(57)【要約】【課題】  電気−光変換効率が極めて高いレーザ発振状態を利用しながらも単純で安価な構成を有していてかつレーザ光が外部に漏れない安全な発光素子を提供する。【解決手段】  発光素子は、電流の注入によって誘導放出光を発生する活性層（１０４）と、互いに対向する一対の反射鏡（１０９、１１０）によって誘導放出光を閉じ込める光共振器を備え、一対の反射鏡のうちの少なくとも一方の反射鏡（１０９）において、誘導放出光を吸収して可視光を放出する蛍光体が含まれていることを特徴としている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流の注入によって誘導放出光を発生する活性層と、
互いに対向する一対の反射鏡によって前記誘導放出光を閉じ込める光共振器を備え、
前記一対の反射鏡のうちの少なくとも一方の反射鏡において、誘導放出光を吸収して可視光を放出する蛍光体が含まれていることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記光共振器はファブリペロー型であり、少なくとも前端面の前記反射鏡に蛍光体が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記反射鏡は分布反射型であり、少なくとも前端面の前記反射鏡は半導体と蛍光体含有物質との周期構造からなることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記活性層から発生する誘導放出光が前記蛍光体を含む反射鏡から外部に放出されないように、前記反射鏡の反射率および吸収が設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項５】
前記活性層から発生する誘導放出光が後面の前記反射鏡から外部に放出されないように、前記反射鏡の反射率が設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の発光素子。
【請求項６】
後面の前記反射鏡は金属コーティングされていることを特徴とする請求項５に記載の発光素子。
【請求項７】
前記金属コーティングは、アルミニウムまたは銀からなることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
前記光共振器は垂直共振器であり、少なくとも上部の反射鏡に蛍光体が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項９】
前記反射鏡が分布反射型であり、そのブラッグ波長が前記蛍光体の吸収線に実質的に一致させられていることを特徴とする請求項３または８に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記活性層および前記光共振器内の構造はＡｌＧａＩｎＮ材料を含むダブルヘテロ構造からなり、前記誘導放出光の波長は３８０ｎｍから４２０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１１】
前記蛍光体は前記誘導放出光を吸収して白色の蛍光を発することを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記発光素子はｐ型用とｎ型用のオーミック電極をさらに備え、前記電極は可視光を反射する金属材料からなることを特徴とする請求項１から１１に記載の発光素子。
【請求項１３】
アレイ状に並んだ複数の発光点を含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１４】
マトリックス状に配列された複数の発光点を含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１５】
半導体のダブルヘテロ積層構造を形成する工程と、その積層構造の一部に周期的なスリット状の垂直エッチングを施す工程と、そのスリット部に蛍光体含有物質を充填する工程とを含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記ダブルヘテロ積層構造はＡｌＧａＩｎＮ材料によって形成されることを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
【請求項１７】
請求項１から１４のいずれかの発光素子を含むことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子とその製造方法およびそれを利用した照明装置の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、白熱電球や蛍光灯のような従来からの照明装置に代って、半導体発光素子と蛍光体を用いた照明装置が開発されている。半導体発光デバイスの一例としてはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の発光層を含む発光ダイオードを挙げることができ、赤色から青色さらには白色で発光する素子が実用化されている。発光ダイオードを用いた照明装置は、小型かつ安価であって消費電力が少なくて寿命が長く、従来の照明装置にない特徴を有している。他方、発光ダイオードを用いた照明装置は、白熱電球や蛍光灯ほどの大きな光出力を有し得ないことから、現在のところでは主としてディスプレイのバックライト、イルミネーション、インジケータなどとして利用されるに留まっている。
【０００３】
半導体発光デバイスとしては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体による半導体レーザを用いた照明装置も考案されている。特許文献１の特開平７−２８２６０９号公報には、半導体レーザ素子と、その素子からのレーザ光を拡散させるレンズと、そこからの拡散レーザ光を励起光として可視光に変換する蛍光体とを備えた照明装置が開示されている。また、特許文献１には、赤、緑、および青の三色の半導体レーザの出力光を重ね合わせることによって白色照明を得る構成が開示されている。半導体レーザを光源に用いた場合、発光ダイオードと比較して電気−光変換効率が極めて高く、また大幅な高出力化が可能となることが期待される。
【特許文献１】特開平７−２８２６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体レーザを用いた照明装置は電気−光変換効率が極めて高くて高出力化が可能であるという利点があるものの、発光ダイオードと比べて構成が複雑化する問題がある。半導体レーザの出力光は指向性が強くて一方向に高密度で放射されるので、特許文献１に開示されているような拡散レンズやコリメータレンズのように光の拡がりを調節するための光学系が必要となる。また、レンズ系を用いた場合でも、半導体レーザを高出力で動作させている時に見られる大きな自然放出光の成分はレンズに結合されず、レンズとの結合損失が大きくなったり、または迷光として外部に出てくるという問題も生じ得る。
【０００５】
さらに、本発明者の検討によれば、半導体レーザを蛍光体に対する励起光源とした場合、光源の光強度が非常に強いので、蛍光体で吸収され切らずにそのまま外部に出てくる場合があり、安全性に問題が生じ得ることがわかった。これを防ぐためには、レーザ光の散乱の程度を大きくすることまたは蛍光物質の密度を高めることが有効であるが、いずれの場合にも外部に取り出すことができる蛍光量が著しく低下する結果となる。また、励起光が外部に出てこないように散乱・蛍光体での吸収の程度を調節しても、環境温度の変化によってレーザの発振波長がシフトした場合には蛍光体の吸収線とレーザ発振波長とが一致しなくなり、その場合においてもレーザ光がそのまま外部に出てくることがある。
【０００６】
上述ような問題に鑑み、本発明の目的は、電気−光変換効率が極めて高いレーザ発振状態を利用しながらも単純で安価な構成を有していてかつレーザ光が外部に漏れない安全な発光素子を提供することである。そして、このような発光素子は、照明装置の光源として好ましく利用され得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による発光素子は、電流の注入によって誘導放出光を発生する活性層と、互いに対向する一対の反射鏡によって誘導放出光を閉じ込める光共振器を備え、一対の反射鏡のうちの少なくとも一方の反射鏡において、誘導放出光を吸収して可視光を放出する蛍光体が含まれていることを特徴としている。
【０００８】
なお、光共振器はファブリペロー型であり得て、少なくとも前端面の反射鏡に蛍光体が含まれていることが好ましい。反射鏡は分布反射型であってもよく、少なくとも前端面の反射鏡は半導体と蛍光体含有物質との周期構造からなることが好ましい。
【０００９】
また、活性層から発生する誘導放出光が蛍光体を含む反射鏡から外部に放出されないように、反射鏡の反射率および吸収が設定されていることが好ましい。活性層から発生する誘導放出光が後端面の反射鏡から外部に放出されないように、その反射鏡の反射率が設定されていることも好ましい。後端面の反射鏡は金属コーティングで形成され得る。その金属コーティングは、アルミニウムまたは銀で形成することができる。
【００１０】
光共振器は垂直共振器であってもよく、その場合には、少なくとも上端面の反射鏡に蛍光体が含まれていることが好ましい。
【００１１】
反射鏡は分布反射型であり得て、そのブラッグ波長が前記蛍光体の吸収線に実質的に一致させられていることが好ましい。
【００１２】
活性層および光共振器内の構造はＡｌＧａＩｎＮ材料を含むダブルヘテロ構造で形成することができ、誘導放出光の波長は３８０ｎｍから４２０ｎｍの範囲内にあることが好ましい。蛍光体は、誘導放出光を吸収して白色の蛍光を発することが好ましい。
【００１３】
発光素子はｐ型用とｎ型用のオーミック電極を備え、それらの電極は可視光を反射する金属材料からなることが好ましい。
【００１４】
発光素子は、アレイ状に並んだ複数の発光点を含むことができる。また、発光素子は、マトリックス状に配列された複数の発光点を含むこともできる。
【００１５】
本発明による発光素子の製造方法は、半導体のダブルヘテロ積層構造を形成する工程と、その積層構造の一部に周期的なスリット状の垂直エッチングを施す工程と、そのスリット部に蛍光体含有物質を充填する工程とを含むことを特徴としている。そのダブルヘテロ積層構造は、ＡｌＧａＩｎＮ材料によって形成され得る。
【００１６】
上述のような発光素子を利用することによって好ましい照明装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のような本発明によれば、電気−光変換効率が極めて高くて高強度で可視光の蛍光を発する発光素子が得られる。また、本発明による発光素子は、蛍光体を励起する光を外部に漏さないので安全であり、小型かつ安価であってアライメントフリーで製造することができる。さらに、本発明による発光素子では、線状発光または面状発光を容易に得ることができる。そして、本発明による発光素子を利用することによって、電気−光変換効率が極めて高い照明装置を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（実施例１）
図１の模式的断面図において、本発明の実施例１による発光素子が図解されている。この発光素子１００においては、ｎ型ＧａＮ基板１０１上に、厚さ２μｍのｎ型ＧａＮバッファ層１０２、厚さ２μｍのｎ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎ下クラッド層１０３、アンドープＧａＮ／ＩｎＧａＮ三重量子井戸活性層１０４、厚さ１μｍのｐ型Ａｌ0.04Ｇａ0.96Ｎ上クラッド層１０５、厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１０６が順次積層されている。
【００１９】
図１の断面図には表されていないが、発光素子１００は電流狭窄構造を含んでおり、すなわち広いリッジ幅（１０μｍ）を有するリッジ型導波路を含んでいる。そして、その共振器長は２ｍｍにされ得る。共振器の前方端面には前端面用多層反射膜１０９が形成され、その後方端面には後端面用多層反射膜１１０が形成されている。さらに、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０６上にｐ型用オーミック電極１０７が形成され、ｎ型ＧａＮ基板１０１の下面上にｎ型用オーミック電極１０８が形成されている。
【００２０】
本実施例１の発光素子１の特徴は、劈開端面のコーティング膜にある。すなわち、前端面の反射膜１０９として極めて高い反射率の多層反射膜が施されており、それは厚さλ／４（λ：共振波長）の酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜と厚さλ／４の酸化チタン（ＴｉＯ2）膜とのペアの１５組を含んでいている。ここで、ＳｉＯ2膜とＴｉＯ2膜の各々には、赤色（Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+）、緑色（ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｌ）、および青色｛（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+｝の蛍光を発する蛍光体が分散されている。後端面の反射膜１１０としては極めて高い反射率の反射鏡が設けられており、それは劈開面上に順次積層された厚さλ／４のＳｉＯ2膜とアルミニウム膜とを含んでいる。
【００２１】
図１の発光素子は、ジャンクションアップにて銅製のヒートシンクにマウントされ、透明樹脂によるキャップが付いたパッケージに封入される。そして、この発光素子１００に対して上下の電極１０７、１０８を通して電流を流せば、前端面の反射膜１０９内に分散された蛍光体から赤色、緑色、および青色の蛍光が発せられ、それらの蛍光が混合することによって白色発光１１１が得られる。
【００２２】
図２の模式的グラフは、発光素子１００における白色発光の強度（縦軸）と注入電流（横軸）との関係を示している。このグラフに示されているように、２０ｍＡ以上の電流において急激に蛍光強度が強くなり、この電流値を閾値電流として強い白色蛍光が発せられる。
【００２３】
発光素子１００では、上下の電極１０７、１０８を通して注入された電流によって、多重量子井戸活性層１０４から波長４０５ｎｍの発光が生じる。この波長４０５ｎｍの発光は、両劈開端面により構成されたファブリペロー共振器内で誘導放出を伴いながら増幅され、レーザ発振状態に至る。両端面には極めて高い反射率の多層反射膜１０９、１１０が施されているので、レーザ光は外部にはほとんど放出されず、共振器内に閉じ込められた状態となる。他方、前端面の反射膜１０９には複数種の蛍光体が含有されており、レーザ発振状態となった共振器内の波長４０５ｎｍの誘導放出光の一部はそれらの蛍光体で吸収される。そして、それらの蛍光体からの蛍光が混合されて、白色蛍光１１１として放射される。
【００２４】
発光素子１００では、レーザ発振状態となった波長４０５ｎｍの光を蛍光体に対する励起光として利用しているので、発光ダイオードに比べて電気−光変換効率が極めて高い。また、レーザ発振状態となっているファブリペロー共振器内の励起光密度は極めて高く、蛍光体含有層１０９で吸収される以外にはほとんど損失を受けない。したがって、得られる白色蛍光１１１も、非常に高い効率でかつ非常に強い強度で発光する。
【００２５】
また、励起光である波長４０５ｎｍの光は、前後の端面間のファブリペロー共振器内に閉じ込められているので、ほとんど外部に漏れることはない。多層反射膜と言えども完全に１００％の反射率を得るのは困難であるが、前端面の多層反射膜１０９には蛍光体が分散されており、波長４０５ｎｍの誘導放出光の一部を吸収する。そして、この吸収の効果と多層膜による高い反射率の効果とによって、波長４０５ｎｍの誘導放出光が前端面から外部に漏れることがないように設定されている。
【００２６】
さらに、レーザ発振機構と蛍光体部１０９とが一体となっているので、特許文献１におけるようなレーザ光を拡散させたり反射させる光学系が不要となり、発光素子１００は小型かつ安価にアライメントフリーで製造することができる。
【００２７】
なお、本実施例１における後端面の反射鏡１１０はアルミニウム膜を含む完全反射鏡にされているが、劈開端面上に直接にアルミニウム膜を設ければ上下の電極１０７、１０８が電気的にショートするので、劈開端面とアルミニウム膜との間に厚さλ／２のＳｉＯ2膜を設けて絶縁している。ここで、後端面の反射鏡１１０に用いる金属としては、青色光または紫外光に対して高い反射率を持つアルミニウムまたは銀などを用いるのが好ましい。また、後端面上の反射鏡として、前端面上におけると同様に、反射率を十分に高めた誘電体の多層構造を用いてもよいことは言うまでもない。
【００２８】
図１においては、前方のミラー部１０９に含まれる蛍光体からの蛍光１１１が外部へ放出される様子が示されているが、蛍光は外部のみならず素子内部へも放出され得る。そこで、上下の電極１０７、１０８および後端面の反射膜１１０において可視光を反射する金属材料を用いることによって、素子内部へ放出された蛍光を損失させないようにすることができる。また、発光素子１００の側壁面についても、同様に可視光を反射する構成を取り得る。さらに、素子内部へ放出された蛍光を効率的に外部へ取り出すために、公知の各種構成を導入し得ることは言うまでもない。
【００２９】
（実施例２）
図３の模式的断面図において、本発明の実施例２による発光素子が示されている。この発光素子２００では、図１中の複数の層１０１から１０８に相当する複数の層２０１から２０８を含んでいる。
【００３０】
しかし、実施例１では前端面のミラーを劈開と多層膜コーティングによって形成しているのに対して、本実施例２では半導体２１１と蛍光体２１２とを交互に１０周期にわたって配置することによって極めて高い反射率のＤＢＲ（distributed Bragg reflector）ミラー２０９を設けていることにおいて異なっている。蛍光体２１２としては、赤色（Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+）、緑色（ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｌ）、および青色｛（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+｝を用いることができ、これらの蛍光体は波長４０５ｎｍの光を吸収して蛍光を発する。ただし、ここでいう蛍光体２１２はもちろん蛍光体そのものであってもよいが、蛍光体を含む樹脂もしくはガラスまたは誘電体であってもよい。
【００３１】
なお、図３の断面図においても電流狭窄構造は表されていないが、本実施例２においても実施例１の場合と同様のリッジ構造を採用することができる。発光素子２００の共振器長は、たとえば３ｍｍにすることができる。図３の発光素子はジャンクションアップにて銅製のヒートシンクにマウントされ、透明樹脂によるキャップが付いたパッケージに封入される。そして、その発光素子２００に対して上下電極２０７、２０８から電流を流せば、前端面から強い白色蛍光２１３が発せられる。
【００３２】
この発光素子２００が白色発光する原理は、実施例１の場合と同様である。すなわち、注入された電流によって多重量子井戸活性層２０４から波長４０５ｎｍの誘導放出光が発せられ、そのレーザ発振状態において放出光の一部が前端面の反射膜２０９に含まれる蛍光体２１２に吸収されて白色蛍光２１３が発せられる。蛍光体２１２に対する励起光は光密度の高いレーザ発振状態となっており、その誘導放出光は反射膜２０９内の蛍光体２１２による吸収以外には損失を受けないので、高い電気−光変換効率と非常に強い白色蛍光が得られる。また、蛍光体に対する励起光となる波長４０５ｎｍの光は素子外部に漏れることはなく、発光素子２００は小型かつ安価にアライメントフリーで製造することができる。さらに、本実施例２では、前端面構造２０９として、互いに屈折率差が大きな半導体２１１と蛍光体２１２とのペア（後端面構造２１０は半導体／空気層のペア）を用いたＤＢＲミラー構造を採用しているので、その反射率をほぼ１００％とすることができる。
【００３３】
前端面部の半導体／蛍光体構造２０９は、図４の模式的断面図に示すような工程で作製され得る。すなわち、図４において、（ａ）ダブルヘテロ半導体積層構造２０１−２０６の形成、（ｂ）Ｍｏの蒸着とフォトリソグラフィを用いたＭｏマスク２１４の形成、（ｃ）半導体積層構造の選択的なドライエッチングによる複数のスリットの形成、そして（ｄ）Ｍｏマスクの除去と前端面ＤＢＲの複数スリット内への蛍光体２１２の充填とが行われる。このような方法を用いることによって、前端面において高濃度に蛍光体が充填された端面反射鏡を簡便に製造することができる。この場合、劈開工程が必要でなくなり、発光素子２００はモノリシックに形成することができる。
【００３４】
実施例１では誘電体の端面コーティング膜内に蛍光体を分散させるので蛍光体の密度をあまり高めることができないが、本実施例２ではドライエッチングにより形成されたスリット内へ高密度に蛍光体を充填することができ、より強い蛍光が得られる。また、端面をＤＢＲミラーにした場合、そのブラッグ波長を蛍光体の吸収線に一致させることによって、誘導放出光を効率的に蛍光体に吸収させることができる。さらに、発光素子２００の温度変化による誘導放出光の波長変化を小さいくすることができ、環境温度が変化した場合でも安定した白色蛍光が得られる。
【００３５】
なお、図３および図４の例では蛍光体２１２として青色、緑色、および赤色の各色で発光する複数種の蛍光体を混在させてスリット内に充填する場合について述べたが、図５の模式的断面図に示すように、赤色を発光する蛍光体２１５、緑色を発光する蛍光体２１６、および青色を発光する蛍光体２１７を互いに異なるスリット内へ分離して充填してもよいことは言うまでもない。この点は、他の実施例においても同様である。なお、図５においては各色蛍光体のために２つのスリットを用意して計６つのスリット内に蛍光体を埋め込んでいるが、蛍光体を埋め込むスリットの数は任意に設定することができる。また、各色の蛍光体の発光効率に合わせて、各色に対して設けるスリットの数の分配比を割り振ってもよい。
【００３６】
さらに、本実施例２では後端面において半導体と空気との多層構造によるＤＢＲミラー２１０を設ける例が説明されたが、実施例１の場合と同様にアルミニウムなどの金属膜による完全反射鏡を設けてもよいことは言うまでもない。
【００３７】
（実施例３）
図６の模式的斜視図において、本発明の実施例３による発光素子が示されている。この発光素子３００中の積層体３０１は図１中の複数の層１０１−１０８に相当する複数の層を含んでおり、すなわち半導体ダブルヘテロ構造を含んでいる。図６では、電流狭窄構造に関して、複数のリッジ部３０２および複数の電流狭窄層３０３が図示されている。それらの電流狭窄層３０３は、たとえばポリイミドによって簡便に形成することができる。
【００３８】
本実施例３の発光素子３００では、実施例２の場合に類似して、その前端面において半導体層と蛍光体層とが交互に並んだ構造による極めて高い反射率のＤＢＲミラー３０４が設けられ、後端面には半導体層と空気層とが交互に並んだ構造による極めて高い反射率のＤＢＲミラー３０５が設けられている。そして、図６に示されているように、５μｍの幅ａ３を有するリッジの複数本（図６では６本）が５μｍの間隔ｂ３で配列されている。すなわち、発光素子３００は、アレイ型の発光素子である。前端面のミラー部３０４において充填されている蛍光体は、実施例２の場合と同様であり得る。また、発光素子３００の共振器長は、たとえば３ｍｍにすることができる。図６の発光素子は、ジャンクションアップにて銅製のヒートシンクにマウントされ、透明樹脂によるキャップが付いたパッケージに封入される。その発光素子３００に対して上下の電極から電流を流せば、前端面から極めて強い白色蛍光３０６が発せられる。
【００３９】
この発光素子３００が白色発光する原理は、実施例１および２の場合と同様である。他方、本実施例３では複数本のリッジをアレイ状に並べているので幅方向に広く線状に発光し、さらに大きな光量を得ることができる。なお、リッジの本数には制限はなく、その本数をさらに多くすることによって、より広い範囲で線状に発光させることも可能である。
【００４０】
なお、以上の実施例１−３において、発光素子の前端面のみにおいて蛍光体が分散または充填された例が示されたが、後端面にも蛍光体を配して両端面から蛍光が発せられてもよい。また、幅の広いリッジ型導波路を含む半導体レーザ構造の例が示されたが、半導体レーザ構造はリッジ型に限られず、埋込みヘテロ型、電極ストライプ型などの任意の構造にすることもできる。
【００４１】
（実施例４）
図７の模式的断面図において、本発明の実施例４による発光素子が示されている。この図７は、発光素子４００の内部の構造を説明するために、円柱状の半導体メサとその上のドーナツ状上部電極４０９との中心を通る断面を表している。発光素子４００の層構造は、面発光型半導体レーザの設計ルールに基づいて設定されている。
【００４２】
すなわち、ｎ型ＧａＮ基板４０１上に、ｎ型ＡｌＮ／ＧａＮペアの２８組による多層ＤＢＲミラー４０２、ＧａＮ光ガイド層４０３、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層４０４、およびＧａＮ光ガイド層４０５のそれぞれが円形状で順次積層されている。ＧａＮ光ガイド層４０５上には、円形状のＳｉＯ2／ＴｉＯ2多層ＤＢＲミラー４０６が形成されれ、その周囲にドーナツ状のｐ型ＧａＮコンタクト層４０７が形成されている。そして、ｐ型コンタクト層４０７上には、ドーナツ状のｐ型用電極４０９が形成されている。
【００４３】
このように形成されている円柱状の半導体メサとドーナツ状上部電極４０９の周囲は、ポリイミド埋込み層４０８によって埋め込まれている。他方、ｎ型ＧａＮ基板４１０の底面上には、ｎ型用電極４１０が形成されている。
【００４４】
ここで、誘電体膜による上下の多層ＤＢＲミラー４０６、４０２は、それらの反射率がほぼ１００％となるように設定されている。そして、上方の多層ＤＢＲミラー４０６においては、各誘電体層中に蛍光体が分散させられている。本実施例４における蛍光体も他の実施例におけると同様の物質であり得て、波長４０５ｎｍの光を吸収して蛍光を発する。
【００４５】
図７の発光素子は、その裏面電極４１０が銅製のヒートシンクに接するようにマウントされ、透明樹脂によるキャップが付いたパッケージに封入される。その状態において、発光素子４００に対して上下電極４０９、４１０から電流を流せば、素子の上部から強い白色蛍光４１１が得られる。
【００４６】
発光素子４００が白色発光する原理は、上述の他の実施例の場合と同様である。なお、本実施例４では共振器を面発光型レーザと同様の垂直共振器としていることから、そのレーザをモノリシックに形成することができ、また蛍光が出始める閾値電流を極めて小さくすることができる。また、ＤＢＲミラーのブラッグ波長を蛍光体の吸収スペクトルに一致させることにより、誘導放出光を効率的に蛍光体に吸収させることができる。さらに、発光素子４００の温度変化による誘導放出光の波長変化を小さくすることができるので、環境温度が変化した場合でも安定した白色蛍光が得られる。
【００４７】
なお、図７の発光素子は円柱状の半導体メサを含むものとして説明されたが、角柱状の半導体メサを含んでもよいことは言うまでもない。また、以上の実施例１−４では発光素子の層構造として最も単純な構造を例示しているが、たとえば活性層とｐ型クラッド層との間にキャリアブロック層を設けたり、クラッド層を多層構造にするなどの種々の変形が可能であることも言うまでもない。
【００４８】
（実施例５）
本発明の実施例５においては、図７の面発光型レーザと同様の垂直共振器を有する発光素子が１０μｍ間隔で５個×５個のマトリックス状に並べられる。これによって、広い面積で白色発光する面発光型の光源を得ることができる。
【００４９】
（実施例６）
本発明の実施例６においては、図１の発光素子が５ｍｍ間隔で縦２５個×横２５個のマトリックス状に並べられる。これによって、電気−光変換効率が極めて高い照明装置を構成することができる。本発明による発光素子は、白熱灯や蛍光灯に代わる照明装置のほか、イルミネーションやディスプレイのバックライトなどにも利用することができる。
【００５０】
なお、本発明においては、蛍光体含有層に関して、各実施例に例示した蛍光体材料、および蛍光体を分散させている母材の材料に限られず、任意の材料に置き換えることが可能であることは言うまでもない。また、出力光となる蛍光は必ずしも白色である必要はなく、目的に応じて任意の蛍光体にて任意の色の蛍光を出力させてもよい。
【００５１】
上述の実施例では前端面の多層反射鏡のみまたは面発光型の上端面の多層反射鏡のみに蛍光体が含まれ、後端面または下端面の多層反射鏡には蛍光体が含まれていない場合が例示されたが、前後端面の両ミラーまたは上下端面の両ミラーに蛍光体が含まれていてもよいことは言うまでもない。
【００５２】
また、励起光源として用いる半導体レーザの発振波長は必ずしも４０５ｎｍでなくともよく、蛍光体の吸収線に合わせて調節すればよい。このレーザ発振波長は、蛍光体から発せられる蛍光波長よりも短波長の蛍光体吸収線に合わせればよいが、発光の効率および可視光への変換効率を考慮して検討した結果では、ＡｌＧａＩｎＮ系材料による波長３８０ｎｍ〜４２０ｎｍのレーザ発振状態を利用することが好ましい。
【００５３】
なお、本発明の半導体レーザ素子において、各半導体層に使用される窒化物系化合物半導体混晶は、実施例に例示された以外のＩＩＩ族元素（ボロンなど）やＶ族元素（砒素、燐、ピスマスなど）が適宜に混晶化されていてもよいし、不純物元素（Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｔｅ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｉなど）が適宜に含まれていてもよい。また、発光素子の基板も実施例に例示されたものに限定されず、他の基板を用いても本発明の効果が得られる。たとえば、サファイア基板、炭化シリコン基板、シリコン基板、砒化ガリウム基板などの単結晶基板を用いることが可能である。これらの基板を結晶成長によって作製する場合、公知の任意の原料を用いた公知の任意の結晶成長方法にて作製することができることは言うまでもない。また、以上の実施例における活性層の量子井戸構造に関して、井戸層数、歪量、井戸層の厚さなどについて特に制限はない。たとえば、量子井戸構造に含まれるバリア層にも、圧縮または引っ張りの歪を導入してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように、本発明によれば、電気−光変換効率が極めて高くて高強度で可視光の蛍光を放射する発光素子を提供することができる。そして、本発明の発光素子は、蛍光体を励起する光を外部に漏さないので安全であり、小型かつ安価であってアライメントフリーで製造することができる。また、本発明によれば、線状発光またはは面状発光し得る発光素子を容易に提供することができる。そして、本発明の発光素子を利用することによって、電気−光変換効率が極めて高い照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施例による発光素子を模式的に示す断面図である。
【図２】図１の発光素子の蛍光強度と注入電流との関係を示す模式的グラフである。
【図３】本発明の他の実施例による発光素子を模式的に示す断面図である。
【図４】図３の発光素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施例による発光素子の前端面部を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施例による発光素子を模式的に示す斜視図である。
【図７】本発明の他の実施例による発光素子を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１００、２００、３００、４００  発光素子、１０１、２０１、４０１  基板、１０２、２０２  ｎ型バッファ層、１０３、２０３  ｎ型下クラッド層、１０４、２０４、４０４  アンドープ多重量子井戸活性層、１０５、２０５  ｐ型上クラッド層、１０６、２０６  ｐ型コンタクト層、１０７、１０８、２０７、２０８、４０９、４１０  電極、１０９、２０９、３０４  前端面用多層反射構造、１１０、２１０、３０５  後端面用多層反射構造、１１１、２１３、３０６、４１１  白色蛍光、２１１  半導体層、２１２、２１５、２１６、２１７  蛍光体、２１４  エッチングマスク、３０１  半導体積層によるダブルヘテロ構造、３０２  リッジ部、３０３、４０８  電流狭窄部、４０２  下部多層反射鏡、４０３、４０５  光ガイド層、４０６  上部多層反射鏡、４０７  コンタクト層。
【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】
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