエネルギー変換効率であった。
【００６７】
実施例３
本実施例では、図４に示す態様、即ち、ＧａＮ系ＬＥＤに蛍光体を設けてなる発光装置を製作した。
〔ＧａＮ系ＬＥＤの作製〕
図４に示すように、Ｃ面サファイア結晶基板上に、低温ＧａＮバッファ層（厚さ２５μｍ、図示せず）、アンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ（厚さ３μｍ）を形成してベース基板Ｂとした。スパッタおよびパターニング技術によって、ベース基板Ｂの上に、低転位化用のＳｉＯ2 マスク層Ｍ（縞模様パターン）を形成した。ＭＯＣＶＤ装置によって、非マスク領域を結晶成長の出発面として、ｎ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ（１×１０18ｃｍ-3）を成長させ、ＳｉＯ2 マスク層Ｍを覆うまで成長させ、ｎ−コンタクト層Ｓ１とした。
【００６８】
さらに、ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層Ｓ２（厚さ０．３μｍ、１×１０18ｃｍ-3）、Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ活性層Ｓ３（厚さ３．５ｎｍ、発光波長３７０ｎｍ）、ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層Ｓ４（厚さ０．２μｍ、７×１０17ｃｍ-3）、ｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎコンタクト層Ｓ５（厚さ０．１μｍ、１×１０18ｃｍ-3）を順次成長させ積層体とした。
【００６９】
実施例１と同様に、ＲＩＥによって部分的に積層体の上層からエッチングしてｎ−コンタクト層Ｓ１の一部を露出させてｎ型電極Ｐ２（Ｔｉ／Ａｌ）を形成し、ｐ−コンタクト層Ｓ５上にはｐ型電極Ｐ１（材料Ｎｉ／Ａｕ）を形成した。
【００７０】
上記で形成されたＧａＮ系結晶層からなる積層体に対し、ＲＩＥ(Reactive Ion Etching ）によって、ｐ型電極の上面から下方に掘り下げ、溝状の凹部ｕ１〜Ｕ３を形成し、励起光源として用いるＬＥＤを得た。各凹部の溝幅ｗ１は１５μｍ、積層体の幅ｗ２は５０μｍである。各凹部の深さは、凹部側面に活性層の全厚みが完全に現れ、底面にｎ−クラッド層が露出する深さ（０．８μｍ）とした。
【００７１】
〔蛍光体の付与〕
上記ＬＥＤの溝状の凹部ｕ１〜ｕ３の内部、および活性層の外側の壁面に、スクリーン印刷法によって、蛍光体を塗布し、３００℃までの低温で焼結して蛍光体２１〜２５を膜状に形成し、本発明の発光装置を得た。なお、前記蛍光体は、ＬＥＤからの波長３７０ｎｍの光を受けて、青、緑、黄、赤の色成分を含む蛍光を発するものであり、目視では、白色に近い色となる。
【００７２】
〔評価〕
上記発光装置のＬＥＤに電力を供給し、発光させたところ、８０〔ｌｍ／Ｗ〕エネルギー変換効率であった。
【００７３】
【発明の効果】
本発明の発光装置は、第一の態様として、励起光源にレーザを用いており、これによって、波長４５０ｎｍ以下の短い波長の光を励起光としても、蛍光体が十分に励起されて高輝度の蛍光が得られる。また、第二の態様として、励起光源にＬＥＤを用いる場合には、該ＬＥＤに凹部を設け、凹部内に蛍光体を配置するという特殊な構造として蛍光を外部に放出させる。この構造によって、青色ＬＥＤにおける光の取出し効率の低さを改善している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光装置の構成の概要を示す図である。
【図２】本発明の発光装置の一態様を示す図であって、励起光源として面発光レーザを用いた例を示している。
【図３】本発明の発光装置の一態様を示す図であって、励起光源としてストライプ型のレーザを用いた例を示している。
【図４】本発明の発光装置の他の態様として、励起光源としてＧａＮ系ＬＥＤを用いた例を示している。
【符号の説明】
１  ＧａＮ系半導体レーザ
２  蛍光体
Ｌ１  レーザ光
Ｌ２  蛍光
【図１】
0003708730.tif 000002
【図２】
0003708730.tif 000003
【図３】
0003708730.tif 000004
【図４】
0003708730.tif 000005