(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体発光素子の温度をより正確に測定することを可能な温度測定方法を提供する。【解決手段】基板１２１の主面１２１ａに半導体発光層１２５が形成されてなる半導体発光素子１２の温度測定方法であって、半導体発光素子１２に対し、半導体発光素子１２に含まれる層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光を照射する工程と、レーザ光の照射により半導体発光素子１２から発せられる散乱光のラマン分光分析に基づき、半導体発光素子１２の温度を測定する工程と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンドギャップの異なる複数の層を備える積層体の温度測定方法であって、
前記積層体に対し、当該積層体に含まれる層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光を照射する工程と、
前記レーザ光の照射により前記積層体から発せられる散乱光のラマン分光分析に基づき、前記積層体の温度を測定する工程と、を含む
ことを特徴とする温度測定方法。
【請求項２】
前記積層体が半導体発光素子であって、前記複数の層のうちの一層として半導体発光層を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の温度測定方法。
【請求項３】
前記半導体発光層が発光している状態で行われ、
前記レーザ光の波長は、前記半導体発光素子における発光波長のピーク波長よりも長い波長である
ことを特徴とする請求項２に記載の温度測定方法。
【請求項４】
前記半導体発光層が発光している状態で行われ、
前記レーザ光の波長は、前記半導体発光素子における発光波長域よりも長い波長である
ことを特徴とする請求項２に記載の温度測定方法。
【請求項５】
前記半導体発光素子に含まれる層のうち最もバンドギャップの小さい層は、前記半導体発光層である
ことを特徴とする請求項２に記載の温度測定方法。
【請求項６】
前記半導体発光層は、ｎ型半導体層、電荷の再結合による発光が生じる発光層およびｐ型半導体層がこの順で積層されてなり、
前記レーザ光の波長は、前記ｎ型半導体層、前記発光層および前記ｐ型半導体層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長である
ことを特徴とする請求項２に記載の温度測定方法。
【請求項７】
さらに、前記半導体発光素子における主出射方向側を被覆するように、透光性の封止体が形成されており、
前記封止体には、前記半導体発光層の出射光により励起される波長変換物質が分散されており、
前記レーザ光の波長は、前記波長変換物質における吸収帯域外の波長である
ことを特徴とする請求項２に記載の温度測定方法。
【請求項８】
前記レーザ光はパルスレーザ光である
ことを特徴とする請求項１に記載の温度測定方法。
【請求項９】
前記レーザ光を照射する工程では、前記レーザ光を線状にして前記積層体に照射し、
前記積層体の温度を測定する工程では、前記線状のレーザ光が照射された線状の領域内の複数の箇所について前記積層体の温度を測定する
ことを特徴とする請求項１に記載の温度測定方法。
【請求項１０】
前記レーザ光を照射する工程では、前記線状のレーザ光を当該線と交差する方向に走査させながら前記積層体に照射し、
前記積層体の温度を測定する工程では、前記線状のレーザ光を走査させたことにより面状となった前記レーザ光の照射領域内の複数箇所について積層体の温度を測定する
ことを特徴とする請求項９に記載の温度測定方法。
【請求項１１】
バンドギャップの異なる複数の層を備える積層体の温度測定装置であって、
前記積層体に対し、当該積層体に含まれる層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光を照射するレーザ光照射部と、
前記レーザ光の照射により前記積層体から発せられる散乱光に含まれるラマン散乱光に基づき、前記積層体の温度を測定するラマン分光分析部と、を有する
ことを特徴とする温度測定装置。
【請求項１２】
バンドギャップの異なる複数の層を備える積層体が、モジュール基板の主面に１または複数配置されたモジュールの温度測定方法であって、
１または複数の前記積層体に対し、当該積層体に含まれる層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光を照射する工程と、
前記レーザ光の照射により前記積層体から発せられる散乱光のラマン分光分析に基づき、前記積層体の温度を測定する工程と、を含む
ことを特徴とする温度測定方法。
【請求項１３】
前記モジュールは発光モジュールであって、
前記各積層体は、前記複数の層のうちの一層として半導体発光層を備える半導体発光素子である
ことを特徴とする請求項１２に記載の温度測定方法。
【請求項１４】
前記レーザ光を照射する工程において、前記モジュール基板との界面付近における前記積層体に前記レーザ光を照射し、
前記積層体の温度を測定する工程において、前記界面付近における前記積層体の温度を測定し、
さらに、前記界面付近における前記積層体の温度に基づき、前記モジュール基板の温度を推測する工程を含む
ことを特徴とする請求項１２に記載の温度測定方法。
【請求項１５】
前記モジュール基板の主面には、前記積層体が複数配置されており、
前記積層体の温度を測定する工程において、前記複数の積層体のうちの少なくとも２以上の温度を測定し、
さらに、測定した各積層体の温度に基づき、前記モジュールの温度分布を推測する工程を含む
ことを特徴とする請求項１２に記載の温度測定方法。
【請求項１６】
バンドギャップの異なる複数の層のうちのいずれかの層がプラズマプロセシングにより形成されてなる積層体に関して、その積層体の半製品の温度を前記プラズマプロセシング中に測定するための温度測定方法であって、
前記プラズマプロセシング中に、前記半製品に対し、当該半製品に含まれる層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のパルスレーザ光を照射する工程と、
前記パルスレーザ光の照射により前記半製品から発せられる散乱光のラマン分光分析に基づき、前記半製品の温度を測定する工程と、を含む
ことを特徴とする温度測定方法。
【請求項１７】
前記パルスレーザ光の波長域はプラズマ光のピーク波長と重ならない
ことを特徴とする請求項１６に記載の温度測定方法。
【請求項１８】
測定対象物に対し、パルスレーザ光を照射する工程と、
前記パルスレーザ光の照射により前記測定対象物から発せられる散乱光のラマン分光分析に基づき、前記測定対象物の温度を測定する工程と、を含む
ことを特徴とする温度測定方法。
【請求項１９】
測定対象物に対し、パルスレーザ光を照射するレーザ光照射部と、
前記パルスレーザ光の照射により前記測定対象物から発せられる散乱光に含まれるラマン散乱光に基づき、前記測定対象物の温度を測定するラマン分光分析部と、を有する
ことを特徴とする温度測定装置。
【請求項２０】
バンドギャップの異なる複数の層を備える積層体の歪み測定方法であって、
前記積層体に対し、当該積層体に含まれる層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光を照射する工程と、
前記レーザ光の照射により前記積層体から発せられる散乱光のラマン分光分析に基づき、前記積層体の歪みを測定する工程と、を含む
ことを特徴とする歪み測定方法。
【請求項２１】
バンドギャップの異なる複数の層を備える積層体の歪み測定装置であって、
前記積層体に対し、当該積層体に含まれる層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光を照射するレーザ光照射部と、
前記レーザ光の照射により前記積層体から発せられる散乱光に含まれるラマン散乱光に基づき、前記積層体の歪みを測定するラマン分光分析部と、を有する
ことを特徴とする歪み測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度測定方法および温度測定装置、並びに、歪み測定方法および歪み測定装置に関し、特に、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子の温度測定方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーの観点から、白熱電球に代替する電球形ランプとして、半導体発光素子の１種であるＬＥＤを光源として利用するランプ（以下、ＬＥＤランプと記載する。）が普及しつつある（例えば、特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０３９９９８号
【特許文献２】特開２０１２−０５４２１３号公報
【特許文献３】特開平６−００３２０３号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｍｉｎｇ  Ｓ．  Ｌｉｕ，  Ｌｅｓ  Ａ．  Ｂｕｒｓｉｌｌ，  Ｓ．Ｐｒａｗｅｒ，    ａｎｄ  Ｋ．Ｗ．Ｎｕｇｅｎｔ  Ｙ．Ｚ．Ｔｏｎｇ  ａｎｄ  Ｇ．Ｙ．Ｚｈａｎｇ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ  ７４（１９９９）３１２５−３１２７．
【非特許文献２】Ｖ．Ｙｕ  Ｄａｖｙｄｏｖ，  Ｎ．Ｓ．  Ａｖｅｒｋｉｅｖ，  Ｉ．  Ｎ．  Ｇｏｎｃｈａｒｕｋ，Ｄ．Ｋ．Ｎｅｌｓｏｎ，  Ｉ．Ｐ．Ｎｉｋｉｔｉｎａ，  Ａ．Ｓ．Ｐｏｌｋｏｖｎｉｋｏｖ，  Ａ．Ｎ．Ｓｍｉｒｎｏｖ，  Ｍ．Ａ．Ｊａｃｏｂｓｏｎ  ａｎｄ  Ｏ．Ｋ．Ｓｅｍｃｈｉｎｏｖａ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ８２（１９９７）５０９７−５１０２．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＬＥＤは点灯時に熱を発生するが、ＬＥＤが過度に発熱するとＬＥＤの発光効率低下やＬＥＤの寿命低下のおそれが生じる。そのため、ＬＥＤからの発熱をより効率的にＬＥＤランプの外部に放熱させることが重要課題となっており、ＬＥＤランプの研究および開発においては、正確なＬＥＤの温度測定が必要となっている。
ＬＥＤの温度を測定する方法の１つとして、ラマン分光分析法（例えば、特許文献３）が知られているが、測定精度が十分であるとは言えず、ＬＥＤの温度をより正確に測定することが可能な温度測定方法が必要とされている。
【０００６】
本発明は、半導体発光素子等の積層体の温度をより正確に測定することが可能な温度測定方法等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る温度測定方法は、バンドギャップの異なる複数の層を備える積層体の温度測定方法であって、前記積層体に対し、当該積層体に含まれる層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光を照射する工程と、前記レーザ光の照射により前記積層体から発せられる散乱光のラマン分光分析に基づき、前記積層体の温度を測定する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様に係る温度測定方法は、積層体に照射するレーザ光として、積層体に含まれる層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光を用いることを特徴とする。このようにすれば、レーザ光により積層体が励起されないため、積層体がレーザ光で熱せられない。したがって、積層体の温度をより正確に測定することが可能である。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る温度測定方法の特定の局面は、前記積層体が半導体発光素子であって、前記複数の層のうちの一層として半導体発光層を備えることを特徴とする。このようにすれば、半導体発光層が励起されないため、半導体発光層が励起されることによる発光も生じない。このため、レイリー散乱光を含む散乱光全体からラマン散乱光を分光する際の外乱光が低減され、ラマン散乱光の測定精度を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の一態様に係る温度測定方法の特定の局面は、前記半導体発光層が発光している状態で行われ、前記レーザ光の波長は、前記半導体発光素子における発光波長のピーク波長よりも長い波長であることを特徴とする。このようにすれば、レイリー散乱光の波長域と、半導体発光層からの出射光の波長域との重なりが小さくなる。このため、レイリー散乱光と半導体発光層からの出射光との重畳が低減され、ラマン散乱光の測定精度をさらに向上させることができる。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る温度測定方法の特定の局面は、前記半導体発光層が発光している状態で行われ、前記レーザ光の波長は、前記半導体発光素子における発光波長域よりも長い波長であることを特徴とする。このようにしても、レイリー散乱光と半導体発光層からの出射光との重畳が低減されるため、ラマン散乱光の測定精度をさらに向上させることができる。
【００１２】
また、本発明の一態様に係る温度測定方法の特定の局面は、前記半導体発光素子に含まれる層のうち最もバンドギャップの小さい層は、前記半導体発光層であることを特徴とする。
また、本発明の一態様に係る温度測定方法の特定の局面は、前記半導体発光層は、ｎ型半導体層、電荷の再結合による発光が生じる発光層およびｐ型半導体層がこの順で積層されてなり、前記レーザ光の波長は、前記ｎ型半導体層、前記発光層および前記ｐ型半導体層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の一態様に係る温度測定方法の特定の局面は、前記半導体発光素子における主出射方向側を被覆するように、透光性の封止体が形成されており、前記封止体には、前記半導体発光層の出射光により励起される波長変換物質が分散されており、前記レーザ光の波長は、前記波長変換物質における吸収帯域外の波長であることを特徴とする。このようにすれば、レーザ光による波長変換物質の励起を防止できるため、ラマン散乱光の測定精度をさらに向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る温度測定方法の特定の局面は、前記レーザ光がパルスレーザ光であることを特徴とする。このようにパルスレーザ光を利用すれば、瞬間的に光強度を非常に強くすることが可能である。そして、レーザ光の光強度が強くなればラマン散乱光の強度も強くなるため、ラマン散乱光の分解能が向上し、ラマン散乱光の測定精度をさらに向上させることができる。また、パルスレーザ光であれば、比較的短時間で温度測定が可能である。
【００１５】
また、本発明の一態様に係る温度測定方法の特定の局面は、前記レーザ光を照射する工程では、前記レーザ光を線状にして前記積層体に照射し、前記積層体の温度を測定する工程では、前記線状のレーザ光が照射された線状の領域内の複数の箇所について前記積層体の温度を測定することを特徴とする。このようにすれば、線状の領域の複数箇所の温度を時間差なく一度に測定することができる。
【００１６】
また、本発明の一態様に係る温度測定方法の特定の局面は、前記レーザ光を照射する工程では、前記線状のレーザ光を当該線と交差する方向に走査させながら前記積層体に照射し、前記積層体の温度を測定する工程では、前記線状のレーザ光を走査させたことにより面状となった前記レーザ光の照射領域内の複数箇所について積層体の温度を測定することを特徴とする。このようにすれば、面状の領域の複数箇所の温度を小さな時間差で測定することができる。
【００１７】
本発明の一態様に係る温度測定装置は、バンドギャップの異なる複数の層を備える積層体の温度測定装置であって、前記積層体に対し、当該積層体に含まれる層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光を照射するレーザ光照射部と、前記レーザ光の照射により前記積層体から発せられる散乱光に含まれるラマン散乱光に基づき、前記積層体の温度を測定するラマン分光分析部と、を有することを特徴とする。このような構成の温度測定装置は、積層体の温度をより正確に測定することが可能である。
【００１８】
本発明の別の一態様に係る温度測定方法は、バンドギャップの異なる複数の層を備える積層体が、モジュール基板の主面に１または複数配置されたモジュールの温度測定方法であって、１または複数の前記積層体に対し、当該積層体に含まれる層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光を照射する工程と、前記レーザ光の照射により前記積層体から発せられる散乱光のラマン分光分析に基づき、前記積層体の温度を測定する工程と、を含むことを特徴とする。このようにすれば、いずれの積層体もレーザ光により励起されないため、いずれの積層体もレーザ光で熱せられない。したがって、モジュールの温度をより正確に測定することが可能である。
【００１９】
また、本発明の別の一態様に係る温度測定方法の特定の局面は、前記モジュールは発光モジュールであって、前記各積層体は、前記複数の層のうちの一層として半導体発光層を備える半導体発光素子であることを特徴とする。このようにすれば、半導体発光層が励起されないため、その励起による発光も生じない。したがって、レイリー散乱光を含む散乱光全体からラマン散乱光を分光する際の外乱光が低減され、ラマン散乱光の測定精度を向上させることができる。
【００２０】
また、本発明の別の一態様に係る温度測定方法の特定の局面は、前記レーザ光を照射する工程において、前記モジュール基板との界面付近における前記積層体に前記レーザ光を照射し、前記積層体の温度を測定する工程において、前記界面付近における前記積層体の温度を測定し、さらに、前記界面付近における前記積層体の温度に基づき、前記モジュール基板の温度を推測する工程を含むことを特徴とする。このようにすれば、レーザ光照射によりモジュール基板がラマン散乱光を発しない場合であっても、比較的正確にモジュール基板の温度を推測することが可能である。
【００２１】
また、本発明の別の一態様に係る温度測定方法の特定の局面は、前記モジュール基板の主面には、前記積層体が複数配置されており、前記積層体の温度を測定する工程において、前記複数の積層体のうちの少なくとも２以上の温度を測定し、さらに、測定した各積層体の温度に基づき、前記モジュールの温度分布を推測する工程を含むことを特徴とする。このようにすれば、発光モジュールの温度分布を知ることができ、当該温度分布は、複数のＬＥＤの発光効率や寿命を均一化できるＬＥＤの配列方法の研究開発等に活用できる。
【００２２】
本発明のまた別の一態様に係る温度測定方法は、バンドギャップの異なる複数の層のうちのいずれかの層がプラズマプロセシングにより形成されてなる積層体に関して、その積層体の半製品の温度を前記プラズマプロセシング中に測定するための温度測定方法であって、前記プラズマプロセシング中に、前記半製品に対し、当該半製品に含まれる層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のパルスレーザ光を照射する工程と、前記パルスレーザ光の照射により前記半製品から発せられる散乱光のラマン分光分析に基づき、前記半製品の温度を測定する工程と、を含むことを特徴とする。このようにすれば、リモート計測が可能になるため、プラズマプロセシング中であっても半製品の温度を正確に測定することができる。
【００２３】
本発明のまた別の一態様に係る温度測定方法の特定の局面は、前記パルスレーザ光の波長域がプラズマ光のピーク波長と重ならないことを特徴とする。このようにすれば、レイリー散乱光とプラズマ光との重畳が低減されるため、ラマン散乱光の測定精度をさらに向上させることができる。
本発明のさらに別の一態様に係る温度測定方法は、測定対象物に対し、パルスレーザ光を照射する工程と、前記パルスレーザ光の照射により前記測定対象物から発せられる散乱光のラマン分光分析に基づき、前記測定対象物の温度を測定する工程と、を含むことを特徴とする。このようにパルスレーザ光を利用すれば瞬間的に光強度を非常に強くすることが可能である。そして、レーザ光の光強度が強くなればラマン散乱光の強度も強くなるため、リモート計測が可能になる。
【００２４】
本発明のさらに別の一態様に係る温度測定装置は、測定対象物に対し、パルスレーザ光を照射するレーザ光照射部と、前記パルスレーザ光の照射により前記測定対象物から発せられる散乱光に含まれるラマン散乱光に基づき、前記測定対象物の温度を測定するラマン分光分析部と、を有することを特徴とする。このような構成の温度測定装置は、リモート計測が可能である。
【００２５】
本発明の一態様に係る歪み測定方法は、バンドギャップの異なる複数の層を備える積層体の歪み測定方法であって、前記積層体に対し、当該積層体に含まれる層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光を照射する工程と、前記レーザ光の照射により前記積層体から発せられる散乱光のラマン分光分析に基づき、前記積層体の歪みを測定する工程と、を含むことを特徴とする。このようにすれば、レーザ光により積層体が励起されないため、積層体がレーザ光で熱せられない。したがって、積層体の歪みをより正確に測定することが可能である。
【００２６】
本発明の一態様に係る歪み測定装置は、バンドギャップの異なる複数の層を備える積層体の歪み測定装置であって、前記積層体に対し、当該積層体に含まれる層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光を照射するレーザ光照射部と、前記レーザ光の照射により前記積層体から発せられる散乱光に含まれるラマン散乱光に基づき、前記積層体の歪みを測定するラマン分光分析部と、を有することを特徴とする。このようにすれば、いずれの積層体もレーザ光により励起されないため、いずれの積層体もレーザ光で熱せられない。したがって、積層体の歪みをより正確に測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】測定対象物の一例としての発光モジュール１０を備えるＬＥＤランプ１の構成を示す縦断面図である。
【図２】ＬＥＤ１２の構成を示す断面図である。
【図３】ＬＥＤ１２の構成を示す平面図である。
【図４】第１の実施形態に係る温度測定装置１０００の構成を示す模式図である。
【図５】ラマン分光分析による温度測定に用いる関係式を示す図である。
【図６】ラマン分光分析による温度測定に用いる関係式（ラマン散乱光形状）を示す図である。
【図７】ラマン分光分析による温度測定に用いる関係式（ラマン散乱光形状）を示す図である。
【図８】温度測定装置１０００の記憶部に記憶されているテーブルを示す図である。
【図９】封止体１３に波長変換物質１４としての蛍光体粒子を分散させて作製した蛍光体膜の光透過特性を示す図である。
【図１０】ラマン分光分析に基づく半導体発光層１２５の温度測定結果を示すラマンスペクトルである。
【図１１】発光モジュール１０Ａの断面図である。
【図１２】発光モジュール１０の断面図である。
【図１３】第５の実施形態に係る温度測定装置３０００の構成を示す模式図である。
【図１４】ラマン分光分析に基づく半導体発光層１２５の温度測定結果を示すラマンスペクトルである。
【図１５】複数の半導体発光層１２５の温度を１箇所ずつ個別に測定する場合を説明するための模式図である。
【図１６】複数の半導体発光層１２５の温度を複数箇所同時に測定する場合を説明するための模式図である。
【図１７】ａ軸格子歪みとラマンシフト量との関係を示す図である。
【図１８】ラマン分光分析による歪み測定に用いる関係式を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
≪第１の実施形態≫
第１の実施形態に係る温度測定方法について説明する。
図１は、測定対象物の一例としての発光モジュール１０を備えるＬＥＤランプの構成を示す縦断面図である。ＬＥＤランプ１は、白熱電球の代替品となるものである。ＬＥＤランプ１は、発光モジュール１０、基台２０、グローブ３０、回路ユニット４０、回路ホルダ５０、内筐体６０、口金７０および外筐体８０を備える。
【００２９】
［発光モジュール１０の構成］
発光モジュール１０は、モジュール基板１１、半導体発光素子としてのＬＥＤ１２を備える。ＬＥＤ１２は、例えば窒化ガリウム系（ＧａＮ系）等のＬＥＤであり、寸法は例えば０．５［ｍｍ］角である。各ＬＥＤ１２は、モジュール基板１１の主面１１ａにＣＯＢ（Ｃｈｉｐ  ｏｎ  Ｂｏａｒｄ）技術を用いて配置されている。
【００３０】
［ＬＥＤ１２の構成］
図２は、ＬＥＤ１２の構成を示す断面図である。また、図３は、ＬＥＤ１２の構成を示す平面図である。図２に示す断面図は、図３におけるＡ−Ａ線断面図に相当する。
図２に示すように、ＬＥＤ１２は、結晶成長用基板１２１、半導体発光層１２５、ｎ側電極パッド１２６、ｐ側透明電極１２７、ｐ側電極パッド１２８および保護膜１２９を有する。
【００３１】
結晶成長用基板１２１は、半導体発光層１２５を結晶成長により形成するための基部となる部材であり、透光性を有する。結晶成長用基板１２１としては、例えばサファイア基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板、ケイ素（Ｓｉ）基板、ＧａＮ基板等が用いられている。
半導体発光層１２５は、結晶成長用基板１２１の主面１２１ａに形成されている。半導体発光層１２５は、ｎ型半導体層１２２、発光層１２３、ｐ型半導体層１２４がこの順で積層されてなる。ｎ型半導体層１２２は、例えばＧａＮに半導体にケイ素（Ｓｉ）をドープしたものが用いられている。発光層１２３は、例えばＩｎxＧａ1-xＮの組成式で表される窒化インジウムガリウム層である。発光層１２３での電子と正孔の再結合により、発光が起こる。ｐ型半導体層１２４は、例えばＧａＮ半導体にマグネシウム（Ｍｇ）をドープしたものが用いられている。
【００３２】
ｎ側電極パッド１２６は、電子を供給する陰極（カソード）である。ｐ側透明電極１２７は、抵抗率の高いｐ型半導体層１２４の電流拡散を補助する機能を有する。ｐ側電極パッド１２８は、正孔を供給する陽極（アノード）である。保護膜１２９は、半導体発光層１２５およびｐ側透明電極１２７を保護するためのものであり、ｎ側電極パッド１２６およびｐ側電極パッド１２８に相当する部分に開口が設けられている。
【００３３】
［温度測定装置１０００の構成］
図４は、第１の実施形態に係る温度測定装置１０００の構成を示す模式図である。温度測定装置１０００は、バンドギャップの異なる複数の層を備える積層体の温度を測定する装置である。より正確には、１または複数のＬＥＤ１２が、モジュール基板１１の主面１１ａに配置された発光モジュール１０において、結晶成長用基板１２１の主面１２１ａに半導体発光層１２５が形成されてなるＬＥＤ１２の温度を測定する装置である。本実施形態においては、ＬＥＤ１２を構成する各構成のうち、半導体発光層１２５の温度を測定する例について説明する。温度測定装置１０００は、レーザ光照射部１００と、ラマン分光分析部２００とを有する。
【００３４】
＜レーザ光照射部１００＞
レーザ光照射部１００は、半導体発光層１２５に対し、半導体発光層１２５のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光を照射する。ここで、上述したように、半導体発光層１２５は、ｎ型半導体層１２２、発光層１２３およびｐ型半導体層１２４を含んだ多層構造である。このような場合のレーザ光の波長は、ｎ型半導体層１２２、発光層１２３およびｐ型半導体層１２４のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長とすることが望ましい。
【００３５】
窒化ガリウム系のＬＥＤ１２の場合、半導体発光層１２５の中で最もバンドギャップの小さい層は発光層１２３であるため、発光層１２３のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光を用いることになる。発光層１２３はＧａＮにＩｎを添加した混晶であり、ＧａＮのバンドギャップは室温で３．３９［ｅＶ］であるが、Ｉｎの添加量を調整することで、バンドギャップを変化させることが可能である。一例として、例えば、発光層１２３のバンドギャップを２．９［ｅＶ］とした場合は、このバンドギャップのエネルギーに相当する波長は４２８［ｎｍ］である。そのため、この場合には４２８［ｎｍ］より長い波長のレーザ光を照射する。
【００３６】
このような波長のレーザ光源としては、例えば、波長５３２［ｎｍ］のネオジムＹＡＧレーザ（Ｎｅｏｄｙｍ−ＹＡＧ  Ｌａｓｅｒ）、チタンサファイアレーザ（０．６５−１．１［μｍ］）等の固体レーザ、光パラメトリック発振器レーザ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）、色素レーザ等が挙げられる。
半導体発光層１２５のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光を照射することにより、半導体発光層１２５がレーザ光により励起されない。この結果、半導体発光層１２５がレーザ光により熱せられず、より正確な半導体発光層１２５の温度を測定することが可能である。また、特に発光層１２３のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長とすることで、ｎ型半導体層１２２、発光層１２３およびｐ型半導体層１２４のいずれの層もレーザ光により励起されないようにすることができる。
【００３７】
用いるレーザ光源は、半導体発光層１２５のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光を発するものであれば、特に限定されるものではない。
また、レーザ光は、断続的にレーザ光を出すパルスレーザと、連続的にレーザ光を出すＣＷレーザ（連続波レーザ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ  Ｌａｓｅｒ）のどちらを用いることとしてもよい。しかし、パルスレーザでは、位相を揃えて同時に発振させるモード同期を用いるか、Ｑスイッチを用いることで瞬間的に光強度を非常に強くすることが可能である。光強度が強くなることでラマン散乱光の強度も強くなり、ラマン散乱光の分解能が向上し、より正確な温度測定を行うことが可能である。
【００３８】
また、レーザ光は、照射幅を５０［μｍ］（０．０５［ｍｍ］）程度まで絞ることが可能である。したがって、微小領域の温度を測定可能である。ここで、上述したようにＬＥＤ１２の寸法は０．５［ｍｍ］角程度であるため、レーザ光の照射幅を絞ることで、１つのＬＥＤ１２の温度を測定することが可能である。例えば、ＬＥＤ１２が行列状に複数配列されている場合に、個々のＬＥＤ１２の温度を測定することで、行列状に配列された複数のＬＥＤ１２の温度分布を推測することが可能である。
【００３９】
＜ラマン分光分析部２００＞
ラマン分光分析部２００は、レーザ光の照射により半導体発光層１２５から発せられる散乱光に含まれるラマン散乱光に基づき、半導体発光層１２５の温度を測定する。ラマン分光分析部２００は、レーザ光調節用レンズ部２０１、レーザ光伝送用ミラー部２０２、散乱光集光レンズ部２０３、散乱光伝送用ミラー部２０４、レイリー散乱光除去部２０５およびラマン散乱光分離用ミラー部２０６を有する。さらに、ラマン分光分析部２００は、第１のラマン散乱光選択部２０７、第１のラマン散乱光集光レンズ部２０８、第１検出部２０９、第２のラマン散乱光選択部２１０、第２のラマン散乱光集光レンズ部２１１、第２検出部２１２および演算部２１３も有する。
【００４０】
（レーザ光調節用レンズ部２０１）
レーザ光調節用レンズ部２０１は、レーザ光照射部から照射されたレーザ光Ｌ１の、温度測定対象への照射領域を調節する機能を有する。レーザ光調節用レンズ部２０１は、例えば、２個の凸レンズの組合せで構成されており、これらの凸レンズを操作することで、レーザ光Ｌ１の照射領域を任意に拡大縮小するものである。
【００４１】
（レーザ光伝送用ミラー部２０２，散乱光集光レンズ部２０３）
レーザ光伝送用ミラー部２０２は、レーザ光調節用レンズ部２０１透過後のレーザ光Ｌ１の進行方向を変え、測定対象物である半導体発光層１２５へ向ける機能を有する。レーザ光伝送用ミラー部２０２は、例えばハーフミラーで構成されている。半導体発光層１２５へ向けられたレーザ光Ｌ１は、散乱光集光レンズ部２０３により集光され、半導体発光層１２５に照射される。散乱光集光レンズ部２０３としては、例えば凸レンズを用いることができる。
【００４２】
（散乱光伝送用ミラー部２０４）
散乱光伝送用ミラー部２０４は、レーザ光Ｌ１照射により半導体発光層１２５から発せられる散乱光Ｌ２をレイリー散乱光除去部２０５へ伝送するためのものである。散乱光伝送用ミラー部２０４は、散乱光Ｌ２を全反射させるミラーで構成されている。
（レイリー散乱光除去部２０５）
レイリー散乱光除去部２０５は、半導体発光層１２５から発せられる散乱光Ｌ２からレイリー散乱光、および迷光を除去するためのものであり、例えば、ノッチフィルタ、エッヂフィルタ等を用いることができる。レイリー散乱光除去部２０５通過後のラマン散乱光Ｌ３には、ストークス光とアンチストークス光の両方が含まれている。
【００４３】
（ラマン散乱光分離用ミラー部２０６）
ラマン散乱光分離用ミラー部２０６は、ラマン散乱光Ｌ３をストークス光Ｌ４とアンチストークス光Ｌ５に分光する機能を有する。ラマン散乱光分離用ミラー部２０６としては、例えばダイクロイックミラー、ハーフミラー等、光路を２分割する機能を有するものを用いることができる。
【００４４】
ラマン散乱光分離用ミラー部２０６としてダイクロイックミラーを用いる場合は、必ずしも、後述する第１のラマン散乱光選択部２０７および第２のラマン散乱光選択部２１０は必要となるものではない。しかしながら、ストークス光Ｌ４およびアンチストークス光Ｌ５の分解能を向上させ、より正確な温度測定を行う観点では、第１のラマン散乱光選択部２０７および第２のラマン散乱光選択部２１０を設けることが望ましい。
【００４５】
また、第１のラマン散乱光選択部２０７および第２のラマン散乱光選択部２１０として後述するバンドパスフィルタを用いる場合は、ラマン散乱光分離用ミラー部２０６としてハーフミラーを用いることができる。
（第１のラマン散乱光選択部２０７，第２のラマン散乱光選択部２１０）
第１のラマン散乱光選択部２０７、第１のラマン散乱光集光レンズ部２０８および第１検出部２０９からなる第１の組は、ストークス光Ｌ４に対して動作を行う。一方、第２のラマン散乱光選択部２１０、第２のラマン散乱光集光レンズ部２１１および第２検出部２１２からなる第２の組は、アンチストークス光Ｌ５に対して動作を行う。したがって、第１の組および第２の組の違いは、ストークス光に対して動作を行うか、アンチストークス光に対して動作を行うかのみであり、両組の基本的な動作は同じである。
【００４６】
第１のラマン散乱光選択部２０７は、ラマン散乱光分離用ミラー部２０６で分離されたストークス光Ｌ４のうち、半導体発光層１２５の温度測定に用いるストークス光を選択する。第２のラマン散乱光選択部２１０は、第１のラマン散乱光選択部２０７と同様の動作をアンチストークス光Ｌ５に対して行う。すなわち、第２のラマン散乱光選択部２１０は、ラマン散乱光分離用ミラー部２０６で分離されたアンチストークス光Ｌ５のうち、半導体発光層１２５の温度測定に用いるアンチストークス光を選択する。
【００４７】
第１のラマン散乱光選択部２０７および２のラマン散乱光選択部２１０としては、例えば、バンドパスフィルタ、回折格子やプリズム等の分散型の分光器等を用いることができる。
（第１のラマン散乱光集光レンズ部２０８，第２のラマン散乱光集光レンズ部２１１）
第１のラマン散乱光集光レンズ部２０８は、第１のラマン散乱光選択部２０７透過後のストークス光Ｌ４を集光するものであり、例えば凸レンズ等を用いることができる。第２のラマン散乱光集光レンズ部２１１は、第２のラマン散乱光選択部２１０透過後のアンチストークス光Ｌ５を集光するものであり、第１のラマン散乱光集光レンズ部２０８と同様に凸レンズ等で構成されている。
【００４８】
（第１検出部２０９，第２検出部２１２）
第１検出部２０９は、第１のラマン散乱光集光レンズ部２０８で波長選択されたストークス光を検出する。また、第２検出部２１２は、第２のラマン散乱光集光レンズ部２１１で波長選択されたアンチストークス光を検出する。第１検出部２０９および第２検出部２１２はそれぞれ、検出したストークス光Ｌ４またはアンチストークス光Ｌ５の光信号を電気信号に変換し、演算部２１３に出力する。第１検出部２０９、第２検出部２１２としては、例えば、ＩＣＣＤ（Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ等を用いることができる。
【００４９】
（演算部２１３）
演算部２１３は、第１検出部２０９および第２検出部２１２から入力された電気信号に基づいて、ストークス光およびアンチストークス光の光強度比を演算する。以下、ラマン散乱光に基づく温度算出方法について説明する。
・ラマン散乱光に基づく温度算出方法
モジュール基板１１やＬＥＤ１２等の結晶性基板にレーザ光を照射すると、元のレーザ光と振動数と異なる散乱光が発生する。この散乱光はラマン散乱光と呼ばれ、散乱光の振動数は、レーザ光の振動数に結晶性基板の特有の振動数を、加算または減算された振動数となる。ラマン散乱光のうち、振動数の低い側はストークス光、振動数の高い側はアンチストークス光と呼ばれ、これらのストークス光とアンチストークス光の光強度、振動数、形状は、結晶性基板の温度と関係がある。
【００５０】
図５は、ラマン分光分析による温度測定に用いる関係式を示す図である。（式１）は、温度とラマン散乱光との関係式を示しており、公知の量子力学から導出される関係式である。そして、（式１）をＴについて整理したものが（式２）である。演算部２１３は、（式２）に基づき半導体発光層１２５の温度を算出する。（式１）、（式２）において、Ｔは温度［Ｋ］、ｈはプランク定数（６．６２６×１０-34［Ｊｓ］）、νRはラマンシフト［ｃｍ-1］、ｋはボルツマン定数（１．３８０×１０-23［ＪＫ-1］）、ＩSはストークス光の強度、ＩASはストークス光の強度である。
【００５１】
図６および図７は、ラマン分光分析による温度測定に用いる関係式（ラマン散乱光形状）を示す図である。ラマン分光分析に基づいた温度測定にあたっては、図５に示した（式１）、（式２）とは別の関係式に基づいて温度測定を行うこともできる。すなわち、ラマン散乱光の振動数（ピーク波長）やラマン散乱光の形状の半値全幅も温度に依存し、図６および図７に示す（式３）および（式４）の関係式を満たす。なお、ストークス光およびアンチストークス光の両方について、この温度依存関係がある。また、この（式３）および（式４）は、非特許文献１に記載されているものである。
【００５２】
（式３）において、Ｔは温度［Ｋ］、ｈはプランク定数（６．６２６×１０-34［Ｊｓ］）、νRはラマンシフト［ｃｍ-1］、ｋはボルツマン定数（１．３８０×１０-23［ＪＫ-1］）である。また、νR0Kは０［Ｋ］におけるラマンシフト量［ｃｍ-1］であり、例えばＧａＮのＥ2モードの場合は５６８．２±０．２［ｃｍ-1］である。さらに、ＡおよびＢは材料特有の定数であり、例えばＧａＮのＥ2モードの場合、Ａは１７．９±２．４［ｃｍ-1］、Ｂは０．９９±０．０８である。
【００５３】
式４において、Ｔは温度［Ｋ］、ｈはプランク定数（６．６２６×１０-34［Ｊｓ］）、ｋはボルツマン定数（１．３８０×１０-23［ＪＫ-1］）、ΓR（Ｔ）はＴ［Ｋ］におけるラマン散乱光の形状における半値全幅［ｃｍ-1］である。また、ΓR0Kは０［Ｋ］におけるラマン散乱光の形状における半値全幅［ｃｍ-1］であり、例えばＧａＮのＥ2モードの場合、１．６７±０．０５［ｃｍ-1］である。
【００５４】
このように、ラマン散乱光の光強度、振動数およびラマン散乱光の形状の半値全幅を測定することで、式（２）から式（４）に基づき温度測定を行うことが可能である。
［温度測定装置１０００のスペック］
ＧａＮからなる発光層１２３の温度を測定する場合の温度測定装置１０００のスペックについて説明する。
【００５５】
＜パルスレーザ光のパルス幅＞
本実施の形態に係る温度測定装置１０００は、短パルスレーザ光の利用により、測定位置での十分なパワー密度ＰLを確保できる。ラマン散乱強度ＩRは入射レーザ光のパワー密度（Ｗ／ｍ2）に比例するので、同じレーザエネルギーＥLに対してもパルス幅Δｔが短かければ、より大きな信号強度を得ることができる。１０10〜１０11Ｗ／ｍ2のパワー密度を達成できればリモート計測に有利である。
【００５６】
ＩR〜ＰL＝ＥL／（Ｓ・Δｔ）  ・・・（式７）
一方で、不確定原理によれば、レーザ光の光子エネルギーの揺らぎ（スペクトル幅の広がり）ΔＥλとパルス幅Δｔとは、プランク定数をｈとした場合に以下の関係式を満たす。
ΔＥλ・Δｔ＝ｈ
→  Δｔ＝ｈ／ΔＥλ＝ｈ／（ｈｃΔｋ）＝１／（ｃΔｋ）（ｃは光速）  ・・・（式８）
即ち、レーザ光の短パルス化は観測されるラマン散乱光のピークのスペクトル幅のブロード化につながり、測定温度の精度低下をもたらす。
【００５７】
ＧａＮのＥ2hモードによる温度測定（測定精度±５Ｋ）を考えると、許容できるレーザ光のスペクトル幅Δｋの広がりの限界は、Δｋ＝０．１ｃｍ-1と考えられる。この時のレーザ光のパルス幅の下限値は、（式８）から３３０ｐｓとなる。
しかしながら、検出部としてのＩＣＣＤカメラは、最小ゲート幅が２００ｐｓのものも市販されているが、５ｎｓまたは２ｎｓが汎用的である。したがって、温度測定装置１０００で利用するパルスレーザ光のパルス幅は、サブｎｓ〜ｎｓオーダーが妥当である。
【００５８】
＜パルスレーザ光のスペクトル幅＞
蛍光体膜を有する発光モジュール１０の温度測定を考えた場合、レーザ光入射による励起発光を極力抑え、かつ検出部の量子効率が高い波長域（５００〜６００ ｎｍ近傍）で測定を行うためには、入射レーザ光の波長を最適化することが好ましい。そのため、レーザ光源として、可変波長レーザを利用することが好ましい。
【００５９】
色素レーザやＯＰＯレーザなどの外部共振器型のレーザは、可視光域（３７０〜７４０ ｎｍ）の範囲で、スペクトル幅がΔｋ＝０．０３ｃｍ-1（６３２．８０ｎｍで１．２ｐｍ相当）を達成していることが好ましい。そうすれば、測定に十分適したスペクトル幅、レーザエネルギー、パルス幅、繰り返し周波数とすることができる。
［温度測定方法］
以下、温度測定装置１０００を用いた温度測定方法について、図４を参照しながら説明する。本温度測定方法は、半導体発光層１２５にレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、ラマン分光分析に基づき半導体発光層１２５の温度を測定する温度測定工程と、を含む。
【００６０】
＜レーザ光照射工程＞
レーザ光照射工程では、半導体発光層１２５に対し、半導体発光層１２５のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光Ｌ１を照射する。具体的には、レーザ光調節用レンズ部２０１によりレーザ光Ｌ１の照射範囲を調節する。そして、調節後のレーザ光Ｌ１をレーザ光伝送用ミラー部２０２により半導体発光層１２５に向けて照射する。これにより、上述したように半導体発光層１２５の温度をより正確に測定することが可能である。
【００６１】
本温度測定方法は、半導体発光層１２５が発光している状態でも行うことが可能である。ここで、ラマン散乱光Ｌ３の強度はレイリー散乱光の強度の１／１０6程度であり、非常に微弱なものである。そのため、ラマン散乱光Ｌ３（ストークス光Ｌ４、アンチストークス光Ｌ５）を精度よく分光および検出するには、レイリー散乱光を含む散乱光Ｌ２からラマン散乱光Ｌ３を分光する際に、ラマン散乱光Ｌ３以外の光の強度を可能な限り低減させることが重要である。
【００６２】
そこで、温度測定方法を半導体発光層１２５が発光している状態で行う場合には、レーザ光Ｌ１の波長は、半導体発光層１２５における発光波長のピーク波長よりも長い波長であることが望ましい。レーザ光Ｌ１の波長が、半導体発光層１２５における発光波長域よりも長い波長であることがより望ましい。このようにすることで、レイリー散乱光の波長域（レーザ光Ｌ１と同波長域である。）と、半導体発光層１２５からの出射光の波長域との重なりが小さくなる。このため、レイリー散乱光と半導体発光層１２５からの出射光との重畳が低減される。すなわち、レイリー散乱光を含む散乱光Ｌ２からラマン散乱光Ｌ３を分光する際の外乱光の重畳が低減され、ラマン散乱光Ｌ３の測定精度を向上させることができる。
【００６３】
なお、「半導体発光層における発光波長のピーク波長よりも長い波長」には、半導体発光層における発光波長のピーク波長は含まない。例えば、ＬＥＤ１２として、発光波長のピーク波長が４５５［ｎｍ］付近である青色ＬＥＤを用いる場合は、４５５［ｎｍ］より長い波長のレーザ光Ｌ１を用いることが望ましい。
＜温度測定工程＞
温度測定工程では、レーザ光Ｌ１の照射により半導体発光層１２５から発せられる散乱光Ｌ２のラマン分光分析に基づき、半導体発光層１２５の温度を測定する。温度測定工程は、第１〜第４サブ工程からなる。
【００６４】
第１サブ工程では、散乱光集光レンズ部２０３を用いて、レーザ光Ｌ１の照射により半導体発光層１２５から発せられる散乱光Ｌ２を集光する。散乱光集光レンズ部２０３により集光された散乱光Ｌ２は散乱光伝送用ミラー部２０４に入射し、レイリー散乱光除去部２０５へ向けて伝送される。
第２サブ工程では、散乱光Ｌ２からレイリー散乱光、および迷光を除去することでラマン散乱光Ｌ３を取り出す。より詳しくは、伝送されてきた散乱光Ｌ２を、レイリー散乱光除去部２０５に通すことにより、レイリー散乱光が除去され、ラマン散乱光Ｌ３が取り出される。
【００６５】
第３サブ工程では、ラマン散乱光Ｌ３から温度測定に用いるストークス光Ｌ４およびアンチストークス光Ｌ５を取り出す。まず、ラマン散乱光Ｌ３をラマン散乱光分離用ミラー部２０６に入射させることにより、ラマン散乱光Ｌ３がストークス光Ｌ４とアンチストークス光Ｌ５とに分離される。そして、ストークス光Ｌ４が第１のラマン散乱光選択部２０７を通過することで、温度測定に用いるストークス光Ｌ４を取り出す。取り出されたストークス光Ｌ４は、第１のラマン散乱光集光レンズ部２０８で集光し、第１検出部２０９に伝送する。一方、アンチストークス光Ｌ５は、第２のラマン散乱光選択部２１０に通され、温度測定に用いるアンチストークス光Ｌ５が選択される。選択されたアンチストークス光Ｌ５は、第２のラマン散乱光集光レンズ部２１１で集光され、第２検出部２１２に伝送される。
【００６６】
第４サブ工程では、第３サブ工程で選択したストークス光Ｌ４およびアンチストークス光Ｌ５に基づき、半導体発光層１２５の温度を測定する。まず、第１検出部２０９が検出したストークス光Ｌ４を電気信号に変換するとともに、第２検出部２１２もアンチストークス光Ｌ５の光信号を電気信号に変換する。変換された電気信号は演算部２１３に出力され、演算部２１３はそれらの電気信号と、図５〜図７に示す（式２）〜（式４）に基づき、半導体発光層１２５の温度を測定する。より詳しくは、例えば、電気信号から得られたラマンシフトνR、ストークス光の強度ＩSおよびアンチストークス光の強度ＩASを（式２）に代入することで、半導体発光層１２５の温度が求まる。
【００６７】
また、半導体発光層１２５の温度の算出は、温度測定装置１０００の操作者が行うこととしてもよい。また、温度測定装置１０００が自身の記憶部に記憶されたテーブル等に基づいて行うこととしてもよいし、演算部２１３が電気信号を受信する都度（式２）〜（式４）に基づいて行うこととしてもよい。温度測定装置１０００が温度の算出を行う場合は、例えば、以下のようにして行う。
【００６８】
まず、ストークス光の強度ＩSおよびアンチストークス光の強度ＩASからｌｏｇ（ＩAS／ＩS）を算出する。具体的には、アンチストークス光の強度ＩASをストークス光の強度ＩSで除算し、除算して得た数値の対数をとることで算出できる。ｌｏｇ（ＩAS／ＩS）が算出されたら、図８に示すテーブルに基づき、半導体発光層１２５の温度を算出する。
図８は、温度測定装置１０００の記憶部に記憶されているテーブルを示す図である。図８に示すテーブルの左側の列には、算出されたｌｏｇ（ＩAS／ＩS）の値が列挙されている。Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，・・・Ｃｘは、ｌｏｇ（ＩAS／ＩS）の値を表しており、Ｃに続く数字が大きいほど、値が大きいことを示している。テーブルの上段の行には、ラマンシフトνRの値が列挙されている。νR１，νR２，νR３，νR４，・・・，νRｙは、ラマンシフトνRの値を表しており、νRに続く数字が大きいほど、値が大きいことを示している。
【００６９】
算出されたｌｏｇ（ＩAS／ＩS）の値に対応する行と、ラマンスペクトルから読み取られるラマンシフトνRの値に対応する列とが交差する枠に示されている温度が、半導体発光層１２５の温度となる。Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３，Ｔ１４，・・・，Ｔxyは、半導体発光層１２５の温度の値であり、図５〜図７に示す（式２）〜（式４）から算出されるものである。例えば、ｌｏｇ（ＩAS／ＩS）がＣ３、ラマンシフトνRがνR４であった場合であって、図５に示す（式２）を用いる場合を例にとって説明すると、（式２）におけるＴにＴ34、ｈνRにｈνR４、ｌｏｇ（ＩAS／ＩS）にＣ３をそれぞれ代入した関係式であるＴ34＝−（ｈνR４／（ｋ×Ｃ３））を充足する。
【００７０】
＜温度測定結果＞
ラマン分光分析に基づいて半導体発光層１２５の温度測定を行った結果について説明する。測定条件について、レーザ光源としては、ネオジムＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２［ｎｍ］、パルスエネルギー０．１［ｍＪ］）を用いた。パルスレーザの繰り返し周波数は約１０［Ｈｚ］である。半導体発光層１２５に対して、入射角４５［°］でレーザ光を照射した。ＬＥＤ１２の上面に垂直な方向に発せられたラマン散乱光を、差分散型３回折格子分光器を用いて分光した。分光後のストークス光およびアンチストークス光は、ゲート付ＩＣＣＤカメラ（ゲート幅１０［ｎｓ］）により検出した。
【００７１】
図１０は、ラマン分光分析に基づく半導体発光層１２５の温度測定結果を示すラマンスペクトルである。図１０は、励起波長に対し長波長側であるストークス光のスペクトルであり、横軸は波長を示しており、縦軸はラマン強度［ａｒｂｉｔｒａｒｙ  ｕｎｉｔｓ］を示している。横軸の波長は、右方へ行くほど波長が短い。実線は、半導体発光層１２５が発光している状態において測定したラマンスペクトルを示しており、破線は、半導体発光層１２５が非発光の状態において測定したラマンスペクトルを示している。図１０に示すように、半導体発光層１２５の発光による温度上昇に基づいて波長シフトしたラマンスペクトルを検出することができた。
【００７２】
図１０に示しているように、半導体発光層１２５の温度上昇によるラマンスペクトルのシフト量は６０［ｐｍ］（＝０．０６［ｎｍ］）であった。このシフト量と図５に示す（式２）に基づき、半導体発光層１２５の温度を算出すると、約１６０［℃］であった。一方、結晶成長用基板１２１における主面１２１ａとは異なるもう一方の主面（結晶成長用基板１２１の背面）に設置した熱電対で温度を測定したところ、半導体発光層１２５が発光している状態では約８８［℃］、非発光の状態では約２５［℃］であった。
【００７３】
本実施形態に係る温度測定方法においては、半導体発光層１２５から発せられる散乱光のラマン分光分析に基づき温度を測定しているため、より正確な半導体発光層１２５の温度を測定することが可能である。また、パルスレーザ光を利用するため、強い外乱光存在下でも温度測定可能である。さらに、長波長レーザ光を利用するため、蛍光体膜を有する発光モジュール１０の温度測定も可能である。長波長のレーザ光は分光器で分解しやすいため、より高精度の温度測定が可能になる。短波長のレーザ光は光強度が強いため、レーザ光のスポット径を大きくしたい場合に適している。
【００７４】
また、本実施形態に係る温度測定方法は、半導体発光層１２５以外の層の温度を測定することも可能である。また、バンドギャップの異なる各層から発せられるラマン散乱光はそれぞれ波長が異なるため、目的の層の温度をピンポイントで測定することが可能である。目的の層は積層体の最上層であっても最下層であってもそれらの中間の層であっても構わない。また、積層体に透明の層が存在していたとしても、仮に全ての層が透明であったとしても、透明の層を含めたどの層の温度も測定することができる。ＬＥＤや半導体パワーデバイス等の半導体では、集積化、大電流化に伴って、接合部での温度上昇に起因する効率、寿命、安定動作の低下が問題とされており、動作中の半導体の接合部の温度を正確に測定できる方法が必要とされている。本実施形態に係る温度測定方法は、動作中の半導体の接合部の温度も正確に測定することが可能である。
【００７５】
また、本実施形態に係る温度測定方法は、パルスレーザ光を利用してラマン分光分析に基づき温度を測定するため、リモート計測が可能である。したがって、ＬＥＤ１２がグローブ３０に覆われているＬＥＤランプ１であっても、ＬＥＤ１２の温度をリモート測定することができる。また、例えばＬＥＤサーチライトのような点灯中に非常に高温になるモジュールであっても、正確且つ安全に温度測定をすることができる。このようにリモート測定が可能である点において、検出部を測定対象物に接触または近接させる必要がある方法（熱電対や放射温度計を利用する方法、低コヒーレンス光干渉法、顕微ラマン法等）に比べて優位である。
【００７６】
［第１の実施形態のまとめ］
以上説明したように、本発明の一態様である第１の実施形態に係る温度測定方法は、以下の特徴を有する。つまり、基板（結晶成長用基板）１２１の主面１２１ａに半導体発光層１２５が形成されてなる半導体発光素子（ＬＥＤ１２）の温度測定方法である。また、半導体発光素子に対し、半導体発光素子に含まれる層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光を照射する工程を含む。さらに、レーザ光Ｌ１の照射により半導体発光素子から発せられる散乱光Ｌ２のラマン分光分析に基づき、半導体発光素子の温度を測定する工程を含む。
【００７７】
加えて、本発明の一態様である第１の実施形態に係る温度測定装置１０００は、以下の特徴を有する。すなわち、基板（結晶成長用基板）１２１の主面１２１ａに半導体発光層１２５が形成されてなる半導体発光素子（ＬＥＤ１２）の温度測定装置１０００である。また、半導体発光素子に対し、半導体発光素子に含まれる層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光Ｌ１を照射するレーザ光Ｌ１照射部１００を有する。そして、レーザ光Ｌ１の照射により半導体発光素子から発せられる散乱光Ｌ２に含まれるラマン散乱光Ｌ３に基づき、半導体発光素子の温度を測定するラマン分光分析部２００を有する。
【００７８】
≪第２の実施形態≫
第１の実施形態においては、モジュール基板１１（図１）とＬＥＤ１２とからなる発光モジュール１０を例に挙げて説明したが、本発明の一態様である温度測定方法の測定対象物は、発光モジュール１０に限定されない。本発明の一態様である温度測定方法により温度測定可能な発光モジュールの他の例について説明する。
【００７９】
図１１は、発光モジュール１０Ａの断面図である。発光モジュール１０Ａは、発光モジュール１０に係るモジュール基板１１、ＬＥＤ１２に加え、さらに封止体１３を備える。本実施形態に係るＬＥＤ１２は、例えば窒化ガリウム系（ＧａＮ系）の青色発光するＬＥＤである。なお、図１１においては、ＬＥＤ１２の構成を簡略化して図示している。封止体１３は、ＬＥＤ１２における主出射方向側を被覆するように、モジュール基板１１上に設けられた透光性の部材である。封止体１３には、半導体発光層１２５の出射光により励起される波長変換物質１４が分散されている。封止体１３を構成する透光性材料としては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッソ樹脂、シリコーン・エポキシのハイブリッド樹脂、ユリア樹脂等を利用することができる。また、波長変換物質１４は、ＬＥＤ１２から出射された青色光を黄色光に変換するためのものであり、例えば黄色蛍光体粒子を利用することができる。
【００８０】
上述したように、封止体１３には波長変換物質１４が分散されている。ここで、図９は、封止体１３に波長変換物質１４としての蛍光体粒子を分散させて作製した蛍光体膜の光透過特性を示す図である。横軸は波長［ｎｍ］であり、右方へ行くほど波長が長い。一方縦軸は分光透過率［％］である。図９に示すように、分光透過率は４５５［ｎｍ］付近で最小となる。例えば、図９に示す光透過特性を有する蛍光体膜に対して４５５［ｎｍ］付近の波長のレーザ光Ｌ１を照射した場合、光吸収が起こる。そのため、この蛍光体膜の場合は、光吸収のない、５５０［ｎｍ］以上の波長のレーザ光Ｌ１を照射することが望ましい。
【００８１】
これにより、波長変換物質１４がレーザ光Ｌ１を吸収しにくくなるため、レーザ光Ｌ１の照射による波長変換物質１４の蛍光発光を抑制することができる。レイリー散乱光と波長変換物質１４からの蛍光発光との重畳が低減される結果、散乱光Ｌ２からラマン散乱光Ｌ３を分光する際の外乱光の重畳が低減され、ラマン散乱光Ｌ３の測定精度を向上させることができる。これに加え、レーザ光Ｌ１の照射により波長変換物質１４の温度も上昇しないので、半導体発光層１２５の温度をより正確に測定することが可能である。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＬＥＤ１２が封止体１３で被覆されている構成であっても、比較的正確にＬＥＤ１２の温度をリモート測定することができる。
≪第３の実施形態≫
第１の実施形態においては、発光モジュール１０（図１）におけるＬＥＤ１２、特に半導体発光層１２５の温度を測定する例について説明したが、これに限定されない。本実施形態では、発光モジュール１０のうちモジュール基板１１の温度を間接的に推測する方法について説明する。
【００８３】
図１２は、発光モジュール１０の断面図である。図１２に示す発光モジュール１０は第１の実施形態で説明したものと同様の構成であるが、図１１と同様にＬＥＤ１２の構成を簡略化して図示している。本実施形態に係る方法は、レーザ光照射工程および温度測定工程において半導体発光層１２５における結晶成長用基板１２１との界面１２５ａ付近の温度を測定する。さらに、界面１２５ａ付近における半導体発光層１２５の温度に基づき、モジュール基板１１の温度を推測する工程を含む。
【００８４】
まず、レーザ光照射工程において、半導体発光層１２５の界面１２５ａ付近にレーザ光Ｌ１（図４）を照射する。そして、温度測定工程においてレーザ光Ｌ１の照射により発せされるラマン散乱光のラマン分光分析を行うことで、半導体発光層１２５の界面１２５ａ付近の温度を測定することが可能である。モジュール基板１１の温度を推測する工程では、温度測定工程で測定した界面１２５ａ付近の温度と、結晶成長用基板１２１の熱伝導率等に基づいて、モジュール基板１１の温度を推測する。
【００８５】
半導体発光層１２５の界面１２５ａとモジュール基板１１との間には結晶成長用基板１２１が介在している。しかしながら、半導体発光層１２５におけるモジュール基板１１に比較的近接している領域の温度を測定することで、比較的正確にモジュール基板１１の温度を推測することが可能である。本実施形態に係る方法は、レーザ光照射によりモジュール基板１１がラマン散乱光を発しない場合、および発する場合の両方に適用することが可能であるが、モジュール基板１１がレーザ光照射によりラマン散乱光を発しない材料で構成されている場合や、ラマン散乱光を発する材料で構成されているが、その強度が非常に弱い場合に特に有効である。
【００８６】
温度測定装置１０００が温度を推測する場合は、例えば、結晶成長用基板１２１の熱伝導率等から導かれる結晶成長用基板１２１の温度と半導体発光層１２５の界面１２５ａ付近の温度との関係式に基づき、モジュール基板１１の温度を推測することができる。
≪第４の実施形態≫
上記第１および第３の実施形態においては、主に、１つのＬＥＤにおける半導体発光層の温度を測定することについて説明したが、これに限定されない。本実施形態では、複数のＬＥＤにおける半導体発光層の温度を測定することで、モジュール基板の主面にＬＥＤが複数配置されてなる発光モジュールの温度分布を推測する方法について説明する。以下、第３の実施形態で用いた図１２に基づき説明する。
【００８７】
図１２に示す発光モジュール１０は、モジュール基板１１の主面１１ａにＬＥＤ１２が複数配置されてなるものである。本実施形態に係る方法は、レーザ光照射工程および温度測定工程において複数の半導体発光層１２５のうちの少なくとも２以上の温度を測定する。さらに、温度測定工程で測定した各半導体発光層１２５の温度に基づき、発光モジュール１０の温度分布を推測する工程を行う。
【００８８】
レーザ光照射工程および温度測定工程では、２以上の半導体発光層１２５に対し順次レーザ光Ｌ１（図４）を照射し、各半導体発光層１２５の温度を順に測定していく。温度測定工程で測定した各半導体発光層１２５の温度をマッピングすることで、複数のＬＥＤ１２の温度分布を推測することができる。
上述したように、ＬＥＤが過度に発熱するとＬＥＤの発光効率低下やＬＥＤの寿命低下のおそれが生じる。発光モジュール１０の温度分布を知ることで、複数のＬＥＤの発光効率や寿命を均一化できるＬＥＤの配列方法の研究開発等に活用することが可能である。
【００８９】
発光モジュール１０の温度分布の例として、複数のＬＥＤ１２の温度分布を例にあげて説明したが、これに限定されない。例えば、複数の半導体発光層１２５における結晶成長用基板１２１との界面１２５ａ付近の温度を測定することで、モジュール基板１１の温度分布を推測することともしてもよい。モジュール基板１１の温度分布を推測することで、例えば、モジュール基板１１のＬＥＤ１２の発熱による変形、撓み等の影響を検討すること等に活用することができる。また、発光モジュール１０の各構成要素の温度を測定することで、発光モジュール１０全体としての温度分布を推測することとしてもよい。例えば、発光モジュール１０全体の温度分布を、ＬＥＤ１２からの発熱を効率良く外部に放熱できる放熱構造の検討等に用いることも可能である。
【００９０】
≪第５の実施形態≫
以上、ストークス光とアンチストークス光の光強度比の測定を基に、各実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。本実施形態では、ストークス光またはアンチストークス光の振動数（波長）とそのラマン散乱光の形状、とくにラマン散乱光の半値全幅の測定により温度測定を行う方法および温度測定装置について説明する。
【００９１】
図１３は、第５の実施形態に係る温度測定装置３０００の構成を示す模式図である。第１から第４の実施形態と同じ構成については、同符号を付し、説明を省略する。
本実施形態に係る測定装置３０００は、発光モジュール１０の温度を測定する装置である。本実施形態においては、ラマン散乱光の波長や形状を測定することで、発光モジュール１０を構成する各構成のうち、半導体発光層１２５の温度を測定する例について説明する。温度測定装置３０００は、レーザ光照射部３１０、ラマン分光分析部３２０等を有する。なお、符号「３０１」で示すものは制御用パーソナルコンピュータ（ＰＣ）である。ユーザが制御用ＰＣ３０１を操作することで、制御用ＰＣ３０１を介して、ユーザからの指示がレーザ光照射部３１０およびラマン分光分析部３２０に送られる。
【００９２】
＜レーザ光照射部３１０＞
レーザ光照射部３１０は、半導体発光層１２５（図２）に対し、半導体発光層１２５のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光を照射する。本実施形態では、第１〜第４の実施形態に記述したとおり、発光層１２３のバンドギャップを２．９［ｅＶ］とした場合は、このバンドギャップのエネルギーに相当する波長は４２８［ｎｍ］である。そのため、本実施形態では、一例として、ネオジムＹＡＧレーザ（Ｎｅｏｄｙｍ−ＹＡＧ  Ｌａｓｅｒ：波長１０６４［ｎｍ］）のＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：第２高調波）３１２である、波長５３２［ｎｍ］で励起されたパルス色素レーザ３１３（波長６３２．８［ｎｍ］、エネルギー０．１２［ｍＪ］、パルス幅１０［ｎｓ］、繰り返し１０［Ｈｚ］）を用いる。
【００９３】
さらに、レーザ光Ｌ１は、レーザラインフィルタ３１４を通すことにより、色素レーザに含まれる自然放出増幅光（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：以下ＡＳＥ）の影響を小さくすることができる。レーザラインフィルタ３１４を設ける場合と設けない場合のＡＳＥに起因する迷光について本発明者が検証したところ、レーザラインフィルタ３１４を設ける場合には、これを設けない場合と比較して、ＡＳＥに起因する迷光を１０-3に低下させることができることが分かった。また、波長を６３２．８［ｎｍ］に設定する利点としては、例えば、種々の高性能レーザ部品が比較的容易に入手可能である点等が挙げられる。
【００９４】
＜ラマン分光分析部３２０＞
ラマン分光分析部３２０は、レーザ光照射により半導体発光層１２５から発せられる散乱光に含まれるラマン散乱光に基づき、半導体発光層１２５の温度を測定する。レーザ光Ｌ１は、例えば、半導体発光層１２５に対して入射角度２２［度］で入射させる。ラマン分光分析部３２０は、偏光フィルタ３２１、レーザ光調節用レンズ３２２、散乱光集光レンズ３２３、散乱光伝送用レンズ３２４、レイリー散乱光および迷光除去用エッジフィルタ３２５、および分光器用ラマン散乱光集光レンズ３２６を有する。さらに、ラマン分光分析部３２０は、分光器３２７、検出器３２８も有する。
【００９５】
＜偏光フィルタ３２１、散乱光集光レンズ３２３、散乱光伝送用レンズ３２４、レイリー散乱光および迷光除去用エッジフィルタ３２５、分光器用ラマン散乱光集光レンズ３２６＞
偏光フィルタ３２１は迷光を低減するためである。散乱光集光レンズ３２３は、焦点距離１００［ｍｍ］の両凸レンズであり、エッジフィルタが平行光の入射であることから、散乱光伝送用レンズ３２４に平凹レンズを用いてコリメートした。平凹レンズは、焦点距離ｆが−３５［ｍｍ］のものを用いた。レイリー散乱光および迷光除去用エッジフィルタ３２５は、レイリー散乱光（６３２．８［ｎｍ］）を除去するために用いた。本発明者は、波長６３２．８［ｎｍ］において、レイリー散乱光および迷光除去用エッジフィルタ３２５を設けることで、１０-7ほど信号強度が弱まることを確認している。波長６３９［ｎｍ］付近以降からは透過率は９０［％］の透過率となった。レーザ光Ｌ２が６３２．８［ｎｍ］におけるＧａＮ系の半導体発光層１２５であれば、ＧａＮのＥ2モードのラマン散乱光の波長６５６［ｎｍ］付近なので、レイリー散乱光および迷光除去用エッジフィルタ３２５を用いることでレイリー散乱光を除去できる。分光器用ラマン散乱光集光レンズ３２６は、分光器３２７に入射させるために用いており、焦点距離ｆが１５０［ｍｍ］である平凸レンズを用いた。
【００９６】
＜分光器３２７、検出器３２８＞
分光器３２７としては、例えば、回折格子が刻線本数１８００［本／ｍｍ］の反射型回折格子を用いることができる。検出器３２８としては、例えば、浜松ホトニクス社製  Ｒ１３３３や、ゲート機能付きＩＣＣＤカメラ等を用いることができる。
レーザ光Ｌ１を半導体発光層１２５に照射し、レーザ入射に対して後方１５８［°］（モジュール表面と垂直）方向からの散乱光Ｌ２を、散乱光集光レンズ３２３で集光する。さらに、コリメート用の散乱光伝送用レンズ３２４で平行光をつくり、レイリー散乱光および迷光除去用エッジフィルタ３２５により、レイリー散乱光を除去する。当該除去後の光を分光器用ラマン散乱光集光レンズ３２６で集光し分光器３２７に入射させ、光強度を検出器３２８で検出する。また、分光器３２７を使うことで、散乱光のピーク波長や、散乱光の形状を求めることができる。
【００９７】
＜温度測定結果＞
図１３に示す温度測定装置３０００に基づいて半導体発光層１２５の温度測定を行った結果について説明する。測定条件について、レーザ光源としては、ネオジムＹＡＧレーザの第２高調波励起による色素レーザ（波長６３２．８［ｎｍ］、エネルギー０．１２［ｍＪ］、パルス幅１０［ｎｓ］、繰り返し１０［Ｈｚ］）であった。半導体発光層１２５に対して、入射角２２［°］でレーザ光を照射した。ＬＥＤ１２の上面に垂直な方向に発せられたラマン散乱光を、反射型回折格子を用いて分光した。分光後のストークス光もしくはアンチストークス光の波長の付近を中心波長とする分光器で波長をスキャンして、ラマン散乱光のピーク波長またはラマン散乱光の形状を検出器３２８で求めた。ゲート付ＩＣＣＤカメラ（ゲート幅１０［ｎｓ］）により検出した。
【００９８】
図１４は、ラマン分光分析に基づく半導体発光層１２５の温度測定結果を示すラマンスペクトルである。図１４は励起波長に対し長波長側であるストークス光のスペクトルであり、横軸は波長を示しており、縦軸はラマン強度［ａｒｂｉｔｒａｒｙ  ｕｎｉｔｓ］を示している。横軸の波長は、右方へ行くほど波長が短い。実線は、半導体発光層１２５が発光している状態において測定したラマンスペクトルを示しており、破線は、半導体発光層１２５が非発光の状態において測定したラマンスペクトルを示している。図１４に示すように、半導体発光層１２５の発光による温度上昇に基づいて波長シフトしたラマンスペクトルを検出することができた。
【００９９】
また、図１４に示しているように、半導体発光層１２５の温度上昇によるラマンスペクトルのシフト量は１１０［ｐｍ］（＝０．１１［ｎｍ］）であった。このシフト量と図６に示す（式３）に基づき、半導体発光層１２５の温度を算出すると、約１８０［℃］であった。一方、結晶成長用基板１２１における主面１２１ａとは異なるもう一方の主面（結晶成長用基板１２１の背面）に設置した熱電対で温度を測定したところ、半導体発光層１２５が発光している状態では約１５０［℃］、非発光の状態では約２０［℃］であった。
【０１００】
また、図１１で示すように、発光モジュール１０ＡのようにＬＥＤ１２上に封止体１３、波長変換物質１４で覆われたものであっても、波長変換物質１４が吸収する波長より長いレーザ波長を用いたので、ラマンスペクトルを検出でき、温度測定ができた。
さらに、温度測定装置３０００を用いて、分光器３２７の検出波長を変化させて、ラマン散乱光のスペクトルの形状を測定した場合においても、図７で示す（式４）を用いて、ラマン散乱光の形状からの温度測定を実施し、上記と同様の結果を得ることができた。
【０１０１】
≪第６の実施形態≫
以上、完成品である積層体の温度を測定する実施形態について説明したが、本発明は製造中の半製品の温度の測定にも利用できる。例えば、薄膜形成やエッチング処理等のプラズマプロセシング工程において、プラズマプロセシング中の半製品の温度を測定する場合にも利用できる。本実施形態では、プラズマ化学気相成長法による成膜中のＬＥＤ１２の半製品の温度測定を行う方法について説明する。
【０１０２】
ＧａＮデバイスやＳｉＣデバイスを作製する際のプラズマプロセシングにおいて、基板の表面温度は最重要パラメータであるが、表面温度を直接測定できる有効な方法は確立されていない。そのため、熱電対や放射温度計を用いて測定した基板の温度や、Ｓｉ−ＡｕやＳｉ−Ａｌ等の共晶温度に基づき外挿法で算出した基板の温度が、表面温度の代わりとしてプラズマプロセシングの条件設定の指標とされている。しかしながら、直接測定した真の基板温度を指標とすることが好ましい。
【０１０３】
本実施形態に係る温度測定方法は、半製品に対しパルスレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、半製品の温度を測定する温度測定工程とを含む。
レーザ光照射工程では、プラズマ化学気相成長法による成膜中に、半製品に対し、当該半製品に含まれる層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のパルスレーザ光を照射する。温度測定工程では、パルスレーザ光の照射により半製品から発せられる散乱光のラマン分光分析に基づき、半製品の温度を測定する。
【０１０４】
最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のパルスレーザ光を照射するため、強いプラズマ放射光の影響を受けずに直接表面温度を測定することができる。また、パルスレーザ光を利用してラマン分光分析に基づき温度を測定するため、リモート計測が可能である。そのため、基板の表面温度や、当該基板上の各層の温度や、各層間の接合部の温度を、プラズマプロセシング中に真空容器の外部から測定することができる。
【０１０５】
パルスレーザ光の波長域はプラズマ光のピーク波長と重ならないことが好ましい。そうすれば、レイリー散乱光とプラズマ光との重畳が低減されるため、ラマン散乱光の測定精度をさらに向上させることができる。
≪第７の実施形態≫
上記第４の実施形態においては、複数の半導体発光層１２５の温度を測定して発光モジュール１０の温度分布を推測する方法について説明したが、複数の半導体発光層１２５の温度は、それぞれ個別に測定してもよいし、複数同時に測定してもよい。
【０１０６】
図１５は、複数の半導体発光層１２５の温度を１箇所ずつ個別に測定する場合を説明するための模式図であって、（ａ）は測定の手順を示す平面模式図、（ｂ）は測定領域を示す平面模式図である。
例えば、モジュール基板１１上に２５個のＬＥＤ１２が行列状に配置されていた場合、第４の実施形態の温度測定方法では、各ＬＥＤ１２に対応する各領域に順次レーザ光をスポット的に照射する。そして、各領域から発せられるラマン散乱光からストークス光Ｌ４およびアンチストークス光Ｌ５を検出して各領域の温度を算出する。具体的には、図１５（ａ）に示すように、まず領域Ｐ１の温度を測定して、次に領域Ｐ１の隣の領域Ｐ２の温度を測定して、その後も順次領域Ｐ２５迄の各領域の温度を測定する。そうすることによって、図１５（ｂ）に示すように、モジュール基板１１上に行列状に配置された各ＬＥＤ１２に対応する２５個の領域Ｐの温度を得ることができる。そして、得られた結果から、発光モジュール１０の温度分布を推測することができる。なお、ラマン散乱光をＩＣＣＤカメラで検出する場合、各領域ごとの画像に基づいて各領域ごと個別に温度を算出してもよいし、各領域の画像を１つに合成してなる画像から各領域の温度を一度に算出してもよい。
【０１０７】
しかしながら、この方法では、領域Ｐ１を測定するタイミングと、領域Ｐ２５を測定するタイミングとの間に時間差が生じる。このような時間差は、ＬＥＤ１２の温度が経時的に変化する場合に、測定誤差を生じさせる。例えば、発光モジュール１０を点灯させた直後のモジュール基板１１の温度は刻々と上昇する。そのため、仮に領域Ｐ１の測定時に領域Ｐ１と領域Ｐ２５の温度が同じであったとしても、領域Ｐ２５の測定時には領域Ｐ２５の温度は上がってしまっている。そうすると、領域Ｐ１と領域Ｐ２５の温度は同じであったはずなのに、領域Ｐ１の温度より領域Ｐ２５の温度の方が高くなるといった測定誤差が生じる。
【０１０８】
これに対して、第７の実施形態に係る温度測定方法では、半導体発光層１２５の温度を複数箇所同時に測定する二次元化測定であるため、測定誤差が生じ難い。
図１６は、複数の半導体発光層の温度を複数箇所同時に測定する場合を説明するための模式図であって、（ａ）は測定の手順を示す平面模式図、（ｂ）は測定領域を示す平面模式図である。
【０１０９】
第７の実施形態に係る温度測定方法では、、図１６（ａ）に示すように、レーザ光照射工程において、レーザ光を直線状にして線状の領域Ｌに照射する。線状のレーザ光を作る方法としては、レーザ光照射部１００から照射されたレーザ光を回折光学素子等を用いて線状光に変換する方法や、レーザ光をスリットに通して線状にする方法などが考えられる。
【０１１０】
さらに、その直線状のレーザ光を直線と直交する方向に走査させる。そして、図１６（ｂ）に示すように、温度測定工程では、直線状のレーザ光を走査させたことにより面状となった領域Ｓ内の各ＬＥＤ１２に対応する領域の温度を測定する。これにより、発光モジュール１０の温度分布を推測することができる。
この方法の場合は、線状の領域Ｌの温度を同時に測定することができるため、少なくとも線状の領域Ｌ内のＬＥＤ１２に関しては、時間差による測定誤差のない温度を測定することができる。レーザ光の走査開始時と走査終了時との間に時間差は生じてしまうが、スポット的に照射する場合よりも時間差を小さくすることができる。したがって、測定対象物の温度が経時的に変化する場合でも、測定誤差が生じ難い。
【０１１１】
なお、上記では線状のレーザ光の一例として直線状のレーザ光を照射する場合を例に挙げたが、曲線状や折れ線状等のレーザ光を照射してもよい。また、走査の一例として直線と直交する方向に走査する場合を例に挙げたが、必ずしも直交している必要はなく、交差するように走査させれば面状の領域Ｓを得ることができる。また、線状のレーザ光は必ずしも走査させる必要はなく、走査させずに単に線状にレーザ光を照射するだけでも、線状の領域Ｌ内の複数の領域の温度を同時に測定することができる。
【０１１２】
また、線状の領域Ｌおよび面状の領域Ｓについては、それら領域内の複数箇所の温度を多点同時にスポット的に測定してもよいが、それら領域内の全体の温度を測定してもよい。例えば、線状の領域Ｌおよび面状の領域Ｓから発せられるラマン散乱光をＩＣＣＤカメラで撮影すれば、線状の領域Ｌおよび面状の領域Ｓの領域内全体の温度を算出することができる。
【０１１３】
≪第８の実施形態≫
第８の実施形態に係る歪み測定方法および歪み測定装置について説明する。第８の実施形態に係る歪み測定方法では、第５の実施形態に係る温度測定装置３０００を用いて歪みを測定する。なお、第８の実施形態に係る歪み測定方法は、第５の実施形態に係る温度測定方法と共通点が多いため、共通点についての説明は省略または簡略し、相違点についてのみ重点的に説明する。また、以下では、第５の実施形態に係る温度測定装置３０００を、第８の実施形態に係る歪み測定装置３０００と称して説明する。
【０１１４】
以下、ラマン散乱光に基づく歪み算出方法について説明する。
・ラマン散乱光に基づく歪み算出方法
サファイアＣ面基板上にＧａＮのＣ面が成長された場合の歪み算出方法について述べる。Ｃ面成長のＧａＮは、サファイアとＧａＮとの格子定数の違いによりＧａＮ膜のＣ面内に２軸応力となる。このためａ軸の格子歪み量εとは、ａ軸格子定数の無歪み状態からのずれを表わしており、無歪み状態の格子定数をａ0、実際の格子定数をａとしたときに、ε＝（ａ−ａ0）／ａ0と表わされる。εの符号が負であることは、実際の格子定数ａが無歪み状態の格子定数ａ0よりも小さく、ＧａＮ層が圧縮歪みを受けていることを意味する。
【０１１５】
図１７は、ａ軸格子歪みとラマンシフト量との関係を示す図である。図１７に示すａ軸格子歪みとラマンシフト量との関係は、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８２（１９９７）５０９７に報告されている。図１８は、ラマン分光分析による歪み測定に用いる関係式を示す図である。公知の量子力学から導出される図１８の（式５）に基づいて、ラマン分光分析によって得られるＧａＮのＥ2hモードのラマンシフト量Ωを、ａ軸格子歪み量εに換算することができる。
【０１１６】
このように、ａ軸格子歪み量εはＥ2hモードラマンシフト量Ωにより決定される。
［歪み測定方法］
以下、第８の実施形態に係る歪み測定装置３０００を用いた歪み測定方法について、図１３を参照しながら説明する。本歪み測定方法は、半導体発光層１２５にレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、ラマン分光分析に基づき半導体発光層１２５の歪みを測定する歪み測定工程と、を含む。
【０１１７】
＜レーザ光照射工程＞
歪み測定方法のレーザ光照射工程は、第５の実施形態に係る歪み測定方法のレーザ光照射工程と同様の構成である。歪み測定方法のレーザ光照射工程では、半導体発光層１２５に対し、半導体発光層１２５のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光Ｌ１を照射する。本歪み測定方法は、半導体発光層１２５が発光している状態でも行うことが可能である。
【０１１８】
歪み測定方法を半導体発光層１２５が発光している状態で行う場合には、レーザ光Ｌ１の波長は、半導体発光層１２５における発光波長のピーク波長よりも長い波長であることが望ましい。レーザ光Ｌ１の波長が、半導体発光層１２５における発光波長域よりも長い波長であることがより望ましい。このようにすることで、レイリー散乱光の波長域（レーザ光Ｌ１と同波長域である。）と、半導体発光層１２５からの出射光の波長域との重なりが小さくなる。このため、レイリー散乱光と半導体発光層１２５からの出射光との重畳が低減される。すなわち、レイリー散乱光を含む散乱光Ｌ２からラマン散乱光Ｌ３を分光する際の外乱光の重畳が低減され、ラマン散乱光Ｌ３の測定精度を向上させることができる。
【０１１９】
＜歪み測定工程＞
歪み測定工程では、レーザ光Ｌ１の照射により半導体発光層１２５から発せられる散乱光Ｌ２のラマン分光分析に基づき、半導体発光層１２５の歪みを測定する。歪み測定工程は、第８の実施形態に係る歪み測定装置３０００を用いて、ラマン散乱光の光強度を検出器３２８で検出し、分光器３２７を使うことで、ラマン散乱光のピーク波長を求めることができる。図１８に示す（式５）に基づき、ラマン散乱光のピーク波長から半導体発光層１２５の歪みを測定する。
【０１２０】
本実施形態に係る歪み測定方法においては、半導体発光層１２５から発せられる散乱光のラマン分光分析に基づき歪みを測定しているため、より正確な半導体発光層１２５の歪みを測定することが可能である。また、パルスレーザ光を利用するため、強い外乱光存在下でも歪み測定可能である。さらに、長波長レーザ光を利用するため、蛍光体膜を有する発光モジュール１０の歪み測定も可能である。
【０１２１】
また、本実施形態に係る歪み測定方法は、半導体発光層１２５以外の層の歪みを測定することも可能である。また、バンドギャップの異なる各層から発せられるラマン散乱光はそれぞれ波長が異なるため、目的の層の歪みをピンポイントで測定することが可能である。また、積層体に透明の層が存在していたとしても、仮に全ての層が透明であったとしても、透明の層を含めたどの層の歪みも測定することができる。
【０１２２】
また、本実施形態に係る温度測定方法は、パルスレーザ光を利用してラマン分光分析に基づき温度を測定するため、リモート計測が可能である。したがって、ＬＥＤ１２がグローブ３０に覆われているＬＥＤランプ１であっても、ＬＥＤ１２の温度をリモート測定することができる。また、例えばＬＥＤサーチライトのような点灯中に非常に高温になるモジュールであっても、正確且つ安全に温度測定をすることができる。また、動作中のＬＥＤ１２の温度も正確に測定することが可能である。
【０１２３】
［第８の実施形態のまとめ］
以上説明したように、本発明の一態様である第８の実施形態に係る歪み測定方法は、以下の特徴を有する。つまり、基板（結晶成長用基板）１２１の主面１２１ａに半導体発光層１２５が形成されてなる半導体発光素子（ＬＥＤ１２）の歪み測定方法である。また、半導体発光素子に対し、半導体発光素子に含まれる層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光を照射する工程を含む。さらに、レーザ光Ｌ１の照射により半導体発光素子から発せられる散乱光Ｌ２のラマン分光分析に基づき、半導体発光素子の歪みを測定する工程を含む。
【０１２４】
加えて、本発明の一態様である第８の実施形態に係る歪み測定装置３０００は、以下の特徴を有する。すなわち、基板（結晶成長用基板）１２１の主面１２１ａに半導体発光層１２５が形成されてなる半導体発光素子（ＬＥＤ１２）の歪み測定装置３０００である。また、半導体発光素子に対し、半導体発光素子に含まれる層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光Ｌ１を照射するレーザ光Ｌ１照射部３１０を有する。そして、レーザ光Ｌ１の照射により半導体発光素子から発せられる散乱光Ｌ２に含まれるラマン散乱光に基づき、半導体発光素子の歪みを測定するラマン分光分析部３２０を有する。
【０１２５】
≪その他・変形例≫
以上、本発明の構成を各実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の各実施形態等に限られない。例えば、以下のような変形例等を挙げることができる。
（１）測定対象物から検出可能な程度の強度のラマン散乱光が発生し、かつ波数分解能を高くするためには、散乱光を発生させるために用いる光源は、安定な単波長の光を発し、光強度が強く、線幅が狭いことが望ましい。上記実施形態においては、これらの要件を満たすものとしてレーザ光を例に挙げて説明したが、光源はレーザ光に限定されない。温度測定対象を構成する材料に応じて、温度測定が可能な程度のラマン散乱光を発生させることが可能な光源を適宜選択し、用いることとしてもよい。
【０１２６】
また、上記３要件を満たすレーザ光源として、上記実施形態では固体レーザを例示したが、これに限定されない。例えば、液体レーザ、ガスレーザ、半導体レーザ（レーザダイオード）、自由電子レーザ、金属蒸気レーザ、化学レーザ等を用いることとしてもよい。
（２）上記実施形態では、半導体発光層を構成する各層のうち、最もバンドギャップの小さい層は発光層であるとして説明した。しかしながら、最もバンドギャップの小さい層は、半導体層を構成する材料によって変わり得るものであり、常に発光層が最もバンドギャップの小さい層であるとは限らない。
【０１２７】
（３）本発明の一態様に係る半導体発光素子の温度測定方法は、半導体発光層が発光している状態だけでなく、非発光の状態で行うこととしても良い。例えば、半導体発光素子の消灯直後に測定したり、発光時と非発光時の半導体発光素子の温度を測定し、両温度を比較したりすることとしてもよい。
（４）上記実施形態では、半導体素子のうち、特に半導体発光素子の温度を測定する方法等について説明したが、これに限定されない。本発明に係る温度測定方法は、レーザ光照射によりラマン散乱光を発する半導体層を有する半導体素子に広く適用することができる。
【０１２８】
基板の主面に半導体層が形成されてなる半導体素子の温度測定方法について簡単に説明すると、本方法はレーザ光を照射する工程と、半導体層の温度を測定する工程とを含む。レーザ光を照射する工程では、半導体素子に対し、半導体素子に含まれる層のうち、最もバンドギャップの小さい層のバンドギャップのエネルギーに相当する波長より長い波長のレーザ光を照射する。半導体層の温度を測定する工程では、レーザ光の照射により半導体素子から発せられる散乱光のラマン分光分析に基づき、半導体素子の温度を測定する。
【０１２９】
（５）上記実施形態では、ＬＥＤの例として窒化ガリウム系のＬＥＤを例にあげて説明したが、これに限定されない。他の種のＬＥＤとしては、例えば、アルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）系、ガリウムヒ素リン（ＧａＡｓＰ）系、リン化ガリウム（ＧａＰ）系、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）系、酸化亜鉛（ＺｎＯ）系、アルミニウムインジウムガリウムリン（ＡｌＧａＩｎＰ）系、ダイヤモンド（Ｃ）系、炭化シリコン（ＳｉＣ）系等のＬＥＤが挙げられる。
【０１３０】
（６）上記実施形態では、半導体発光素子として青色ＬＥＤを用いるとともに、波長変換物質として黄色蛍光体粒子を用いることで白色光を得ることとしたが、本発明はこれに限定されない。波長変換物質は、緑色蛍光体粒子と赤色蛍光体粒子との組み合わせであってもよい。また、ＬＥＤの発光色を紫外線光とし、波長変換物質として、赤色蛍光体粒子、緑色蛍光体粒子および青色蛍光体粒子の３種類を用いることとしてもよい。さらに、赤色発光、緑色発光、青色発光の３種類のＬＥＤを用いて、混色させて白色光としてもよい。加えて、発光色は白色に限定されるものでなく、その他の光色であってもよい。
【０１３１】
（７）測定対象物の一例として、図１に示すＬＥＤランプを説明したが、本発明の測定対象物は図１に示したような電球型のＬＥＤランプに限定されない。また、ラマン散乱光を測定する光源としてＬＥＤを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、ＬＥＤのほか、ＬＤ（レーザダイオード）やＥＬ素子（エレクトリックルミネッセンス素子）等の半導体発光素子およびこれを光源として有する発光モジュールの温度測定に広く適用することが可能である。
【０１３２】
（８）上記実施形態では、波長変換物質を封止体の内部に分散させることとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、グローブの内部に分散させたり、グローブの内面に配置させたり、封止体の外面に配置させたりすることとしてもよい。波長変換物質を封止体の外面に配置する場合には、半導体発光層に照射するレーザ光の波長は、封止体および波長変換物質における吸収帯域外の波長とすることが望ましい。
【０１３３】
（９）図１に示すＬＥＤランプでは、複数の半導体発光素子全てを封止体により一括で封止する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、１つの半導体発光素子を１つの封止体により封止することとしてもよいし、行列状に配列された複数の半導体発光素子のうちの一行または一列全ての半導体発光素子を１つの封止体により封止することとしてもよい。
【０１３４】
（１０）本発明に係る温度測定方法および温度測定装置は、ＬＥＤ等の半導体発光素子の温度測定に利用できるだけでなく、バンドギャップの異なる複数の層を備える積層体の温度測定に広く利用できる。さらに、積層体に限らず、単層体を含む様々な物体の温度測定に利用可能である。
積層体としては、例えば、ダイオード、トランジスタ、サイリスタ等の半導体素子や、透明導電性フィルム、ガスバリアフィルム等の多層シートや、非水電解質二次電池等の二次電池等が挙げられる。これら半導体素子等が動作中であっても、それらの各部位の温度や所定領域の温度分布を正確に測定可能である。
【０１３５】
ダイオードとしては、ＬＥＤ以外に、電源整流用ダイオード、定電圧ダイオード（ツェナーダイオード）、可変容量ダイオード、ＰＩＮダイオード、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）、レーザダイオード、フォトダイオード、太陽電池、サージ保護用ダイオード、ダイアック、バリスタ、エサキダイオード（トンネルダイオード）等が挙げられる。トランジスタとしては、バイポーラトランジスタ、ダーリントントランジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、ユニジャンクショントランジスタ（ＵＪＴ）、フォトトランジスタ、ＳＩトランジスタ（静電誘導トランジスタ）、ＣＣＤイメージセンサ（固体撮像素子）等が挙げられる。サイリスタとしては、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）、トライアック（ＴＲＩＡＣ）、光トリガサイリスタ（ＬＴＴ）、ＳＩサイリスタ（静電誘導サイリスタ）等が挙げられる。
【０１３６】
また、本発明に係る歪み測定方法および歪み測定装置は、ＬＥＤ等の半導体発光素子の歪み測定に利用できるだけでなく、バンドギャップの異なる複数の層を備える積層体の歪み測定に広く利用できる。
（１１）上記の実施形態で使用している、材料、数値等は好ましい例を例示しているだけであり、この形態に限定されることはない。また、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。また、他の実施形態との組み合わせは、矛盾が生じない範囲で可能である。さらに、各図面における部材の縮尺は実際のものとは異なる。なお、数値範囲を示す際に用いる符号「〜」は、その両端の数値を含む。
【符号の説明】
【０１３７】
１  ＬＥＤランプ
１０、１０Ａ  発光モジュール
１１  モジュール基板
１１ａ  主面
１２  ＬＥＤ（半導体発光素子、半導体素子）
１２１  結晶成長用基板
１２１ａ  主面
１２２  ｎ型半導体層
１２３  発光層
１２４  ｐ型半導体層
１２５  半導体発光層
１２５ａ  界面
１２６  ｎ側電極パッド
１２７  ｐ側透明電極
１２８  ｐ側電極パッド
１２９  保護膜
１３  封止体
１４  波長変換物質
２０  基台
３０  グローブ
４０  回路ユニット
５０  回路ホルダ
６０  内筐体
７０  口金
８０  外筐体
１００  レーザ光照射部
２００，２２００  ラマン分光分析部
２０１  レーザ光調節用レンズ部
２０２  レーザ光伝送用ミラー部
２０３  散乱光集光レンズ部
２０４  散乱光伝送用ミラー部
２０５  レイリー散乱光除去部
２０６  ラマン散乱光分離用ミラー部
２０７  第１のラマン散乱光選択部
２０８  第１のラマン散乱光集光レンズ部
２０９  第１検出部
２１０  第２のラマン散乱光選択部
２１１  第２のラマン散乱光集光レンズ部
２１２  第２検出部
２１３，２２１３  演算部
３０１  制御用ＰＣ
３１０  レーザ光照射部
３１１  パルス発生器
３１２  Ｎｄ−ＹＡＧレーザ
３１３  色素レーザ
３１４  レーザラインフィルタ
３２０  ラマン分光分析部
３２１  偏光フィルタ
３２２  レーザ光集光レンズ
３２３  散乱光集光レンズ
３２４  散乱光伝送用レンズ
３２５  レイリー散乱光除去用エッジフィルタ
３２６  分光器用ラマン散乱光集光レンズ
３２７  分光器
３２８  検出器
３３０  試料台
１０００  温度測定装置
３０００  温度測定装置（歪み測定装置）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2015187598.tif 000015
【図１４】
2015187598.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2015187598.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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