(57)【要約】  固体発光素子と、当該固体発光素子が放つ一次光をより長波長の光に変換する波長変換体とを備え、前記波長変換体は、ガーネット結晶構造を有する蛍光体を含んだ透光性の波長変換層を備える無機成形体であり、前記蛍光体は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｌｕから選ばれる少なくとも一つの元素を含んでなる構成元素群を含み、前記構成元素群の一部がＣｅ３＋で置換されており、その置換量が前記構成元素群に対して１原子％以下である構成とすることで、高出力と高信頼性を兼ね備え、オーソドックスな実用技術の応用で製造でき、点光源用として適した半導体発光装置とする。【選択図】図１２
2011519149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体発光素子と、当該固体発光素子が放つ一次光をより長波長の光に変換する波長変換体とを備え、
前記波長変換体は、ガーネット結晶構造を有する蛍光体を含んだ透光性の波長変換層を備える無機成形体であり、
前記蛍光体は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｌｕから選ばれる少なくとも一つの元素を含んでなる構成元素群を含み、前記構成元素群の一部がＣｅ３＋で置換されており、その置換量が前記構成元素群に対して０．０１原子％以上１原子％以下である
ことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記構成元素群に対するＣｅ３＋の置換量が０．５原子％以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記一次光は４４０〜４７０ｎｍに発光ピークを持ち、前記構成元素群に対するＧｄ３＋の置換量は０〜５０ａｔ％であり、かつ、相関色温度が２８００〜６７００Ｋの範囲の白色系光を放つことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記ガーネット結晶構造を構成する前記構成元素群の主体はＹとＧｄであることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記波長変換層は、厚みが１０μｍ以上６００μｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記波長変換層は、波長４５０ｎｍの青色光励起下における室温条件下での絶対内部量子効率が８５％以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記波長変換体は、透光性の接着物質を介して、前記固体発光素子の主光取り出し面上に密着形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記波長変換層は、その外郭が前記固体発光素子の上面の外郭又は主光取り出し面の外郭に沿うよう形成されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記固体発光素子は、上面又は上下面に対をなす給電電極を備え、前記主光取り出し面の対向面となる底面全体が放熱部材と密着するよう実装されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記波長変換層は、前記給電電極を避けながら前記主光取り出し面の全面を覆うように形成されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
前記波長変換層は、多角形の外郭の少なくとも一つの角に、少なくとも一つの切り込み又は削り込みを有することを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光装置。
【請求項１２】
前記波長変換体は、前記一次光を波長変換する波長変換層と、前記波長変換層を支持し、前記一次光を波長変換しない透光性被着基体とからなり、前記透光性被着基体は、前記波長変換層よりも体積が大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項１３】
前記透光性被着基体は、対をなす被着層からなり、それら被着層で前記波長変換層を挟み込んでいることを特徴とする請求項１２に記載の半導体発光装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の半導体発光装置を用いて構成したことを特徴とする光源装置。
【請求項１５】
前記波長変換体が板状であることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクション光源や車載前照灯などの点光源に利用される半導体発光装置とこれを用いた光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記半導体発光装置の一例として、固体発光素子と、当該固体発光素子が放つ一次光をより長波長の光に変換する波長変換体とを備えた白色ＬＥＤがある。このような白色ＬＥＤでは、固体発光素子として、例えば、ＩｎＧａＮ系の化合物半導体を発光層とする発光ダイオード（以下、「ＬＥＤチップ」、又は、単に「チップ」と記述する。）が多用されている。また、波長変換体として、例えば、透光性樹脂中に粉末状の蛍光体（蛍光体粒子群）を分散させた構造の樹脂蛍光膜が採用されている。
【０００３】
近年、半導体発光装置の高出力化の要望が高まっている。しかしながら、半導体発光装置の高出力化によってＬＥＤチップが放つ蛍光体励起光の光出力が増すと、蛍光体の波長変換に伴うエネルギー損失（ストークスロス）によって熱が発生し、当該熱が樹脂蛍光膜に蓄積されて当該樹脂蛍光膜の温度上昇を引き起こし、固体中の格子振動が増して、蛍光体の光子変換効率が下がる。
【０００４】
また、樹脂蛍光膜などの温度上昇、および、ＬＥＤチップが放つ強い一次光照射によって、樹脂蛍光膜の透光性樹脂の周辺部材や雰囲気との化学反応などが加速され、透光性樹脂の各種物性に悪影響がもたらされて、光出力低下や信頼性低下に至る（例えば、透光性の低下など）。
【０００５】
そこで、波長変換体の温度上昇を抑制するために、波長変換体として、熱伝導率が大きく放熱性に優れるセラミックス系成形体（例えば、透光性蛍光セラミックス、蛍光ガラス、光機能性複合セラミックスなど）を採用することが提案されている（特許文献１及び特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１４６８３５号公報
【特許文献２】特開２００６−５３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、一般的なＣｅ３＋置換量のガーネット系蛍光体を用いてセラミックス系成形体を作製しても、当該セラミックス系成形体では効率の良い波長変換が行われず、予想する出力が得られない。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、放熱性の高い波長変換体を用いているにも拘らず高出力を発揮する半導体発光装置及びこれを用いた光源装置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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体発光装置は、固体発光素子と、当該固体発光素子が放つ一次光をより長波長の光に変換する波長変換体とを備え、前記波長変換体は、ガーネット結晶構造を有する蛍光体を含んだ透光性の波長変換層を備える無機成形体であり、前記蛍光体は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｌｕから選ばれる少なくとも一つの元素を含んでなる構成元素群を含み、前記構成元素群の一部がＣｅ３＋で置換されており、その置換量が前記構成元素群に対して０．０１原子％以上１原子％以下であることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る光源装置は、上記いずれかに記載の半導体発光装置を用いて構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る半導体発光装置は、波長変換体が無機成形体であるため放熱性が高い。
また、上記構成元素群に対するＣｅ３＋の置換量が１原子％以下であるため、波長変換の効率が良く（絶対量子効率が８０％以上であり）高出力である。したがって、一般照明用として好ましくなるように調整した照明光出力が増す半導体発光装置になるので、一般照明用途に適する高出力の半導体発光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る半導体発光装置の一例を示す上面図
【図２】本発明に係る固体発光素子の構造を示す縦断面図
【図３】本発明に係る固体発光素子の構造を示す縦断面図
【図４】本発明に係る固体発光素子の構造を示す縦断面図
【図５】本発明に係る固体発光素子の構造を示す縦断面図
【図６】従来の波長変換体の構造を示す縦断面図の参考図
【図７】本発明に係る波長変換体の構造を示す縦断面図
【図８】本発明に係る波長変換体の構造を示す縦断面図
【図９】本発明に係る波長変換体の構造を示す縦断面図
【図１０】本発明に係る波長変換体の構造を示す縦断面図
【図１１】本発明に係る波長変換体の構造を示す縦断面図
【図１２】本発明に係る半導体発光装置の一例を示す縦断面図
【図１３】本発明に係る半導体発光装置の一例を示す縦断面図
【図１４】本発明に係る半導体発光装置の一例を示す縦断面図
【図１５】本発明に係る半導体発光装置の、放熱経路の一例を示す縦断面図
【図１６】本発明に係る光源装置の一例を示す縦断面図
【図１７】本発明に係る光源装置の一例を示す縦断面図
【図１８】白色ＬＥＤが放つ光の相関色温度を示す図
【図１９】白色ＬＥＤが放つ光の色度を示す図
【図２０】本発明に係る透光性蛍光セラミックスの内部量子効率を示す図
【図２１】本発明に係る透光性蛍光セラミックスの内部量子効率を示す図
【図２２】本発明に係る透光性蛍光セラミックスの内部量子効率を示す図
【図２３】本発明に係る透光性蛍光セラミックスの内部量子効率を示す図
【図２４】本発明に係る透光性蛍光セラミックスの内部量子効率を示す図
【図２５】Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋粉末蛍光体の内部量子効率を示す参考図
【図２６】Ｃｅ３＋置換量と内部量子効率の関係を示す図
【図２７】本発明に係る透光性蛍光セラミックスの内部量子効率を示す図
【図２８】本発明に係る透光性蛍光セラミックスの内部量子効率を示す図
【図２９】本発明に係る透光性蛍光セラミックスの内部量子効率を示す図
【図３０】Ｇｄ３＋置換量と内部量子効率の関係を示す図
【図３１】白色ＬＥＤが放つ光の色度を示す図
【図３２】Ｃｅ３＋置換量と温度特性との関係を示す図
【図３３】Ｇｄ３＋置換量と温度特性との関係を示す図
【図３４】白色ＬＥＤが放つ光の相関色温度を示す図
【図３５】白色ＬＥＤが放つ光の色度を示す図
【図３６】Ｇｄ３＋置換量と温度特性との関係を示す図
【図３７】Ｃｅ３＋置換量及びＧｄ３＋置換量で定まる色温度領域を示す図
【図３８】Ｃｅ３＋置換量及びＧｄ３＋置換量で定まる色温度領域を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る半導体発光装置の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る半導体発光装置の一例を示す上面図、図１２は、本発明に係る半導体発光装置の一例を示す側断面図である。
【００１４】
まず、図１を用いて実施形態に共通する事項を説明する。
（放熱基板１）
図１において、放熱基板１は、固体発光素子３を実装するための基板である。
【００１５】
放熱基板１は、少なくとも一つの平面を持つ基板であり、当該平面を固体発光素子３の実装面として用いる。
放熱基板１は、金属、半導体材料、セラミックス材料、樹脂の中から選ばれる少なくとも一つを材質とする基板であり、絶縁基板、導電基板（特に金属基板）のいずれであっても基本的には構わない。
【００１６】
放熱基板１は、具体的には、銅、アルミニウム、ステンレス、金属酸化物（酸化アルミニウム、酸化珪素、ガラスなど）、金属窒化物（窒化アルミニウム、窒化珪素など）、炭化珪素、金属シリコン、炭素などの無機材料を材質とする基板、及び、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂などから適宜選択してもちいることができる。
【００１７】
なお、良好な放熱特性を得る目的で好ましい放熱基板１は、金属、セラミックス成形体、又は金属とセラミックスの複合体のいずれかである。
一方、製造原価を下げる目的で好ましい放熱基板１は、樹脂（例えば、シリコーン系樹脂）を主体にしてなる成形体であり、例えば、フィラー（例えば、アルミナ、シリカ、各種金属などの無機の粒子群）を含む樹脂成形体である。
【００１８】
また、光取り出し効率を高める目的で好ましい放熱基板１は、可視光反射特性に優れる放熱基板であり、例えば、金属光沢を持つ放熱基板、あるいは、白色の体色を持つ放熱基板である。
【００１９】
このような放熱基板１は、比較的安価で入手や取扱いが容易なだけでなく、熱伝導率が高いので、固体発光素子３の温度上昇を抑制するように作用する。
放熱基板１を、全てを絶縁体で構成した絶縁基板とすると、限られた場所だけが電位を持つ半導体発光装置を比較的容易に提供できるので、構造設計上、電気面での配慮が容易になり、比較的簡単に、電気面での取扱いが容易な光源装置等を提供し得るものとなる。
【００２０】
一方、放熱基板１を、導電基板を基体とするものにすると、熱伝導率が極めて良好な放熱基板になるので、放熱性に秀でる半導体発光装置になる。
このため、電気的な構造設計の容易性を重視する場合では全てを絶縁体で構成した絶縁基板が好ましく、放熱を最重視する場合では導電基板を基体とする絶縁基板が好ましい。
【００２１】
上記いずれの絶縁基板の場合であっても、好ましい放熱基板１は、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ以上の基板、又は、１Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ材質で構成された基板であり、好ましい前記熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ以上、より好ましくは１００Ｗ／ｍＫ以上である。
【００２２】
このような放熱基板１にすると、半導体発光装置への電力投入に伴い発生する熱を、放熱基板１を通して、外部放熱体などの低温度部へと熱伝導させやすくなるので、熱拡散が促され、半導体発光装置全体の温度上昇を抑制するように働き、高い放熱効果を得ることができるようになる。
【００２３】
なお、好ましい放熱基板１は、取扱いが容易な、平板の形状を持つ放熱基板であり、これによって、固体発光素子３の実装も容易になり、製造工程の簡略化を図ることができるようになる。
【００２４】
（配線導体Ａ２ａ及び配線導体Ｂ２ｂ（配線導体Ｘ））
以下、配線導体Ａ２ａ及び配線導体Ｂ２ｂとをまとめたものを配線導体Ｘと記述する。
配線導体Ａ２a及び配線導体Ｂ２ｂは、固体発光素子３に電力を供給するための導体であり、対を成すものである。
【００２５】
配線導体Ｘは、金属、導電性化合物、半導体などから選ばれる少なくとも一つの材質を主成分としてなる導体とすることができるが、低抵抗率と高熱伝導率を両立する配線導体とするために、好ましくは、８０重量％以上の金属成分割合を持つ、主成分が金属の材質で構成する。
【００２６】
なお、当該金属としては、具体的には、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコン（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、錫（Ｓｎ）、シリコン（Ｓｉ）、鉄（Ｆｅ）及び、これら金属の合金やシリサイドなどが挙げられ、当該導電性化合物としては、窒化チタン（ＴｉＮ）や窒化タンタル（ＴａＮ）などの低抵抗材料が挙げられる。
【００２７】
また、当該半導体としては、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ、ＺｎＯ：Ａｌ、又は、ＴｉＯ２：Ｎｂなどの透明導電材料が挙げられる。
光取り出し効率の高い半導体発光装置を得る目的で、好ましい配線導体Ｘは、金属光沢を持つ配線導体である。
【００２８】
好ましい前記金属光沢のおおよその目安を、室温評価時の光反射率を尺度として例示すると、例えば、青色〜赤色の波長範囲内（４２０〜６６０ｎｍ）の光反射率が５０％以上であり、好ましくは、可視光の波長範囲内（３８０〜７８０ｎｍ）の光反射率が８０％以上である。
【００２９】
なお、配線導体Ａ２ａと配線導体Ｂ２ｂの両方が上記金属光沢を持つことが好ましいが、少なくとも、固体発光素子３の下面（実装面）に対して大きな面積割合を占める配線導体Ａ２ａが金属光沢を持つものであれば基本的には構わない。
【００３０】
このような配線導体Ｘは、導体板、導体成形体、導体厚膜、導体薄膜の中から選ばれる少なくとも一つを選択して用いるが、製造コストの面で好ましい配線導体Ｘは、導体厚膜である。
【００３１】
前記導体厚膜や導体薄膜は、過去に電子機器用の配線形成などで数多くの実用実績を持つものが好ましい。例えば、導体厚膜は、スクリーン印刷法、インクジェット法、ドクターブレード法、スラリーキャスト法、スピンコート法、沈降法、電気泳動法、又は、メッキ技術を用いて形成した厚膜が好ましく、前記導体薄膜は、蒸着技術、スパッタ技術、又は、化学的気相成長のいずれかを用いて形成した薄膜が好ましい。
【００３２】
なお、前記導体板は、例えば、パターニング加工を施した金属板（Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、及びこれらの合金やステンレス他）などを指すものである。
【００３３】
前記パターニング加工を施した金属板は、放熱基板１に接着剤などを用いて固着させると、配線導体Ａ２ａ付きの放熱基板１として用いることができるものとなる。
なお、配線導体Ｘの厚みは半導体発光装置の設計の都合上、３ｍｍ程度を超えない範囲で厚ければ厚いほど良く、具体的な厚みを例示すると、１０μｍ以上３ｍｍ未満、好ましくは、１００μｍ以上３ｍｍ未満、より好ましくは、３００μｍ以上３ｍｍ未満である。
【００３４】
このような厚い厚みの配線導体Ｘは、熱伝導性に優れるものとなるので、例えば、配線導体上に固体発光素子３を実装した場合では、良好な放熱体としても機能する。
また、配線抵抗が低いものとなるので、配線導体Ｘにおけるジュール熱の発生を抑制でき、半導体発光装置の温度上昇を抑制するものとなる。
【００３５】
一方、本発明に係る半導体発光装置においては、前記放熱基板１が、配線導体Ｘの一方（配線導体Ａ２ａ）を兼ねるものとすることもできる。
このような構造物は、一例を図１３に示すように、放熱基板１を金属とし、当該放熱基板の上に、片面に配線導体Ｂ２ｂを形成した絶縁基板（絶縁体２４）を固定するか、あるいは、当該放熱基板１の上に、絶縁体２４を設け、当該絶縁体の上に配線導体Ｂ２ｂを設けるなどの手段によって作製可能である。
【００３６】
なお、図１において、電極パッド６は、配線を引き出す等の目的で、必要に応じて、配線導体Ｘに設ける導体（通常は金属）であり、給電端子としても使用し得るものである。
（固体発光素子３の概要）
固体発光素子３は、電気エネルギーを光エネルギーに変換する電光変換素子であり、いわゆる、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザー（ＬＤ）、無機ＥＬ素子（ＥＬ）、有機ＥＬ素子（ＯＬＥＤ）などである。
【００３７】
上記電光変換素子の動作原理上、半導体発光装置として、高出力の点光源を得る目的で好ましい固体発光素子３は、ＬＥＤ又はＬＤのいずれかであり、高出力の面光源を得る目的で好ましい固体発光素子は、ＥＬ又はＯＬＥＤのいずれかである。
【００３８】
信頼性の高い半導体発光装置を得る目的で好ましい固体発光素子３は、発光層が無機材料で構成される、ＬＥＤ、ＬＤ、又はＥＬのいずれかである。
また、光の演色性が良好な出力光を得る目的、および、出力光の均一光拡散面を得る目的で好ましい固体発光素子３は、発光スペクトル半値幅が比較的広く、指向性を殆ど持たない光を放つ、ＥＬ又はＯＬＥＤのいずれかである。
【００３９】
さらに、指向性の強い光を得る目的で好ましい固体発光素子３は、ＬＥＤ又はＬＤのいずれかである。
さらに、波長変換体４による波長変換のエネルギー効率の面で、好ましい固体発光素子３は、３８０ｎｍよりも長波長の可視域の、できる限り長波長の領域に発光ピークを持つ一次光（可視光）を放つ固体発光素子であり、白色の出力光を得る目的では、３８０ｎｍ以上５１０ｎｍ未満の紫〜青緑の波長領域に発光ピークを持つ一次光を放つ固体発光素子が好ましい。
【００４０】
なお、固体発光素子３の出力水準等の現状を考慮すると、好ましくは、４００ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の紫〜青の波長領域、より好ましくは、４３０ｎｍ以上４７５ｎｍ未満、特に好ましくは、４４０ｎｍ以上４６５ｎｍ未満の青の波長領域に発光ピークを持つ一次光を放つ固体発光素子である。
【００４１】
このような固体発光素子を用いると、波長変換体４による光吸収―発光のエネルギー差が比較的小さくなるように半導体発光装置を構成できるので、波長変換の原理上、波長変換に伴う光エネルギー損失を減らすように機能する。このため、当該エネルギー損失による波長変換体４の発熱量が減ることになり、波長変換体４の蓄熱作用に起因する温度上昇が抑制され、波長変換体４が含む蛍光体の温度消光などを緩和するように働く。このような理由で、投入電力密度を上げて固体発光素子３の光出力（一次光）強度が増すようにしても、比較的高い波長変換効率を保持しやすい半導体発光装置になる。
【００４２】
固体発光素子３の大きさについては特に限定されるものではないが、一例を挙げると、上面図における外郭面積として、０．０１ｍｍ２以上４ｃｍ２未満である。
なお、固体発光素子３が、ＬＥＤの場合、一例を挙げると、上面図におけるＬＥＤ１個の外郭面積として、０．０１ｍｍ２以上４ｃｍ２未満程度であるが、投入電力と点光源性との兼ね合いで、高出力の点光源を得る目的では前記外郭面積は、０．２５ｍｍ２以上４ｃｍ２未満程度、特に、０．６ｍｍ２以上２ｃｍ２未満程度の範囲内であることが好ましい。
【００４３】
ＬＥＤの構造は、対をなす給電電極の取り出し構造、及び、チップを放熱基板へ実装した時の活性層の位置によって四つに大別される。四つ各々の固体発光素子３の、好ましい一例としてＬＥＤの構造を示す縦断面図を図２〜５に例示する。
【００４４】
図２は、チップ実装面を下面とした時に、チップの上面近くにＬＥＤ光を生み出す半導体発光層（活性層）を持ち、当該上面に、対を成す給電電極を持つようにする構造であり、対を成す給電電極Ａ１４ａ及び給電電極Ｂ１４ｂを持つ側が光出射面となる。
【００４５】
図３は、チップ実装面を下面とした時に、チップの上面近くに前記活性層を持ち、チップの上下面に対を成す給電電極を持つようにする構造であり、上部の給電電極側が光出射面となる。
【００４６】
図４は、チップ実装面を下面とした時に、チップの下面近くに前記活性層を持ち、チップの上下面に対を成す給電電極を持つようにする構造であり、上部の給電電極側が光出射面となる。
【００４７】
図５は、チップ実装面を下面とした時に、チップの下面近くに前記活性層を持ち、当該下面に対を成す給電電極を持つようにする構造であり、対を成す給電電極Ａ１４ａ及び給電電極Ｂ１４ｂを持つ側の対向面が光出射面となる。
【００４８】
以後、必要に応じて、図２、図３、図４、図５に、代表例を示すチップ実装構造を、各々、フェースアップ上面二電極構造、フェースアップ上下電極構造、フリップチップ上下電極構造、フリップチップ下面二電極構造と記述する。
【００４９】
なお、前記フリップチップ下面二電極構造のＬＥＤチップは、図５から判るように、基本的には、主光取り出し面の対向面のとなる実装面（底面である。）の全体は、放熱部材に密着するように実装されるものではない。
【００５０】
前記固体発光素子３の一次光１５の発生源となる半導体発光層１１は、絶縁性基体７又は導電性基体８のいずれかで支持される構造を有することが好ましい。
これによって、前記半導体発光層１１の、劣る機械的強度を補強し、取扱いの面で容易なものとなる。
【００５１】
なお、このような構造の固体発光素子３の製造については、例えば、特開２００７−１５０３３１号公報等に開示される通りであるのでここでは省略する。
前記絶縁性基体７又は導電性基体８としては、IV族金属元素を主体としてなる金属、IV族元素を主体としてなる化合物、及び、III−V族元素を主体としてなる化合物の中から選ばれる少なくとも一つの半導体基体が好ましい。
【００５２】
前記半導体基体は、不純物の含有の有無等によって、絶縁性基体７又は導電性基体８のいずれにもなり得るだけでなく、熱伝導特性の良い基体として機能するので、固体発光素子３の温度上昇を抑制するようにも機能する。
【００５３】
前記固体発光素子３は、図２〜４に示すように、前記一次光を放つ主光取り出し面の対向面、及び、実装面となる底面が平坦な構造を持つことが好ましい。
これによって、固体発光素子３を実装する放熱部材に、固体発光素子３が密着する構造の半導体発光装置になるので、半導体発光装置の放熱が促され、比較的高出力の一次光が得られるようになる。
【００５４】
特に、前記固体発光素子３は、図３または図４に示すように、前記一次光を放つ主光取り出し面と同一面上に、少なくとも一つの電極を持ち、固体発光素子３の上面から下面に至る厚み方向の全体に電圧を印加することによって、前記一次光を放つ上下電極構造を持つことが好ましい。
【００５５】
これによって、光取り出し面の近傍に配置され、一次光の一部を遮る前記配線導体Ｃ５の数を比較的少なくできるようになり、比較的高出力の一次光が得られるようになる。
より好ましくは、図３に示すように、前記固体発光素子３は、固体発光素子の実装面を下面とした時に、上面近くに前記一次光１５を生み出す半導体発光層１１（活性層）を持ち、固体発光素子の上下面に電極（対をなす給電電極）を持つ構造（前記フェースアップ上下電極構造）を有することが好ましい。
【００５６】
これによって、比較的デリケートな特性を持つ半導体発光層１１近傍の広い面積を固定することを避け、前記半導体発光層１１が、投入電力密度の増加や大電流化に伴う熱歪などを受けにくくしたり、導電性を持つ接着剤による、実装後の、半導体発光層１１の電気的リークを生じにくくしたりして、クラックや特性ばらつきなどを引き起こしにくい構造にする。
【００５７】
また、半導体発光層１１が放つ一次光１５が、基体を通過することなく、出力されるので、例えば、前照灯用などに適する指向性の強い一次光を得やすい利点もある。
なお、前記固体発光素子３は、金属材料、半導体材料、セラミックス材料等の無機材料を主体としてなる構造とするのが好ましい。
【００５８】
これにより、熱伝導特性の良い材料だけで構成した固体発光素子３になるので、固体発光素子３の熱伝導率が大きくなり、放熱性が高まって温度上昇を抑制できるようになる。
なお、前記主光取り出し面近傍は、表面粗化処理による凹凸構造を持つものとするのが好ましい。
【００５９】
これによって光取り出し効率が上がるので、一次光の高出力化を図ることができるようになる。
前記半導体発光層１１は、材質が、II−VI族化合物、III−V族化合物、IV族化合物のいずれかであることが好ましい。
【００６０】
このような半導体発光層１１は、無機の高効率電光変換構造体として機能するので、信頼性の面での課題も少なく、高出力の一次光１５を得ることができるようになる。
前記固体発光素子３は、前記底面の面積が、前記主光取り出し面の側の上面と、同一面積、又は、前記上面よりも大きい面積のいずれかであることが好ましい。
【００６１】
これにより、熱源となる半導体発光層１１よりも、基体（前記絶縁性基体７、導電性基体８、又は半導体基体）の方が体積の大きなものとなるだけでなく、固体発光素子を実装する放熱部材（配線導体Ａ２ａや放熱基板１など）との接触面積も増えることになるので、固体発光素子３を介して放熱基板へと放熱される波長変換体４の発生熱、及び、固体発光素子の発生熱の移動速度が速くなり、波長変換体４及び固体発光素子３の温度上昇を抑制できるようになる。
【００６２】
なお、前記固体発光素子３と前記放熱部材とは、金属を主体とする材料（例えば、銀ペーストやハンダなど。）によって接着されていることが好ましい。
金属材料は一般に熱伝導率が高いので、これにより、固体発光素子３を介して放熱基板へと放熱される波長変換体４の発生熱、及び、固体発光素子の発生熱を効率良く配線導体Ａ２ａや放熱基板１に伝えることができ、波長変換体４及び固体発光素子３の温度上昇を抑制できるようになる。
【００６３】
なお、これら固体発光素子３の詳細、及び、固体発光素子３の配置等については、後で詳説する。
（固体発光素子３の具体構造例）
以下、固体発光素子３の具体構造例を説明するが、このような構造の固体発光素子３の製造については、例えば、特開２００７−１５０３３１号公報等に開示される通りであるのでここでは詳細な説明を省略する。
【００６４】
（固体発光素子３の具体構造例１）
図２は、本発明に係る固体発光素子３の構造の一例であり、絶縁性基体７の上部に反射層１０を設けており、その上部に半導体発光層１１を設け、さらに、半導体発光層１１に電圧を印加するための電極（透光性電極１２と、給電電極Ｂ１４ｂ）とを設けた構造の固体発光素子である。
【００６５】
なお、配線接続を容易にする目的で、透光性電極１２の一部には、必要に応じて給電電極Ａ１４ａを設ける。
絶縁性基体７は、半導体発光層１１を支持し、この機械的強度を高めるとともに、固体発光素子３の上面に設けた、対を成す給電電極Ａ１４ａ及び給電電極Ｂ１４ｂによって、半導体発光層１１に給電するために設けるものである。
【００６６】
絶縁性基体７としては、前記絶縁基板として使用可能な放熱基板１と同じ材質のものが使用でき、具体的には、セラミックス材料、半導体材料、ガラスの中から選ばれる少なくとも一つを材質とするものが使用できる。
【００６７】
より具体的に、絶縁性基体７を例示すると、金属酸化物（酸化アルミニウム、酸化珪素、ガラス、各種複合酸化物（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２他）など）、金属窒化物（窒化アルミニウム、窒化珪素など）、炭化珪素などの無機材料を材質とする絶縁性基体である。
【００６８】
反射層１０は、半導体発光層１１が放つ光の中の、前記絶縁性基体７の方向に放たれる光を反射し、主光取り出し面となる固体発光素子３の上面からの、光取り出し効率を高めるために設けるものである。
【００６９】
反射層１０としては、前記配線導体Ｘと同様の金属（例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｆｅ）、これら金属の合金やシリサイド、及び、前記導電性化合物（ＴｉＮ、ＴａＮなど）などの厚膜（厚み：１μｍ以上１ｍｍ未満程度）又は薄膜（厚み：１０ｎｍ以上１μｍ未満程度）の他、体色が白色の無機化合物粉末（例えば、ＢａＳＯ４、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯなど）、及び、これらの混合粉末の厚膜（厚み：１μｍ以上１ｍｍ未満程度）などから適宜選択して用いることができる。
【００７０】
なお、反射層１０は、可視光（３８０〜７８０ｎｍの波長範囲内の光）の反射率が高いもの（例えば、室温での反射率が７０％以上、好ましくは８０％以上のもの。）であれば良く、上記に限定されるものではない。
【００７１】
好ましい反射層１０は、上記金属、合金、又はシリサイドから選ばれる少なくとも一つを含む反射層である。
このような反射層１０にすると、熱伝導率が比較的高いので、固体発光素子３の動作時に半導体発光層１１が放つ熱を、速い速度で絶縁性基体７へ放熱できるようになる。
【００７２】
また、導電性の反射層１０にすると、給電電極を兼ねるものとして使用できる。
半導体発光層１１は、電力供給によって発光（注入型エレクトロルミネッセンス又は真性エレクトロルミネッセンス）を放つ、無機又は有機の半導体を少なくとも含めて形成した多層構造体である。
【００７３】
なお、注入型エレクトロルミネッセンスを放つ多層構造体としては、少なくともｐ型及びｎ型の無機又は有機の半導体を積層した構造体が挙げられ、当該無機の半導体としては、IV族化合物（ＳｉＣなど）、III−V族化合物（ＩｎＧａＮ系化合物など）、II−VI族化合物（ＺｎＳＳｅ系化合物やＺｎＯなど）が例示できる。
【００７４】
一方、真性エレクトロルミネッセンスを放つ多層構造体としては、少なくとも無機の蛍光体（特に、ワイドバンドギャップ半導体）を含む構造体が挙げられ、当該無機の蛍光体としては、硫化物（ＺｎＳ、ＣａＳ、ＳｒＳ、ＳｒＧａ２Ｓ４、ＢａＡｌ２Ｓ４他）を蛍光体母体とし、当該蛍光体母体に付活剤を添加した蛍光体が例示できる。
【００７５】
なお、真性エレクトロルミネッセンスを放つ固体発光素子の製造については、例えば、特許第２８４０１８５号公報等に開示される通りであるのでここでは説明を省略する。
透光性電極１２は、前記半導体発光層１１に電力を供給するとともに、半導体発光層１１が放つ光を、一次光１５として、固体発光素子３の外部に取り出すためのものであり、半透明金属（Ａｕなど）や、前記透明導電材料（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ、ＺｎＯ：Ａｌ、ＴｉＯ２：Ｎｂなど）で構成する。
【００７６】
給電電極Ａ１４ａ及び給電電極Ｂ１４ｂは、半導体発光層１１に電力を供給する電気端子の役割を担うものであり、通常は、前記配線導体Ｘと同様の金属で構成する。
このように構成した固体発光素子３の、給電電極Ａ１４ａ及び給電電極Ｂ１４ｂに、直流又は交流電圧、あるいはパルス電圧を印加すると、半導体発光層１１に電流が流れ、電力が供給されることになる。
【００７７】
半導体発光層１１に供給された電力は、無機又は有機の半導体を少なくとも含めて形成した前記多層構造体が持つ電光変換作用によって光に変換されるので、透光性を有する部材（前記透光性電極１２又は透光性を有する基体）を通して、当該光が一次光１５として、固体発光素子３から出射されることになる。
【００７８】
なお、このような固体発光素子３は、例えば、以下の製造方法によって製造可能である。
（１）単結晶基板（サファイヤ、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｓｉ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２など）の上にエピタキシャル結晶成長技術を用いて、ｎ型及びｐ型のＩｎＧａＮ系化合物の単結晶薄膜を積層した後、反射層１０を構成する金属膜を、蒸着などによって形成して、発光構造体とする。
【００７９】
（２）上記とは別の製造工程で、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮなどの基板上に、例えば上記同様の金属膜を形成して、支持構造体とする。
（３）前記（１）の発光構造体と前記（２）の支持構造体とを、接合層（１０ｎｍ以上１０００ｎｍ未満程度の厚みの、合金（Ａｕ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎなど）、金属（Ｍｏ、Ｔｉなど）、あるいは化合物（ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＨｆＯ２、ＴｉＮなど））を利用して、形成した前記二つの金属膜を張り合わせるように接合する。
【００８０】
（４）接合後の前記単結晶基板を、物理的、化学的、或いは機械的な処理によって取り除き、前記支持構造体の上に前記発光構造体を固着した構造体を得た後、給電電極Ａ１４ａ及び給電電極Ｂ１４ｂとしての、例えば、Ａｕを形成して固体発光素子３を完成する。
【００８１】
（固体発光素子３の具体構造例２）
図３は、本発明に係る固体発光素子３の構造の、また別の一例であり、導電性基体８の上部に半導体発光層１１を設ける一方で、半導体発光層１１の下方に反射層１０を設け、さらに固体発光素子３の底面に給電電極Ｂ１４ｂを設けた構造の固体発光素子である。
【００８２】
なお、光取り出し面付近の構造としては、図３に示すように、前記透光性電極１２は設けず、半導体発光層１１の一部が透光性電極１２を兼ねる構造であっても良い。
また、反射層１０は、図３に示すように、半導体発光層１１と導電性基体８との間に設ける構造であっても良いが、導電性基体８と給電電極Ｂ１４ｂとの間に設ける構造であっても構わない。
【００８３】
導電性基体８は、半導体発光層１１を支持し、この機械的強度を高めるとともに、固体発光素子３の上下面に設けた、対を成す給電電極Ａ１４ａ及び給電電極Ｂ１４ｂによって、半導体発光層１１に給電するために設けるものである。
【００８４】
導電性基体８としては、金属又は半導体材料の中から選ばれる少なくとも一つを材質とするものが使用でき、前記半導体材料を例示すると、窒化ガリウム、炭化珪素、シリコンなどである。
【００８５】
当該構造の固体発光素子３において、前記注入型エレクトロルミネッセンスを放つ構造の場合には、半導体発光層１１中に、電子や正孔が注入されるように、前記反射層１０は、導電性を有する必要性があり、前記金属（例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｆｅ）、これら金属の合金やシリサイドなどの厚膜又は薄膜から適宜選択して用いることができる。
【００８６】
他の部材の詳細については、図２を用いて先に説明した通りであるので、ここでは省略する。
このように構成した固体発光素子３の上下面に設けた給電電極Ａ１４ａ及び給電電極Ｂ１４ｂに、直流又は交流電圧あるいはパルス電圧を印加すると、半導体発光層１１に電流が流れ、電力が供給されることになる。
【００８７】
半導体発光層１１に供給された電力は、前記多層構造体が持つ電光変換作用によって光に変換されるので、透光性を有する部材（前記透光性電極１２及び導電性基体８（透光性を有する場合。）である。）を通して、当該光が一次光１５として、固体発光素子３から出射されることになる。
【００８８】
なお、図３に示す構造の固体発光素子３は、例えば、図２に示す構造の固体発光素子と同様の製造方法によって製造可能である。
なお、図３に示す構造の固体発光素子３は、対を成す給電電極の一方（給電電極Ｂ１４ｂである。）を、固体発光素子３の底面に設ける構造であるので、一次光１５の光取り出し面の面積が比較的大きくなり、高出力の半導体発光装置を得る上で、好ましい構造となる。
【００８９】
（固体発光素子３の具体構造例３）
図４は、本発明に係る固体発光素子３の構造の、また別の一例であり、導電性基体８の下部に半導体発光層１１を設け、固体発光素子３の底面に給電電極Ｂ１４ｂを設ける一方で、前記導電性基体８の上部に給電電極Ａ１４ａを設け、前記導電性基体８は、透光性を持つものとする構造の固体発光素子である。
【００９０】
なお、前記半導体発光層１１の下方に反射層１０を設ける構造であっても良いし、前記給電電極Ｂ１４ｂが前記反射層１０を兼ねる構造であっても構わない。
導電性基体８は、半導体発光層１１を支持し、この機械的強度を高めるとともに、固体発光素子３の上下面に設けた、対を成す給電電極Ａ１４ａ及び給電電極Ｂ１４ｂによって、半導体発光層１１に給電できるようにするだけでなく、半導体発光層１１が放つ光を、一次光１５として、固体発光素子３の外部に取り出すために設けるものである。
【００９１】
導電性基体８としては、半導体材料を材質とするものが使用でき、前記半導体材料を例示すると、窒化ガリウム、炭化珪素などである。
当該構造の固体発光素子３において、前記注入型エレクトロルミネッセンスを放つ構造の場合には、先に図３で説明したように、半導体発光層１１中に、電子や正孔が注入されるように、前記反射層１０は導電性を有する必要性があり、前記金属、及び、これら金属の合金やシリサイドなどの厚膜又は薄膜から適宜選択して用いる。
【００９２】
他の部材の詳細については、図２を用いて先に説明した通りであるので、ここでは省略する。
また、固体発光素子３の動作についても、図３を用いて先に説明した通りであるので、ここでは省略する。
【００９３】
なお、図４に示す構造の固体発光素子３は、例えば、導電性を有する半導体単結晶基板（ＳｉＣやＧａＮなど）の上に、エピタキシャル結晶成長技術を用いてｎ型及びｐ型半導体の前記単結晶薄膜を積層し、反射層１０を兼ねる給電電極Ｂ１４ｂを形成した後、前記半導体単結晶基板の前記半導体の単結晶薄膜を形成していない側の面に、給電電極Ａ１４ａを形成することによって得ることができる。
【００９４】
このような構造の固体発光素子３は、図３に示す固体発光素子のように、一次光１５の光取り出し面の面積が比較的大きくなるだけでなく、発熱部となる半導体発光層１１が、放熱基板１の実装面に近い場所に位置するので、半導体発光層１１が持つ熱を比較的効率良く放熱する上では好ましい構造である。
【００９５】
図４に示す構造の固体発光素子は、フリップチップ上下電極構造型の固体発光素子として知られる固体発光素子である。
（固体発光素子３の具体構造例４）
図５は、本発明に係る固体発光素子３の構造の、また別の一例であり、透光性基体９の下部に半導体発光層１１を設け、固体発光素子３の底面に給電電極Ａ１４ａ及び給電電極Ｂ１４ｂを設けた構造の固体発光素子である。
【００９６】
透光性基体９は、半導体発光層１１を支持し、この機械的強度を高めるとともに、固体発光素子３の下面に設けた、対を成す給電電極Ａ１４ａ及び給電電極Ｂ１４ｂによって、半導体発光層１１に給電できるようにするだけでなく、半導体発光層１１が放つ光を、一次光１５として、固体発光素子３の外部に取り出すために設けるものである。
【００９７】
透光性基体９としては、半導体材料又は絶縁体材料を材質とするものが使用でき、窒化ガリウム、炭化珪素などの半導体材料や、各種金属酸化物（酸化アルミニウム、酸化珪素、ガラスなど）などの絶縁体材料である。
【００９８】
他の部材の詳細については、図２を用いて先に説明した通りであるので、ここでは省略する。
このように構成した固体発光素子３の、給電電極Ａ１４ａ及び給電電極Ｂ１４ｂに、直流又は交流電圧あるいはパルス電圧を印加すると、半導体発光層１１に電流が流れ、電力が供給されることになる。
【００９９】
半導体発光層１１に供給された電力は、無機又は有機の半導体で形成した前記多層構造体が持つ電光変換作用によって光に変換されるので、透光性基体９を通して、当該光が一次光１５として、固体発光素子３から出射されることになる。
【０１００】
なお、図５に示す構造の固体発光素子は、フリップチップ下面二電極構造型の固体発光素子として知られる固体発光素子である。
（波長変換体４）
波長変換体４は、前記固体発光素子３が放つ光（一次光１５）を、それよりも長波長の光に波長変換する、光−光変換体であり、いわゆる無機のフォトルミネッセンス蛍光体（実用性能水準を満たすもの。以後、単に蛍光体１７と記述する。）を少なくとも含んでなる構造体である。
【０１０１】
なお、無機蛍光体は、１００〜２００℃の比較的高い温度条件下での化学的安定性に優れる理由で好ましく、これにより、信頼性の高い波長変換体４として機能するようになる。
【０１０２】
前記波長変換体４は、樹脂蛍光膜を避け、無機蛍光体を含む成形体が好ましく、好ましくは、板状の蛍光板であることが好ましい。
これらの、波長変換体４は、信頼性の高い波長変換体４の製造も容易である。
【０１０３】
特に、板状の前記蛍光板は、取り扱いも容易なので、半導体発光装置の工程の簡略化もできるようになる。
また、多くのノウハウを要する波長変換体４の製造を、予め別工程で行うことができるので、製造工程ロスに関わるリスク管理も容易になる。
【０１０４】
なお、前記無機蛍光体を含む成形体は、所謂、透光性蛍光セラミックス、蛍光ガラス、蛍光機能付き複合セラミックス（前記ＭＧＣ光変換部材である。）のいずれかであることが好ましい。
【０１０５】
これらの成形体は、技術実績があるかそれに近いだけでなく、全無機なので、熱伝導率が高く、波長変換体４の温度上昇を抑制するように働く。
なお、無機材料からなる透光性基体と、少なくとも無機蛍光体を含んでなる波長変換層とを組み合わせてなる波長変換体とするのも好ましい。
【０１０６】
これによって、波長変換によって発熱するのは蛍光膜の部分だけになり、透光性基体を無機材料とした場合には、透光性基体が熱伝導性の良い放熱体として機能するようになるので、波長変換体の温度上昇も抑制できるようになる。
【０１０７】
なお、このような波長変換体としては、前記透光性基体に無機蛍光体を含んでなる無機成形体を固着させてなる波長変換体や、前記透光性基体の一部を、無機蛍光体を含んでなる波長変換層とした波長変換体などが挙げられる。
【０１０８】
以下、本発明に係る波長変換体４の実施形態、波長変換体４に用いる蛍光体１７（特に、無機蛍光体）、及び、少なくとも波長変換層４ａを持つ波長変換体４の具体構造などについて詳説する。
【０１０９】
なお、波長変換体４の配置等については、後で別途詳説する。
（波長変換体４の形態）
まず、本発明に係る波長変換体４の実施形態について、特に、波長変換層４ａの温度上昇（波長変換に伴うエネルギー損失（ストークスロス）に起因して生じる現象である。）を交えながら説明する。
【０１１０】
詳細は省略するが、波長変換体４の前記波長変換層４ａの温度上昇（ΔＴ）の現象を、理論的に考察すると、以下の式１に基づくものとなる。
ΔＴ〔Ｋ〕＝（Ｗｌｏｓｓ〔Ｗ〕×ｔ〔ｍ〕）／（ρ〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕×Ｓ〔ｍ２〕）
・・・（式１）
但し、（式１）において、Ｗｌｏｓｓ〔Ｗ〕は、波長変換層４ａの消費エネルギー、ｔ〔ｍ〕は、波長変換層４ａの厚み、ρ〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕は、波長変換層４ａの熱伝導率、Ｓ〔ｍ２〕は、波長変換層４ａに入射する前記一次光の光入射面積である。
【０１１１】
したがって、（式１）から、波長変換に伴うエネルギー損失による温度上昇を抑制する目的で、好ましい波長変換層４ａは、以下の特性を持つ波長変換層４ａになる。
（ａ）Ｗｌｏｓｓ（波長変換層４ａ中の消費エネルギー）が低い。
【０１１２】
（ｂ）ｔ（波長変換層４ａの厚み）が薄い。
（ｃ）ρ（波長変換層４ａの熱伝導率）が大きい。
（ｄ）Ｓ（波長変換層４ａの光入射面積）が大きい。
【０１１３】
なお、例えば、青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせた構造を持つ相関色温度が５０００Ｋ前後の白色ＬＥＤ光源では、青色ＬＥＤが放つ一次光の持つ光エネルギーの１０〜３０％程度が消費されて熱に換わる。
【０１１４】
例えば、蛍光体粉末を透光性樹脂中に分散させて形成した蛍光膜を用いる白色ＬＥＤ光源では、透光性樹脂の熱伝導率が０．１〜０．５Ｗ／ｍＫと、無機材料に比較して１〜２桁低いことに起因してその温度上昇は大きく、ＬＥＤチップ温度に対して１００℃を超える温度上昇が比較的低い投入電力下で一般に起こり得る。
【０１１５】
この結果、波長変換層４ａの温度としては、ゆうに１５０℃を越える温度領域に達し、蛍光体の温度消光などが無視できなくなる。
本発明に係る波長変換体４は、高出力の点光源となる半導体発光装置を得る目的で、上記（ｄ）の波長変換層４ａの光入射面積が制約を受ける中で、上記（ａ）〜（ｃ）の特性を有する波長変換層４ａを持つ波長変換体とすることを特徴とし、このような課題への対処を図るものである。
【０１１６】
以下、上記（ａ）〜（ｃ）の特性を有する波長変換層４ａを持つ波長変換体４について、各々説明する。
また、参考のために、上記（ｄ）の特性を有する波長変換層４ａを持つ波長変換体４についても触れる。
【０１１７】
まず、上記（ａ）の「Ｗｌｏｓｓが低い波長変換層４ａを持つ波長変換体４」について説明する。
Ｗｌｏｓｓが低い波長変換層４ａにする手段としては、（固体発光素子３）の欄で説明した以下（１）の手段の他に、以下（２）及び（３）の手段がある。
【０１１８】
（１）波長変換体４の波長変換層４ａによる光吸収―発光のエネルギー差が比較的小さくなるように、できる限り長波長の一次光を放つ固体発光素子３を採用する。
（２）光子変換時のエネルギーロスが小さくなるように、理論限界に近い光子変換効率（内部量子効率）を持つ蛍光体を採用する。
【０１１９】
具体的には、前記固体発光素子３が放つ光励起下で、内部量子効率が８０％以上、好ましくは８５％以上、より好ましくは９０％以上の蛍光体を採用する。
このような内部量子効率は、例えば、大久保等の文献（大久保和明他、照明学会誌、平成１１年、第８３巻、第２号、ｐ．８７）に記載される蛍光体の量子効率の評価手法によって評価可能である。
【０１２０】
（３）光子の吸収ロスが小さくなるように、波長変換の前後における光子ロスが少ない波長変換層４ａを持つ波長変換体４にする（樹脂膜の場合、光透過性の高い樹脂を採用する。）。
【０１２１】
なお、波長変換の前後における波長変換層４ａの光子変換効率を具体的に例示すると、例えば、７０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上である。
なお、このような波長変換層４ａの光子変換効率も、例えば、上記大久保等の文献記載の評価手法によって評価可能である。
【０１２２】
次に、上記（ｂ）の「ｔが薄い波長変換層４ａを持つ波長変換体４」について説明する。
ｔが薄い波長変換層４ａを持つ波長変換体４にする手段としては、以下（４）〜（６）の手段がある。
【０１２３】
（４）前記固体発光素子３が放つ光の光吸収と波長変換効率が大きな波長変換層４ａを持つ波長変換体４になるように、前記固体発光素子３が放つ光の発光ピーク波長の光励起下における外部量子効率が大きい蛍光体を採用する。
【０１２４】
なお、上記外部量子効率（絶対値）の具体水準を例示すると、８０％以上、好ましくは８５％以上、より好ましくは９０％以上である。
例えば、４３０ｎｍ以上４７５ｎｍ未満の青の波長領域に発光ピークを持つ一次光を放つ固体発光素子と組み合わせる場合、このような蛍光体の一例としては、Ｃｅ３＋付活ガーネット蛍光体（特に、希土類イオン（Ｙ３＋など）に対するＣｅ３＋イオンの置換量が０．００１％以上５％未満のＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体）や、アルカリ土類金属イオンに対するＥｕ２＋イオンの置換量が２％を超え１００％以下の高濃度Ｅｕ２＋付活アルカリ土類金属化合物の蛍光体（例えば、オルト珪酸塩蛍光体、酸窒化珪酸塩蛍光体、チオガレート蛍光体など）が挙げられる。
【０１２５】
（５）波長変換体４の波長変換層４ａが樹脂膜となる場合、前記固体発光素子３が放つ光の光吸収が大きな波長変換層４ａになるように、蛍光体濃度（蛍光体重量／（蛍光体重量＋樹脂重量）を大きくして、光吸収源となる蛍光体割合が多い樹脂膜にする。
【０１２６】
なお、前記蛍光体濃度を具体的に例示すると、蛍光膜の製造との兼ね合いで、１０重量％以上８０重量％以下、好ましくは２０重量％以上７０重量％以下である。
（６）光吸収源となる蛍光体以外の物質を実質的に含まない、光吸収性の高い波長変換層４ａになるように、透光性蛍光セラミックス、蛍光体粉末を用いた無機蛍光膜等にする。
【０１２７】
なお、厚みが薄い波長変換層４ａであればあるほど、温度上昇を抑制できることになるが、波長変換体４としての機械的強度、製造や取り扱いの容易さなどとの兼ね合いで、具体的な厚みとしては、１０μｍ以上２ｍｍ未満が好ましく、１０μｍ以上３００μｍ未満がより好ましく、特に、１０μｍ以上１００μ未満が好ましい。
【０１２８】
次に、上記（ｃ）の「ρが高い波長変換層４ａを持つ波長変換体４」にする手段を説明する。
一般に、有機材料よりも無機材料のρが大きいことを考慮すると、ρが高い波長変換層４ａにする手段として、前記（５）の手段、及び、以下（７）の手段が考えられる。
【０１２９】
（７）ρが低い有機物を含まず、実質的に無機物質で構成されるρが高い波長変換層４ａになるように、前記の、透光性蛍光セラミックス、蛍光ガラス、ＭＧＣ光変換部材、蛍光体粉末を用いた無機蛍光膜等にする。
【０１３０】
最後に、上記（ｄ）の「Ｓ（波長変換層４ａの光入射面積）が大きい波長変換層４ａ」にする手段としては、以下（８）〜（１０）の手段が考えられる。
（８）ある程度まで、自然に光拡散した一次光が波長変換層４ａを照射するように、前記固体発光素子３の主光取り出し面と、波長変換層４ａとの間の距離を長くする。
【０１３１】
（９）Ｓが大きくなるように、指向性の強い光を放つ前記固体発光素子の採用を避け、前記固体発光素子３は、発光面が均一拡散面かこれに近い固体発光素子にし、かつ、前記発光面は、波長変換層４ａに直接接しない構造にする。
【０１３２】
（１０）固体発光素子３が放つ一次光の拡散光が波長変換層４ａを照射するように、固体発光素子３と波長変換体４の間に光散乱のための光拡散体を設けた構造の半導体発光装置にする。
【０１３３】
（波長変換体４の波長変換層４ａに用いる蛍光体１７）
前記のように、波長変換体４の波長変換層４ａに用いる蛍光体１７としては無機蛍光体が好ましく、以下、本発明に係る無機蛍光体を詳説する。
【０１３４】
無機蛍光体としては、半導体のバンド間のエネルギー遷移に基づく発光を放つ無機蛍光体、半導体中でドナーあるいはアクセプタを形成する不純物イオンに基づく発光を放つ無機蛍光体、及び、局在中心による発光を放つ無機蛍光体（遷移金属イオン又は希土類イオンの電子遷移に基づく発光を放つ無機蛍光体）等があり、希土類イオン（Ｃｅ３＋、Ｐｒ３＋、Ｎｄ３＋、Ｓｍ３＋、Ｅｕ３＋、Ｅｕ２＋、Ｔｂ３＋、Ｄｙ３＋、Ｈｏ３＋、Ｅｒ３＋、Ｔｍ３＋、Ｙｂ３＋、Ｙｂ２＋など）や遷移金属イオン（Ｍｎ２＋、Ｍｎ４＋、Ｓｂ３＋、Ｓｎ２＋、Ｔｉ４＋、Ｔｌ＋、Ｐｂ２＋、Ｃｕ＋、Ｃｒ３＋、Ｆｅ３＋など）を発光中心として付活した無機蛍光体が候補として挙げられる。
【０１３５】
中でも、Ｃｅ３＋、Ｐｒ３＋、Ｅｕ３＋、Ｅｕ２＋、Ｔｂ３＋、Ｙｂ２＋、Ｍｎ２＋から選ばれる少なくとも一つの金属イオンで付活した無機蛍光体は、３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の紫、又は、４２０ｎｍ以上５１０ｎｍ未満の、青〜青緑の波長領域の少なくともいずれかの波長領域における光励起下で高い光子変換効率を示すものが多く、一般には好ましいものとされている。
【０１３６】
特に、Ｃｅ３＋又はＥｕ２＋の少なくとも一つの希土類イオンを発光中心として含む無機蛍光体は、３８０ｎｍ以上５１０ｎｍ未満の紫〜青緑の波長領域や、さらには４００ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の紫〜青の波長領域、とりわけ４３０ｎｍ以上４７５ｎｍ未満の、青の波長領域の光励起下における光励起下で高い光子変換効率を示すものが多く好ましいものとされている。
【０１３７】
そして、前記波長変換層４ａの、波長変換に伴うエネルギー損失による温度上昇を抑制する目的で好ましい無機蛍光体は、（波長変換体４の形態）の欄で説明したように、前記固体発光素子３が放つ光の光吸収が大きく、かつ、内部量子効率が理論限界に近い無機蛍光体、つまり、前記固体発光素子３が放つ光の発光ピーク波長の光励起下における外部量子効率が大きく、絶対値が８０％以上の無機蛍光体である。
【０１３８】
このような外部量子効率が大きな無機蛍光体は、前記一次光の吸収が大きく、高い光子変換効率で、吸収した一次光を前記一次光よりも波長が長い波長変換光に変換するので、波長変換層４ａを前記一次光で照射した時、前記一次光の照射方向に、前記波長変換層４ａを透過する波長変換光の出力割合が増す。
【０１３９】
このため、前記一次光を出力光成分の一つとして含み、一次光と前記波長変換光の加法混色による光、特に白色光を得る場合には、波長変換層４ａの厚みが薄くて済むことになり、前記温度上昇を抑制する目的で好ましいものとなる。
【０１４０】
一方、無機蛍光体は、前記波長変換層４ａの前記温度上昇を抑制する工夫を施す視点からではなく、波長変換層４ａを持つ波長変換体４の耐熱性を高める視点に立った無機蛍光体であっても構わない。
【０１４１】
つまり、波長変換体４の波長変換層４ａにおいて、波長変換物質として機能する、全ての種類の前記無機蛍光体は、無機蛍光体が１５０℃となる温度条件下において、前記一次光のピーク波長と同じ波長の光励起時の発光ピーク高さが、室温時の７０％以上を保持する高耐熱性蛍光体とするのもよい。
【０１４２】
このようにすると、前記波長変換物質として高温条件下で発光効率低下しにくい無機蛍光体を用いるので、温度が上がっても光出力低下しにくい波長変換層４ａを持つ波長変換体４を提供でき、温度が上がっても光出力低下しにくい半導体発光装置を提供できることになる。
【０１４３】
発明者等の調査や実評価の限り、このような高耐熱性の高効率無機蛍光体として、以下の無機蛍光体があり、これらの中から選ばれる蛍光体を前記波長変換物質として用いることが好ましいこととなる。
【０１４４】
（１）発光ピーク波長が５００ｎｍ以上５６５ｎｍ未満の範囲内にあり、かつ、ガーネットの結晶構造を持つＣｅ３＋付活蛍光体。
（２）Ｅｕ２＋又はＣｅ３＋の少なくとも一つで付活された窒化物系蛍光体（例えば、窒化物蛍光体や酸窒化物蛍光体である。）。
【０１４５】
なお、青色光を放つ固体発光素子３と組み合わせることによって、比較的容易に白色系光を得ることができる理由で好ましい無機蛍光体は、青色と補色関係にある黄色系蛍光体（波長５５０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長範囲に発光ピークを持つ蛍光体）である。
【０１４６】
参考のため、紫色（３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満）又は青色（４２０ｎｍ以上５００ｎｍ未満）の光で励起可能な高耐熱性の高効率無機蛍光体の具体例を以下に示す。
（１）Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋系黄緑色蛍光体（特に、発光ピーク波長が、５２５ｎｍ以上５６０ｎｍ未満、又は、蛍光体母体の希土類イオン（Ｙ３＋やＧｄ３＋などである。）の一部を置換するＣｅ３＋イオンの置換量が、０．０１原子％以上１原子％以下の、低濃度Ｃｅ３＋付活蛍光体。）
（２）ＢａＹ２ＳｉＡｌ４Ｏ１２：Ｃｅ３＋系緑色蛍光体
（３）Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋系緑色蛍光体（Ｃａ又はＳｃの一部をＭｇで置換した蛍光体を含む。）
（４）ＭＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ２＋系緑／黄色蛍光体（Ｍは、アルカリ土類金属。）
（５）Ｍ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ２＋系緑色蛍光体（Ｍは、過半数がＢａとなるアルカリ土類金属。）
（６）β−Ｓｉ３Ｎ４：Ｅｕ２＋系緑色蛍光体（Ｓｉ−Ｎの一部をＡｌ−Ｏで置換した蛍光体を含む。）
（７）Ｃａ−α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ２＋系黄色蛍光体。
【０１４７】
（８）ＭＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋系赤色蛍光体（Ｍは、アルカリ土類金属。）
（９）Ｍ２（Ａｌ，Ｓｉ）５（Ｎ，Ｏ）８：Ｅｕ２＋系赤色蛍光体（Ｍは、アルカリ土類金属。Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋赤色蛍光体を含む。）
（１０）ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋系青色蛍光体
なお、上記具体的な蛍光体（１）〜（１０）の中で、Ｃｅ３＋付活蛍光体は、青色励起可能な無機蛍光体であり、上記（１０）を除くＥｕ２＋付活蛍光体は、紫色光と青色光の両方で高効率励起可能な無機蛍光体である（なお、上記（１０）のＥｕ２＋付活蛍光体は、青色光では励起されず、紫色光で高効率励起可能な無機蛍光体である）。
【０１４８】
なお、上記（１）〜（１０）の無機蛍光体は、発光が、Ｃｅ３＋又はＥｕ２＋イオンの、４ｆｎ−４ｆｎ−１５ｄ１パリティー許容遷移（但し、前記ｎは、Ｃｅ３＋イオンの場合はｎ＝１、Ｅｕ２＋イオンの場合はｎ＝７である。）に基づくことに起因して、残光時間（τ１／１０）は短く１ｍｓｅｃ以下である。
【０１４９】
このため、このようなＣｅ３＋及びＥｕ２＋のいずれかの希土類イオンを発光中心として含む無機蛍光体だけを用いて構成した波長変換層４ａを持つ波長変換体４（及び、当該波長変換体４を用いて構成した半導体発光装置）は、動画を表示する画像表示装置用の光源用として好ましいものにもなる。
【０１５０】
なお、前記無機蛍光体の性状については、一般には、粉末、焼結体、セラミックス成形体、単結晶などから幅広く選択可能である。
本発明では、後記のように、このような高耐熱性の高効率無機蛍光体の中の、特定の組成及び形態を持つガーネットの結晶構造を持つＣｅ３＋付活蛍光体を波長変換体４の波長変換層４ａを構成する波長変換物質として用いることを特徴とする。
【０１５１】
（波長変換体４（波長変換層４ａ）の参考構造）
図６は、参考のため、透光性母材１６中に粉末状の蛍光体１７（蛍光体粒子群１７ｂである。）を分散させた従来一般的な構造の波長変換体４（又は、波長変換層４ａ）を示している。
【０１５２】
前記透光性母材１６は、透光性を有する有機又は無機の物質であり、例えば、有機物質としては各種透光性樹脂（シリコン樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂など）が挙げられ、無機物質としては、低融点ガラスなどが挙げられる。
【０１５３】
また、前記粉末状の蛍光体１７は、粒子サイズが１ｎｍ以上１ｍｍ未満の蛍光体粒子群１７ｂであり、ナノ粒子（１ｎｍ以上１０ｎｍ未満）、超微粒子（１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満）、小粒子（１００ｎｍ以上１００μｍ未満）、又は、粒（１００μｍ以上１ｍｍ未満）のいずれかである。
【０１５４】
なお、前記粒子サイズは、粉体製品の製品カタログなどで、測定法を添えて、一般に記載される、平均径又は中心粒径（Ｄ５０）のことを指すものであり、都合上、粒子サイズが１００ｎｍ未満の場合は平均径で、粒子サイズが１００ｎｍ以上の場合は中心粒径で言い表すこととしている。
【０１５５】
図６に示す構造の波長変換体４は、簡便な製造方法で製造できるだけでなく、実績も多いので実用面で好ましいものとされている。
（波長変換体４の具体構造１、２）
図７は、蛍光体１７を、無機成形体（以後、蛍光体成形体１７ａと記述する。）とした本発明に係る波長変換体４（又は波長変換層４ａ）を示している。
【０１５６】
蛍光体成形体１７ａとしては、蛍光体粉末の焼結体、透光性蛍光セラミックス、蛍光ガラス、蛍光体単結晶などの呼称で知られる成形体が挙げられるが、本発明では、前記ＭＧＣ光変換部材などの、蛍光体とセラミックス材料の複合成形体も、蛍光体成形体１７ａに含めるものとしている。
【０１５７】
図７に示す構造の波長変換体４は、熱伝導率が大きな全無機の波長変換体を提供し得るので、放熱性の面で好ましいものとなり、波長変換体４の上記温度上昇を抑制する面で好ましいものとなる。
【０１５８】
取扱いなどの面で好ましい蛍光体成形体１７ａは、最薄肉厚が０．１ｍｍ以上１ｃｍ未満の蛍光体成形体１７ａであり、このようにすると機械的強度に優れるものとなる。
しかし、前記した波長変換体の温度上昇、および、色むらを抑制する目的で、蛍光体成形体１７ａの厚みは薄ければ薄い方が良い。
【０１５９】
これらの兼ね合いから、本発明では、最薄肉厚が、１０μｍ以上１ｍｍ未満、好ましくは、１０μｍ以上６００μｍ未満、より好ましくは、３０μｍ以上１００μｍ未満の蛍光体成形体１７ａにする。
【０１６０】
但し、このような肉厚の厚い蛍光体成形体１７ａは、前記一次光の通過光路が長くなり、蛍光体による光吸収確率が増えるために、前記一次光が透過しにくいものとなるので、これを抑制するために、光吸収因子となる蛍光体中の付活剤（発光中心イオン）濃度（前記置換量である。）は、比較的高い外部量子効率水準を得る目的で、０．０１原子％以上１原子％以下とすることが好ましい。この濃度は、一般的な濃度（０．１原子％以上１０原子％未満）よりも一〜二桁程度低い。
【０１６１】
例えば、前記Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋系黄緑色蛍光体では、前記Ｃｅ３＋イオンの置換量が、０．０１原子％以上１原子％以下の、低濃度Ｃｅ３＋付活蛍光体とする。
なお、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｌｕから選ばれる少なくとも一つの元素を含んでなる元素群を構成元素群Ａとした時に、少なくとも構成元素Ａを含み、前記構成元素群のＡの一部をＣｅ３＋で置換しており、かつ、ガーネットの結晶構造を持つ蛍光体は、Ｃｅ３＋イオンの置換量が少ない低濃度Ｃｅ３＋付活蛍光体であればあるほど、温度消光が小さな高耐熱性蛍光体となる物性を持つので、高出力化の面で好ましい蛍光体となる。
【０１６２】
但し、低濃度Ｃｅ３＋付活蛍光体であればあるほど、発光ピーク波長が短波長側にシフトして、緑色味を帯びた発光色となる物性も持つので、発光ピーク波長を長波長側にシフトさせて、黄色味を帯びた発光色にする目的で、例えば、前記Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋系黄緑色蛍光体では、Ｙの一部をＧｄで置換することが好ましい。また、赤色発光成分を持たせることによって、黄色味を帯びた発光色にする目的で、例えば、前記Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋系黄緑色蛍光体では、発光中心イオンとして、さらにＰｒ３＋を共付活することも好ましい。
【０１６３】
なお、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋系黄緑色蛍光体の、Ｃｅ３＋付活量、蛍光体成形体１７ａの厚み、Ｇｄ３＋置換量などの好ましい範囲については、後でデータを用いて詳説する。
【０１６４】
前記波長変換体４の、特に波長変換層４ａは、図８に示すように、少なくとも一面は、表面加工を施しており、前記少なくとも一面は、高低差が１０ｎｍ以上１ｍｍ未満の凹凸を持つものとしても良い。
【０１６５】
このような凹凸は、化学薬品処理（酸／アルカリ処理）によって得られる粗化表面であっても良いし、波長変換体４の構成物を規則正しく配列してフォトニック結晶とした状態のものであっても良いし、波長変換体４の表面に形成したマイクロレンズであっても良い。
【０１６６】
このようにすると、波長変換体４の光取り出し効率が高くなったり、指向性を制御した発光が得られたりするので好ましい。
なお、波長変換体用として特に好ましい無機蛍光体は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋系蛍光体であり、光子変換効率、光透過特性、温度消光の総合特性に優れるだけでなく、透光性蛍光セラミックス、蛍光ガラス、前記ＭＧＣ光変換部材などの製造や入手も比較的容易である。
【０１６７】
（波長変換体４の具体構造３）
図９に示すように、波長変換体４は、波長変換層４ａとして機能する前記蛍光体成形体１７ａの一面に、光拡散体１８（光散乱体）を設けた構造、好ましくは、前記蛍光体成形体１７ａの一面に、光拡散体１８を接着あるいは接合した構造としても良い。
【０１６８】
このような光拡散体１８は、波長変換体４の波長変換層４ａに入射する光（前記一次光）、及び／又は、波長変換体４の波長変換層４ａから出射する光（波長変換光及び／又は前記一次光）を少なからず拡散するように作用する。
【０１６９】
このため、例えば、前記波長変換層４ａに、部分的に、指向性の強い一次光（例えばＬＥＤ光）が入射するような場合でも、前記光拡散体１８を通過して入射する配置とすることによって、指向性の強い光の指向性を弱め、波長変換層４ａに入射する光の光入射面積を増すことができるので、波長変換層４ａの前記温度上昇や、前記一次光と波長変換光の混色むらを抑制できることになる。
【０１７０】
逆に、波長変換層４ａから、指向性の強い一次光（例えばＬＥＤ光）が出射するような場合では、前記一次光と波長変換光とが、前記光拡散体１８を通過して出射する配置とすることによって、指向性の強い光成分の指向性を弱め、前記混色むらを抑制できることになる。
【０１７１】
なお、前記光拡散体１８は、図９に示すように、高低差が１０ｎｍ以上１ｍｍ未満程度の凹凸を持つ構造物（例えば、すりガラスなど）としても良いし、図示はしないものの、透光性粒子１９（例えば、無機粉末（アルミナ粉末やシリカ粉末など）や透光性樹脂粉末（アクリルなど）。粒子形状は球形が好ましい。）を含んでなる膜としても良い。
【０１７２】
このような光拡散体１８は、前記波長変換体４に、無機／有機の接着剤を用いるなどして固着すれば構造物として足りる。
（波長変換体４の具体構造４，５）
図１０に示すように、波長変換層４ａを持つ波長変換体４は、波長変換層４ａとなる蛍光体成形体１７ａの少なくとも一面に、比較的厚い厚み（０．１ｍｍ以上１０ｍｍ未満程度）を持つ透光性被着基体２０（ガラス、透光性セラミックス、アクリルなど。）を配置したものとしても良い。
【０１７３】
例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋系蛍光体を主体としてなる蛍光体成形体１７ａ（透光性蛍光セラミックスなど）では、白色ＬＥＤ用蛍光体として一般的なＣｅ３＋付活量（Ｙに対するＣｅ置換量は１原子％以上１０原子％以下程度）では、先に説明したように、当該蛍光体の青色光吸収が大変大きいため、青色光が透過する透光性蛍光セラミックスにするためには、透光性蛍光セラミックスの厚みを薄くする必要性が生じる。
【０１７４】
この厚みは、１μｍ以上６００μｍ未満、特に、１０μｍ以上６００μｍ未満の大変薄い厚みであるため、機械的強度が弱く、破損しやすいものである。
したがって、図１０に示すような構造にすると、上記蛍光体成形体１７ａを支持する透光性被着基体２０が、波長変換体４の波長変換層４ａの機械的強度を高めるように作用するので、前記蛍光体成形体１７ａの厚みが薄く、機械的強度に劣るものであっても、取扱いが容易な波長変換体４になる。
【０１７５】
さらに、波長変換に伴う発熱部分が、波長変換体４の一部の前記蛍光体成形体１７ａに限定され、透光性被着基体２０が無機材料（ガラスや透光性セラミックスなど）の場合、前記透光性被着基体２０は、良好な放熱体として機能することになるので、波長変換層４ａの、前記温度上昇の抑制の面でも有利な波長変換体になる。
【０１７６】
なお、このような波長変換体４は、前記蛍光体成形体１７ａを、透光性被着基体２０に接着又は接合することによって製造可能であり、接着又は接合の手段としては、有機又は無機の接着剤（各種樹脂接着剤や低融点ガラスなど）を用いたり、前記蛍光体成形体１７ａと透光性被着基体２０の加熱反応などを利用すれば足りる。
【０１７７】
接着又は接合によって生じる蛍光体成形体１７ａの歪を緩和する目的で、透光性被着基体２０は、図１１に示すように、蛍光体成形体１７ａを挟み込む構造とすることも好ましく、特に、厚みと形状が同じ透光性被着基体２０で蛍光体成形体１７ａを挟み込むことが好ましい。
【０１７８】
なお、配光特性の制御や光取り出し効率の改善のため、図１１において、透光性被着基体２０の一方の一面をドーム状としたような片レンズ形状としたもの他であっても構わない。
【０１７９】
また、図示はしないものの、波長変換層４ａの放熱性を高める目的で、波長変換層４ａの少なくとも一つの側面に、好ましくは、波長変換層４ａの側面の周囲を取り囲むようにして、前記透光性被着基体２０を密着形成した構造の波長変換体４とすることも好ましい。
【０１８０】
（実施形態１）
以下、固体発光素子３、及び、波長変換層４ａを持つ波長変換体４の配置等について、より詳しく説明する。
【０１８１】
図１２は、一例として、図１に示した半導体発光装置の、図１におけるＡ−Ａ´断面を示す側断面図である。
本発明の一例としての半導体発光装置は、図１２に示すように、固体発光素子３と、波長変換体４とを、少なくとも備え、前記波長変換体４は、前記固体発光素子３が放つ一次光（図示せず。）を吸収して、前記一次光よりも長波長の光を放つ無機蛍光体（図示せず。）を、少なくとも含んでなる、透光性の波長変換層４ａを持つ無機成形体であって、前記波長変換層４ａの厚みは、１０μｍ以上６００μｍ未満であり、前記無機蛍光体は、少なくとも、構成元素群Ａを含み、前記構成元素群Ａの一部をＣｅ３＋で置換しており、かつ、ガーネットの結晶構造を持つ蛍光体であり、前記構成元素群Ａは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｌｕから選ばれる少なくとも一つの元素を含んでなる元素群であり、前記構成元素群Ａに対するＣｅ３＋の置換量は、０．０１原子％以上１原子％以下、より好ましくは０．０１原子％以上０．５原子％以下であり、前記構成元素群Ａに対するＧｄ３＋の置換量は、５０原子％以下、好ましくは３０原子％以下、より好ましくは１０原子％以下であることを特徴とする。
【０１８２】
また、好ましくは、前記ガーネットの結晶構造を構成する前記構成元素群Ａの主体（ここで、主体とは、７０％以上、好ましくは８５％以上、最も好ましくは１００％と定義する。）はＹとＧｄである。また、好ましくは、前記波長変換層４ａは、少なくとも波長４５０ｎｍの青色光励起下における、室温条件下の、成形体の状態での絶対内部量子効率は８５％以上、好ましくは９０％以上のものとする。
【０１８３】
これによって、前記波長変換層４ａの発熱を抑制するとともに、波長変換効率が高く、高出力化しやすい装置構造、及び波長変換体構造として、波長変換に伴うエネルギーロスに起因する波長変換層４ａの温度上昇による変換効率の低下を抑制し、かつ、透光性の波長変換層４ａを持つ無機成形体の採用に伴う光出力低下をも抑制して、高出力化する。
【０１８４】
また、本発明に係る半導体発光装置において、前記波長変換層４ａを持つ波長変換体４は、光透過性を持つ接着物質（図示せず。）を介して、前記固体発光素子の主光取り出し面上に密着形成したものとすることが好ましい。
【０１８５】
これによって、固体発光素子３への投入電力の増加に伴い増大する波長変換層４ａの発生熱が、固体発光素子３へと熱伝導し、固体発光素子３の良好な熱伝導特性を利用して放熱する構造物になる。
【０１８６】
さらに、本発明に係る半導体発光装置において、前記波長変換層４ａは、外郭が、前記固体発光素子３の上面又は前記主光取り出し面（図示せず。）のいずれかの外郭に沿うようにして、前記主光取り出し面上に密着形成したものとすることも好ましい。
【０１８７】
これによって、前記主光取り出し面の面積と、半導体発光装置の光出射面の面積とが、ほぼ等しくなるので、発光の色むらの少ない点光源になる。
さらに、本発明に係る半導体発光装置において、前記固体発光素子３は、上面又は上下面のいずれかに、対をなす給電電極を持つものであり、さらに、主光取り出し面の対向面となる底面全体は、放熱部材に密着するように実装されていることが好ましい。
【０１８８】
これによって、固体発光素子３への投入電力の増加に伴い増大する波長変換層４ａの発生熱が、実装面となる当該固体発光素子３の底面全体を利用する熱伝導によって、固体発光素子３の下方に配置した高熱伝導体（配線導体Ａ２ａ、放熱基板１、外部付加放熱体（図示せず）など）へと、均一均等かつ速い速度で熱伝導し波長変換層４ａの温度上昇を抑制するようになる。
【０１８９】
このようにして、波長変換層４ａの、固体発光素子３の直下方向への放熱効率を高めるようにして、波長変換層４ａの温度上昇に起因する発光効率低下も抑制する。
また、これによって、前記波長変換層４ａの温度消光と前記混色光の色分離との両方を抑制する装置構造になり、高出力化と発光色の均質化の面で優れる半導体発光装置になる。
【０１９０】
本発明に係る半導体発光装置は、図１２に示すように、固体発光素子３の主光取り出し面（図示せず。）の上方に、波長変換体４の波長変換層４ａを少なくとも備える構造として半導体発光装置を構成し、前記波長変換体４は、前記固体発光素子３が放つ一次光による励起によって、前記一次光よりも長波長の光を放つように構成することによって、半導体発光装置として完成する。
【０１９１】
なお、本発明に係る半導体発光装置は、固体発光素子３が放つ一次光（図示せず。）によって前記波長変換層４ａに含まれる無機蛍光体が励起され、出力光２８は少なくとも、前記波長変換層４ａによる波長変換光を含むものとなる。
【０１９２】
前記出力光２８は、前記一次光をさらに含むものであっても良く、前記一次光と波長変換光（図示せず。）の両成分を含む混色光であっても構わない。
本発明に係る半導体発光装置は、前記波長変換体４は、前記固体発光素子３の少なくとも主光取り出し面に密着するように形成した半導体発光装置である。
【０１９３】
つまり、本発明に係る半導体発光装置は、先に波長変換体に関わる幾つかの欄で説明した各種の波長変換体４を小片として用い、前記波長変換体４は、固体発光素子３の少なくとも主光取り出し面に密着するように形成し、好ましくは主光取り出し面に接着した構造の半導体発光装置である。
【０１９４】
このようにすると、固体発光素子３の主光取り出し面の面積と、半導体発光装置の光出射面の面積とはほぼ等しくなり、一次光１５が放たれた瞬間に一次光１５の光子全てが波長変換体４に入射するので、デバイス構造上、例えば、車載ヘッドランプ用などとして適する、高輝度の点光源になる。
【０１９５】
このような点光源構造の半導体発光装置は、元来、波長変換体４の前記波長変換層４ａへの光入射面積が小さいため、一般に前記波長変換層４ａは温度上昇しやすく、波長変換層４ａの無機蛍光体の温度消光によって高出力が困難という本質的な課題があった。
【０１９６】
また、理由は未だ不明確ながらも、予想するような光出力を得ることが困難である課題もあった。
しかし、本発明によれば、前記波長変換体４は、前記固体発光素子が放つ一次光を吸収して、前記一次光よりも長波長の光を放つ無機蛍光体を、少なくとも含んでなる波長変換層４ａを持ち、熱伝導率が比較的大きい、全無機の波長変換体（透光性蛍光セラミックスなど）であり、熱伝導率が大きくなる厚みにするだけでなく、波長変換体としての波長変換効率が大きく、さらに、温度消光の小さな無機蛍光体（例えば、前記Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋系黄緑色蛍光体など）を含む波長変換層４ａとするので、波長変換体構造は、波長変換に伴い発熱し、蓄熱されて波長変換層４ａの温度上昇要因となる発生熱を抑制するだけでなく、波長変換の面で高効率で、しかも温度消光も少ないものになる。
【０１９７】
そして、好ましい形態では、固体発光素子３（一般に熱伝導率が高いものが多いことで知られる。）を介して、下部方向へと放熱する、比較的良好な放熱経路を、特に接着によって確保し、波長変換層４ａの温度上昇を抑制するように作用させるので、このような点光源構造の半導体発光装置において、高出力化を促すものとなる。
【０１９８】
なお、前記波長変換体４の、前記固体発光素子３の主光取り出し面への接着は、無機又は有機のいずれかの透光性材料を接着剤として用いて行うことができ、接着剤としては、樹脂系の透光性接着剤（シリコーン樹脂系接着剤など）や低融点無機接着剤（低融点ガラスなど）が利用可能である。
【０１９９】
これら接着剤は、入手が容易なので、簡単な工程でできるものとなる。
一方、固体発光素子３を放熱部材に接着するための接着剤２３としては、樹脂系の接着剤（シリコーン樹脂系の接着剤など）や無機系の接着剤他から、固体発光素子３の構造や電極配置、及び、放熱基板１の特性や材質（特に、絶縁基板か導電基板かなど。）を考慮して、適宜選択して用いれば良い。
【０２００】
また、前記無機系の接着剤としては、絶縁性の無機接着剤（例えば、低融点ガラスなど）、及び、導電性の無機接着剤（例えば、金属ペースト（特に銀ペースト）やハンダ（Ａｕ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ）など）を、固体発光素子３の構造や電極配置、及び、放熱基板１の特性や材質などを考慮して使い分ければ良い。
【０２０１】
接着剤２３を用いずに、例えば、配線導体Ａ２ａと前記給電電極とを同じ金属材料（例えば、Ａｕ）として、加圧あるいは超音波振動などによって外力を加え、物理的に接合することも好ましい。
【０２０２】
なお、図２に示すような前記フェースアップ上面二電極構造の固体発光素子３を備える本発明に係る半導体発光装置の場合、前記放熱基板１が、絶縁基板及び導電基板のいずれの場合であっても、前記接着剤２３として、絶縁性の接着剤（前記樹脂系の接着剤や絶縁性の無機接着剤など）も導電性の接着剤（前記導電性の無機接着剤など）も使用可能である。
【０２０３】
一方、図３または図４に示すような上下電極構造の固体発光素子３を備える本発明に係る半導体発光装置の場合、固体発光素子３の給電電極Ｂ１４ｂ（図示せず）と配線導体Ａ２ａとを電気的に接続するために、前記接着剤２３として、導電性の接着剤（前記導電性の無機接着剤など）を選択すれば良い。
【０２０４】
さらに、図５に示すような、フリップチップ下面二電極構造の固体発光素子３を備える本発明に係る半導体発光装置の場合、固体発光素子３の給電電極Ａ１４ａと給電電極Ｂ１４ｂとを、各々、配線導体Ａ２ａと配線導体Ｂ２ｂに電気的に接続するための前記接着剤２３として、導電性の接着剤（前記導電性の無機接着剤やバンブなど）を選択すれば良い。
【０２０５】
なお、本発明に係る半導体発光装置において、前記波長変換体４は、図１に示すように、光出射面を見た時に、全面が波長変換層４ａとなっており、かつ、前記波長変換体４は、前記固体発光素子３の電極取り出し部２１を避けるようにして、前記主光取り出し面を覆うようにすることが好ましい。
【０２０６】
これによって、主光取り出し面から放たれる一次光の全てが波長変換体４の波長変換層４ａに入射するようになり、かつ、光出力面の面積が最小となるので、色むらや光出力むらが少ない点光源になる。
【０２０７】
さらに、前記波長変換体４は、多角形の外郭の少なくとも一つの角に、少なくとも一つの、切り込み又は削り込みのいずれかを持つことが好ましい。
これによって、固体発光素子３の電気的接続をした後で、波長変換体４を取り付ける工程によって製造し得るものとなり、製造が容易なだけでなく、波長変換体４や固体発光素子３の不具合の有無を事前確認した後で、半導体発光装置を完成することができるので、工程ロスを少なくできる。
【０２０８】
また、前記波長変換体４は、先に説明したように、少なくとも、前記一次光を波長変換する波長変換層４ａ（蛍光体成形体１７ａ）と、前記波長変換層４ａを支持し、前記一次光を波長変換しない透光性被着基体２０とからなり、前記透光性被着基体２０は、前記波長変換層４ａよりも体積が大きいものとすることも好ましい。
【０２０９】
これによって、波長変換体４は、厚みを持つものとなり、取り扱いが容易なだけでなく、発熱によって歪みにくい波長変換体４になる。
また、厚みの薄い波長変換層４ａを持ち、かつ、透光性被着基体２０が良好な放熱体として作用する波長変換体４になるので、蓄熱が抑制されて温度上昇が少ない波長変換体４になり、半導体発光装置が高出力化する。
【０２１０】
なお、前記透光性被着基体２０は、前記波長変換層４ａを挟み込む構造の波長変換体４とすることも好ましい。
このようにすると、波長変換体４の発熱部が片面に偏らないので、熱によって、いっそう歪みにくい波長変換体４になる。
【０２１１】
また、波長変換層４ａの上下面に、熱伝導率の高い透光性被着基体２０が接触して放熱体として機能することになるので、発熱部となる波長変換層４ａの放熱効率がほぼ倍増して温度上昇を抑制するようになるので、半導体発光装置が高出力化する。
【０２１２】
前記接着物質は、少なくとも無機の粒子群を含んでなる樹脂とすることも好ましい。
無機物質は、一般に熱伝導率が高いので、このようにすると、例えば、樹脂のような熱伝導率の低い接着物質を用いた場合でも、比較的、熱伝導性が良い接着物質とすることができる。
【０２１３】
また、無機の粒子群による光拡散効果によって、発光の色むらを抑制するようにも作用する。
なお、前記無機の粒子群は、前記一次光を吸収して、前記一次光よりも長波長の光を放つ蛍光体粒子群を含んでなるものとすることもでき、このようにすると、出力光の色調を幾分制御できるものになるので好ましい。
【０２１４】
以下、少なくとも、前記構成元素群Ａを含み、前記構成元素群Ａの一部をＣｅ３＋で置換しており、かつ、ガーネットの結晶構造を持つ蛍光体の代表例となるＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋系黄緑色蛍光体の、本発明に係る透光性蛍光セラミックスの、Ｃｅ３＋付活量、蛍光体成形体１７ａの厚み、Ｇｄ３＋置換量などの好ましい範囲について、データを用いて詳説する。
【０２１５】
図１８は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋系のいくつかの透光性蛍光セラミックスと、ＩｎＧａＮ系化合物を発光層とする青色発光ダイオード（発光ピーク波長は４５０ｎｍである。）とを組み合わせ、前記透光性蛍光セラミックスが放つ黄緑色光と、前記青色発光ダイオードが放つ青色光の加法混色による白色光を放つ構造の白色ＬＥＤについて、透光性蛍光セラミックスの、Ｃｅ３＋置換量、Ｇｄ３＋置換量、透光性蛍光セラミックス（形状は平板状である。）の厚み、及び、当該白色ＬＥＤが放つ光の色度（ｘ，ｙ）と相関色温度をまとめた表である。
【０２１６】
なお、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋系蛍光体を、（Ｙ１−ａ−ｘＧｄａＣｅｘ）３Ａｌ５Ｏ１２の化学式で表した時に、当該ｘの数値を原子％で示したものをＣｅ３＋置換量と呼び、当該ａの数値を原子％で示したものをＧｄ３＋置換量と呼ぶものとしている。
【０２１７】
また、図１９は、ＣＩＥ色度座標上に、当該白色ＬＥＤ（図１８に、構成及び特性の一部を示した。）が放つ光の色度を黒体輻射の軌跡とともに示す図である。
なお、図１９において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、及びＧは、各々、色温度が、２０００Ｋ、３０００Ｋ、４０００Ｋ、５０００Ｋ、６０００Ｋ、７０００Ｋ、及び８０００Ｋの色度座標を示している。
【０２１８】
また、図１９において、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、及びｅの直線は、Ｇｄ３＋置換量が０原子％で、Ｃｅ３＋置換量が、各々、０．０５原子％、０．５原子％、１原子％、２原子％、及び３原子％であり、厚みが異なる前記透光性蛍光セラミックス（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋系）と、前記青色発光ダイオードとを組み合わせて得られる加法混色光のＣＩＥ色度座標上の軌跡を示すラインである。
【０２１９】
また、図１９において、ｆの点は、Ｇｄ３＋置換量が１８原子％で、Ｃｅ３＋置換量が０．０５原子％であり、厚みが０．６の前記透光性蛍光セラミックス（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋系）と、前記青色発光ダイオードとを組み合わせて得られる加法混色光の色度位置である。
【０２２０】
図１８と図１９との対比によって、以下が判る。
（Ｃｅ３＋置換量（１））
Ｃｅ３＋置換量は、多くなるほど、黄緑色Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋系透光性蛍光セラミックスの発光色は黄色がかったものとなって、前記加法混色光の色度ｘは大きくなり、８０００Ｋ以下の低色温度の前記加法混色光を得ることが容易になる。
【０２２１】
また、Ｃｅ３＋置換量が多くなるほど、青色光を吸収しやすい透光性蛍光セラミックスになるため、薄い厚みで、黄緑又は黄色がかった前記加法混色光を得ることが容易になる。
【０２２２】
なお、データは省略するものの、Ｃｅ３＋置換量が多くなるほど、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋系蛍光体の温度消光は大きくなり、耐熱性の面で比較的劣る透光性蛍光セラミックスになる。
【０２２３】
但し、後記するように、Ｃｅ３＋置換量が０．５原子％を超え、特に１原子％以上になると、急激に、透光性蛍光セラミックスの状態における、青色光の、黄緑色光への波長変換効率（光子変換効率又は内部量子効率）は低下し、半導体発光装置の高出力化が困難になる。
【０２２４】
図１８と図１９から、相関色温度が４５００Ｋ以上８０００Ｋ以下、好ましくは５０００Ｋ以上７０００Ｋ以下の点光源（ハロゲンランプや車載用ヘッドランプなどとして適する相関色温度は４０００Ｋ以上６７００Ｋ以下である。）を得るために好ましいＣｅ３＋置換量は、Ｇｄ３＋置換量がゼロの場合では、０．５原子％以上３原子％未満程度であり、好ましくは、１原子％以上３原子％未満であることが判る。
【０２２５】
（Ｇｄ３＋置換量）
黄緑色Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋透光性蛍光セラミックスのＹ３＋の一部（１８原子％）をＧｄ３＋で置換することによって、発光色は黄色がかったものとなって、前記加法混色光の色度ｘは大きくなり、８０００Ｋ以下の低色温度の前記加法混色光を得ることができるようになる。
【０２２６】
データは省略するものの、Ｇｄ３＋置換量が多くなるほど、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋系蛍光体の温度消光は大きくなり、耐熱性の面で比較的劣る透光性蛍光セラミックスになる。
【０２２７】
図１８と図１９から、相関色温度が４５００Ｋ以上８０００Ｋ以下、好ましくは５０００Ｋ以上７０００Ｋ以下の点光源（ハロゲンランプや車載用ヘッドランプなどとして適する相関色温度である。）を得るために好ましいＧｄ３＋置換量は、Ｃｅ３＋置換量が０．０５原子％程度の場合では、１５原子％以上５０原子％以下程度、好ましくは２０原子％以上４０原子％以下程度と推察できる。
【０２２８】
これを精査した結果、図１８と図３４に示すように、相関色温度が２８００Ｋ以上６７００Ｋ以下、好ましくは４０００Ｋ以上６７００Ｋ以下の点光源（最近のハロゲンランプや車載用ヘッドランプなどとして、いっそう適する相関色温度である。）を得るために好ましいＧｄ３＋置換量は、Ｃｅ３＋置換量が０．５原子％程度の場合では、０原子％以上５０原子％以下程度、好ましくは０原子％以上３０原子％以下程度であることが判った。          
【０２２９】
なお、他の実験データ等を考慮すると、Ｇｄ３＋で置換した場合のＣｅ３＋置換量は、 ０．０５原子％以上１原子％以下、特に、０．１原子％以上０．８原子％以下程度で、 程度の差こそあれ、同様の効果が得られると期待される。
【０２３０】
（透光性蛍光セラミックスの厚みｔ）
ｔが厚ければ厚いほど、青色光を吸収しやすい透光性蛍光セラミックスになるため、黄緑又は黄色がかった前記加法混色光を得ることが容易になる。
【０２３１】
図１８と図１９から、黒体輻射に近い、相関色温度が４５００Ｋ以上８０００Ｋ以下、好ましくは５０００Ｋ以上７０００Ｋ以下の点光源（ハロゲンランプや車載用ヘッドランプなどとして適する相関色温度は４０００Ｋ以上６７００Ｋ以下である。）を得るために好ましい前記ｔは、Ｃｅ３＋置換量が０．０５原子％の場合では０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下程度であり、０．５〜１原子％の場合では０．１ｍｍ未満の厚みであり、２〜３原子％の場合では０．０２ｍｍ未満の厚みであることが判る。
【０２３２】
以下、好ましい透光性蛍光セラミックスの厚みとＣｅ３＋置換量との関係について、図１８と図１９を、それぞれ対比しながら、より詳しく説明する。
図１８と図１９から判るように、照明用、特に、車載前照灯やプロジェクション光源用として好ましい、白色として定義される光（白色光：図１９中に点線で示す範囲。）を得るための透光性蛍光セラミックスの厚みは、前記Ｃｅ３＋置換量によって異なっており、例えば、Ｇｄ３＋置換量がゼロのＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋透光性蛍光セラミックス場合では、Ｃｅ３＋置換量が０．０５原子％の場合（図１９中では、ａの線で示す。）では、少なくとも０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の厚みは好ましい厚みである。
なお、他の実験データからの類推で、測定誤差なども考慮すると、Ｃｅ３＋置換量が０．０１原子％以上０．１原子％未満の場合は、白色光を得る上で好ましい厚みは、概ね、０．１ｍｍ（１００μｍ）以上２ｍｍ未満であることが判る。
また、Ｃｅ３＋置換量が０．５原子％の場合（図１９中では、ｂの線で示す。）では、少なくとも０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の厚みが好ましい最大厚みである。
なお、他の実験データからの類推で、測定誤差なども考慮すると、Ｃｅ３＋置換量が０．１原子％以上１原子％未満の場合は、白色光を得る上で好ましい厚みは、概ね、０．０２ｍｍ（２０μｍ）以上０．３ｍｍ（３００μｍ）未満であることが判る。
さらに、Ｃｅ３＋置換量が１〜３原子％の場合（図１９中では、ｃ〜ｅの線で示す。）では、好ましい厚みは、少なくとも０．０２ｍｍ以上０．１ｍｍ未満の範囲内にある。
他の実験データからの類推で、測定誤差なども考慮すると、白色光を得る上で好ましい厚みは、Ｃｅ３＋置換量が１原子％以上５原子％未満の場合は、概ね、０．００５ｍｍ（５μｍ）以上０．０５ｍｍ（５０μｍ）未満であることが判る。
さらに、例えば、Ｇｄ３＋置換量が１８％の（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋透光性蛍光セラミックス場合では、Ｃｅ３＋置換量が０．０５原子％の場合（図１９中では、ｆで示す。）では、少なくとも０．６ｍｍ以下の厚みは好ましい厚みである。
【０２３３】
なお、他の実験データからの類推で、測定誤差なども考慮すると、Ｇｄ３＋置換しない場合と同様に、Ｃｅ３＋置換量が０．０１原子％以上０．１原子％未満の場合は、白色光を得る上で好ましい厚みは、概ね、０．１ｍｍ（１００μｍ）以上２ｍｍ未満であることが判る。
【０２３４】
なお、図１８と図１９では、前記した、少なくとも、構成元素群Ａを含み、前記構成元素群の一部をＣｅ３＋で置換しており、かつ、ガーネットの結晶構造を持つ蛍光体の一例として、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、及び（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋透光性蛍光セラミックスの場合を説明したが、結晶構造及び光物性の類似性によって、前記構成元素群Ａを含み、前記構成元素群の一部をＣｅ３＋で置換しており、かつ、ガーネットの結晶構造を持つ他の蛍光体でも同様の作用効果が認められる。
【０２３５】
（４０００Ｋ以上８０００Ｋ以下の相関色温度の加法混色光を得るための条件）
上記した、Ｃｅ３＋置換量、Ｇｄ３＋置換量、透光性蛍光セラミックスの厚み（ｔ）を考慮すると、前記４５００Ｋ以上８０００Ｋ以下、好ましくは５０００Ｋ以上７０００Ｋ以下の相関色温度の加法混色光を得るための条件は、以下の範囲にあるといえる。
【０２３６】
（１）Ｃｅ３＋置換量は、３原子％未満である。
なお、下限は特に限定されるものではなく、温度消光を考慮すると少なければ少ないほど良いが、青色光の吸収効率を考慮すると、０．０１原子％以上、好ましくは０．０３原子％以上である。
【０２３７】
つまり、好ましいＣｅ３＋置換量は、０．０１原子％以上３原子％未満、好ましくは０．０３原子％以上３原子％未満である。
（２）Ｇｄ３＋置換量は、０原子％以上５０原子％以下程度であり、Ｃｅ３＋置換量によって、Ｇｄ３＋置換量を変えれば足りる。
【０２３８】
（３）透光性蛍光セラミックスの厚み（ｔ）は、特に、Ｃｅ３＋置換量によって変える必要性があるが、おおむね、０．０１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下（１０μｍ以上６００μｍ以下）であれば足りる。
【０２３９】
図２０〜２４は、厚みが一定（０．６ｍｍ）で、前記Ｃｅ３＋置換量が異なる、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋透光性蛍光セラミックスの、透光性蛍光セラミックスの状態での内部量子効率（絶対値。光子変換効率であり、波長変換効率を示すものである。）、及び、外部量子光率（絶対値。光子変換効率であり、波長変換効率を示すものである。）を調べた結果である。
【０２４０】
図２０、図２１、図２２、図２３、図２４は、各々、Ｃｅ３＋置換量が、０．０５原子％、０．５原子％、１原子％、２原子％、３原子％の場合を示している。
また、参考のために、図２５には、Ｃｅ３＋置換量が２原子％の、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋粉末蛍光体の評価データを示した。
【０２４１】
なお、透光性蛍光セラミックスの状態での内部量子効率評価は、前記大久保等の文献記載の評価手法を用い、サンプルホルダに圧着した、反射率標準となる硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）粉末の圧着物の上に、透光性蛍光セラミックスの小片（例えば、１ｃｍ角程度の板状の成形体）を配置して行った。
【０２４２】
図２５に示すように、製造条件を最適化した粉末状のＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋蛍光体は、青色光励起下では、理論限界の１００％に近い内部量子効率（＞９５％）を示し、これが従来から高出力の白色ＬＥＤ用として、当該粉末蛍光体が好まれる一因になっている。
【０２４３】
これに対して、透光性蛍光セラミックスの状態のＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋蛍光体では、図２０〜２４を見て判るように、Ｃｅ３＋置換量が、０．０５原子％から３原子％へと増すにつれて、特に、１原子％以上になると急激に、内部量子効率が下がる挙動を示すことが判明した。
【０２４４】
一般に、白色ＬＥＤ光源用としての粉末蛍光体は、青色光吸収を強める必要性から、青色光の吸収因子となるＣｅ３＋イオンの置換量は、１〜５原子％の高い水準に設定するが、発明者等の調査によって、白色ＬＥＤ光源用として一般的な上記Ｃｅ３＋置換量では、高い内部量子効率水準の当該透光性蛍光セラミックスは得られないか、又は、得ることが困難なことが判った。
【０２４５】
このことは、白色ＬＥＤ光源用として一般的な上記Ｃｅ３＋置換量のＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋透光性蛍光セラミックスを用いて、高出力の半導体発光装置を得ることが困難なことを裏付けるものである。
【０２４６】
なお、Ｃｅ３＋置換量が増すにつれて、内部量子効率が下がる理由については、現在、不明確ながらも、一つの仮説として、以下のメカニズムが考えられる。
（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋透光性蛍光セラミックスにおける、Ｃｅ３＋置換量の増加に伴う青色光の波長変換効率低下の推定メカニズム）
一般に、透光性蛍光セラミックスは、粒状の無機蛍光体の単結晶の集合体であることが知られており、当該粒の大きさが大きくなるほど、透光性が増すことが知られている。
【０２４７】
また、粒と粒の間の境界は、透光性及び発光効率を低下させる要因になることも知られている。
このため、透光性蛍光セラミックスの透光性を高め、かつ、発光性能を高めるために、一般には、前記粒の大きさを大きくし、かつ、前記境界の体積割合を減らす取り組みがなされる。
【０２４８】
透光性蛍光セラミックスの製造では、前記粒の大きさを大きくし、前記境界の体積割合を減らす目的で、焼成原料には、蛍光体原料だけでなく、少量の焼結助剤（例えば、ＭｇＯやＳｉＯ２など）を添加することも知られている。
【０２４９】
また、前記焼結助剤の一部又は全部を構成する元素成分は、前記境界付近に偏析しやすいことも知られている。
したがって、Ｃｅ３＋置換量を増すにつれて、例えば、前記焼結助剤とＣｅ化合物とが反応して、光の失活中心となる化合物を形成したり、前記境界の体積割合が増したり、前記粒が小さくなったりする可能性は高い。
【０２５０】
一方、一般に透光性蛍光セラミックスは、屈折率が空気よりも大きいために、透光性蛍光体に入射した光や、透光性蛍光セラミックス中で発生した光は、透光性蛍光セラミックス中に閉じ込められやすく、空気中へと放たれにくい性質を持つ。
【０２５１】
このため、当該光は、透光性蛍光セラミックス中を行き来することになり、前記境界や前記粒中を多数回に亘り通過することになる。
この結果、前記した、光の失活中心となる化合物や前記境界を、多数持つ透光性蛍光セラミックスでは、前記した、透光性蛍光体に入射した光や、透光性蛍光セラミックス中で発生した光は、透光性蛍光セラミックス中で吸収されて失われ易く、光子変換効率は下がることになる。
【０２５２】
実際に、このようなメカニズムが働くか否かについては、今後詳しい調査を要するものの、このような仮説が正しければ、Ｃｅ３＋置換量を増すにつれて、内部量子効率が下がることになり、実験データを裏付けるものになる。
【０２５３】
また、上記Ｃｅ３＋置換量の増加に伴う内部量子効率の低下は、蛍光性の無機成形体、特に、少なくとも、構成元素群Ａを含み、前記構成元素群Ａの一部をＣｅ３＋で置換しており、かつ、ガーネットの結晶構造を持つ蛍光体（但し、前記構成元素群Ａは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｌｕから選ばれる少なくとも一つの元素を含んでなる元素群である。）となる透光性蛍光セラミックスの本質的な課題となるため、この解決策が求められることになる。
【０２５４】
したがって、図２０〜２４によって、上記したＣｅ３＋置換量については、さらに以下のこともいえることになる。
（Ｃｅ３＋置換量（２））
Ｃｅ３＋置換量は、多くなるほど、おそらく透光性蛍光セラミックス中の光吸収ロスが大きな透光性蛍光セラミックスになることに起因して、透光性蛍光セラミックスとしての光子変換効率（内部量子効率）が下がるので、このことを考慮すると、好ましいＣｅ３＋置換量は、前記０．０１原子％以上３原子％未満の中の、０．０１原子％以上１原子％以下、特に好ましくは０．０１原子％以上０．５原子％以下である。
【０２５５】
本発明に係る半導体発光装置は、図１２に示すように、絶縁基板である放熱基板１と、配線導体Ａ２ａと、接着剤２３と、固体発光素子３と、波長変換体４を少なくとも積み重ねて構成したものであってもよい。
【０２５６】
配線導体Ｂ２ｂの配置については、図１２に具体例を示すように、放熱基板１の上に配置したものであっても良いが、放熱基板１の上や上方から外れる場所に配置することもできる。
【０２５７】
なお、配線導体Ａ２ａと配線導体Ｂ２ｂとは、少なくとも絶縁体（空隙を含む）を隔てて配置されておればよく、その配置位置については特に限定されるものではない。
なお、固体発光素子３の、対をなす給電電極Ａ１４ａ及び給電電極Ｂ１４ｂの一方は、配線導体Ａ２ａと電気的に接続するようにし、もう一方は、配線導体Ｂ２ｂと電気的に接続するようにする。
【０２５８】
少なくとも、固体発光素子３の、対をなす給電電極Ａ１４ａ及び給電電極Ｂ１４ｂの前記もう一方と、配線導体Ｂ２ｂとは、両者に、配線導体Ｃ５を接続することによって、電気的接続を得ることができる。
【０２５９】
なお、配線導体Ｃ５としては、例えば、金属ワイヤー（金線など）を用いることができる。
このような電気的接続を持つ半導体発光装置は、前記配線導体Ａ２ａと配線導体Ｂ２ｂとを用いて、固体発光素子３に電力を供給することができる。
【０２６０】
これによって、固体発光素子３は、電光変換作用によって、電気エネルギーを光に変換し、前記一次光１５が放たれることになる。
図１４に示すように、本発明に係る半導体発光装置にあっては、前記固体発光素子３は、間接的に、全体を光透過物２５で封止し、前記光透過物２５は、少なくとも放熱部材（放熱基板１や前記配線電極Ａ２ａである。）に接触することが好ましい。
【０２６１】
これによって、光透過物２５を介して、配線電極Ａ２ａ及び放熱基板１（いずれも、良好な放熱体として機能するものである。）へと至る、波長変換体４の放熱経路を確保でき、放熱面積及び放熱包絡体積が増えるだけでなく、前記放熱経路の放熱断面積を増すことにもなるので、放熱効果が高まり、波長変換体４の温度上昇が抑制されることになる。
【０２６２】
また、波長変換体４の周囲全体に亘って、均等に放熱する放熱経路を確保することにもなるので、波長変換体４の周囲の上昇温度が均質化し、これらの局部加熱が抑制されて、高出力化を促すことにもなる。
【０２６３】
この放熱経路については後で図面を用いて詳しく説明する。
なお、上記した、「前記固体発光素子３は、間接的に、全体を光透過物２５で封止する」とは、図１４に示すように、前記光透過物２５が、例えば波長変換体４等を含めて、前記固体発光素子３の底面を除く周囲全体に接触して、前記固体発光素子３を間接的に包み込むように封止することを意味する。
【０２６４】
前記光透過物２５としては、透光性樹脂（シリコーン樹脂、フッ素樹脂など）や、透光性低融点無機材料（低融点ガラスなど）が利用できる。
これらの光透過物２５は、比較的高い屈折率を有するものが多く、特に、前記光透過物２５が、前記主光取り出し面を含み、底面を除く、前記固体発光素子３の周囲全体に、直接接触して包み込むように封止した構造では、固体発光素子３が放つ一次光１５の光取り出し効率が高まり、高出力化を図る目的でも好ましいものとなる。
【０２６５】
前記透光性樹脂中、あるいは、透光性低融点無機材料中には、当該光透過物２５の熱伝導特性を高める目的で、各種無機材料を含めることも好ましい。
なお、前記透光性樹脂中に含める無機材料としては、光透過性を持つ透光性無機材料、光反射性を持つ光反射無機材料、良好な熱伝導特性（熱伝導率が３Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは１０Ｗ／ｍＫ以上、より好ましくは１００Ｗ／ｍＫ以上）を持つ高熱伝導性無機材料、高い屈折率（３８０〜７８０ｎｍの可視領域における室温下の屈折率が１．２以上、好ましくは１．４以上で、４．０未満程度）を持つ高屈折率無機材料、前記一次光１５を拡散する光拡散無機材料、前記一次光を吸収して可視光を放つ蛍光無機材料（無機蛍光体である。）などから選択でき、必要に応じて、これらを適宜組み合わせて用いることも好ましく、これらの中の少なくとも一つを用いれば良い。
【０２６６】
前記透光性無機材料としては、各種酸化物（酸化アルミニウム、二酸化珪素、二酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化イットリウム他の希土類酸化物、イットリウムアルミニウムガーネットやＳｒＴｉＯ３他の複合酸化物など）、各種窒化物（窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化珪素、窒化ガリウム、窒化ガリウムインジウムなど）、炭化珪素などの炭化物等が利用可能である。
【０２６７】
前記光反射無機材料としては、前記各種酸化物、硫酸バリウムなどの硫酸塩、各種金属（Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇなど）等が利用可能である。
前記高熱伝導性無機材料としては、前記各種酸化物、前記各種窒化物、各種炭化物（炭化珪素など）及び炭素、前記各種金属等が利用可能である。
【０２６８】
前記高屈折率無機材料としては、前記透光性無機材料などが利用可能である。
前記光拡散無機材料としては、前記透光性無機材料及び前記光反射無機材料の少なくとも一つから選ばれる、中心粒径（Ｄ５０）が、０．１μｍ以上１ｍｍ未満（サブミクロン〜サブミリ）程度の粉末（粒子群）などが利用可能である。
【０２６９】
前記蛍光無機材料としては、先に説明した無機蛍光体等が利用可能である。
前記透光性樹脂中に含める無機材料の形状や性状などは特に限定されるものではないが、取扱い、及び、熱伝導特性の、制御の容易さなどの面で好ましい無機材料は粉体又はフィラーとして知られる粒子群であり、前記平均径あるいは中心粒径（Ｄ５０）が、１ｎｍ以上１ｍｍ未満程度の、ナノ粒子群、サブミクロン粒子群、ミクロン粒子群、サブミリ粒子群などである。
【０２７０】
良好な光透過特性を持つ光透過物２５を得る目的で好ましい前記粒子群は、個々の粒子が、球形又は擬球形の粒子形状を持つ粒子群、又は、ナノ粒子群（１ｎｍ以上１００ｎｍ未満程度）であり、光透過率の面で優れる光透過物２５を形成できるようになる。
【０２７１】
本発明に係る半導体発光装置の好ましい形態では、波長変換体４は、直線透過率に優れる前記セラミックス系成形体の波長変換体とし、前記光透過物２５は、前記光拡散無機材料を含めて構成したものとする。
【０２７２】
これによって、温度消光と前記混色光の色分離が抑制され、高出力化と発光色の均質化の面で優れる半導体発光装置になる。
図１５は、本発明に係る代表例として、図１４に示した半導体発光装置（放熱基板１上に設けた配線導体Ａ２ａ上に、固体発光素子３を実装し、その上に波長変換体４を設けた構造物）において、波長変換体４の波長変換層４ａで生じる熱の放熱経路を示す図である。
【０２７３】
図１５において、発熱部分は黒塗り表示し、放熱経路は矢印表示している。
図１５に示すように、本発明に係る半導体発光装置では、投入電力の増加に伴い増大する波長変換体４の波長変換層４ａの発生熱が、（１）接触配置した固体発光素子３を介して、固体発光素子３の底面全体を利用する熱伝導によって、固体発光素子３の下方に配置した高熱伝導体（配線導体Ａ２ａ、放熱基板１、外部付加放熱体（図示せず）など）へと、均一均等かつ速い速度で熱伝導するようにするとともに、必要に応じて、（２）光透過物２５を介しても、固体発光素子３の下方に配置した前記高熱伝導体や周囲外気へと熱伝導するようにし、さらに、（３）配線導体Ｃ５を介しても、前記高熱伝導体等へ熱伝導するようにして、放熱特性が高まるようにしている。
【０２７４】
これによって、波長変換体４の波長変換層４ａについて、均等に高放熱する放熱経路を確保し、波長変換層４ａの上昇温度に伴う温度消光を抑制して、高出力化を促すようにする。
【０２７５】
このようにして、前記高熱伝導体が持つ良好な熱伝導特性と比較的大きな表面積及び包絡体積とを十分活かして、発熱部分となる波長変換層４ａから固体発光素子３を通過して、固体発光素子３の直下方向、横下、及び横方向へと熱伝導する放熱効率を高めるようにして、波長変換層４ａの温度上昇に起因する発光効率低下を抑制する。
【０２７６】
なお、実施形態１では、固体発光素子３として、上下面に対をなす給電電極を持つ構造の場合を説明したが、上面又は下面に対をなす給電電極を持つ構造の固体発光素子３の場合でも、同様の作用効果が、得られることは言うまでもない。
【０２７７】
（ハロゲンランプや車載用ヘッドランプに好適な相関色温度を得るための条件）
ハロゲンランプや車載用ヘッドランプに好適な相関色温度（目標値５０００Ｋ）を得るための好適な条件について検討した。
【０２７８】
まず、Ｃｅ３＋置換量について検討した。図２６は、Ｃｅ３＋置換量と内部量子効率の関係を示す図であって、図２０〜２５に示す結果をまとめたものである。
図２６に示すとおり、内部量子効率はＣｅ３＋置換量が減少するほど増加する傾向にあり、４５０ｎｍ励起において、Ｃｅ３＋置換量が０．５原子％以下の場合に内部量子効率が９０％以上であった。なお、図２６において「ＯＫ」で示す範囲は内部量子効率が８０％以上の範囲である。
【０２７９】
上述したように、内部量子効率は、８５％以上が好ましく、９０％以上がより好ましいとされている。そこで、内部量子効率９０％以上であることを理由に、Ｃｅ３＋置換量は０．５原子％とした。
【０２８０】
図１９に示すように、Ｃｅ３＋置換量を０．５原子％とした場合において、Ｇｄ３＋置換量が０原子％であれば、相関色温度は８０００Ｋ程度になる。したがって、相関色温度５０００Ｋ程度を実現するためには色度調整が必要であった。上述しように、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋系黄緑色蛍光体では、Ｙの一部をＧｄ３＋で置換すると、発光ピーク波長を長波長側にシフトさせて、黄色味を帯びた発光色にすることができる。そこで、Ｇｄ３＋置換による色度調整を試みた。
【０２８１】
Ｇｄ３＋置換を行うにあたり、まず、Ｇｄ３＋置換量が内部量子効率に与える影響について検討した。図２７〜２９は、透光性蛍光セラミックスの内部量子効率を示す図であり、いずれの図においてもＣｅ３＋置換量は０．５原子％である。一方、Ｇｄ３＋置換量は、図２７においては０原子％、図２８においては１５原子％、図２９においては３０原子％である。図２７〜２９に示すとおり、Ｇｄ３＋置換量が内部量子効率に与える影響は小さかった。
【０２８２】
図３０は、Ｇｄ３＋置換量と内部量子効率の関係を示す図であって、透光性蛍光セラミックスの４５０ｎｍ励起における内部量子効率を示している。図３０に示すとおり、Ｇｄ３＋置換量が５０原子％以内であれば内部量子効率は９０％以上を保持することができた。
【０２８３】
そこで、Ｇｄ３＋置換量５０原子％以内の範囲において、Ｇｄ３＋置換量が色度に及ぼす影響を検討した。図３１は、白色ＬＥＤが放つ光の色度を示す図であり、図中において、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ及びｇの直線は、Ｃｅ３＋置換量が０．５原子％で、Ｇｄ３＋置換量が、各々、０原子％、５原子％、１５原子％、２０原子％、３０原子％、４０原子％及び５０原子％であり、厚みが異なる前記透光性蛍光セラミックス（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋系）と、前記青色発光ダイオードとを組み合わせて得られる加法混色光のＣＩＥ色度座標上の軌跡を示すラインである。
【０２８４】
なお、図３１において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、及びＧは、各々、色温度が、２０００Ｋ、３０００Ｋ、４０００Ｋ、５０００Ｋ、６０００Ｋ、７０００Ｋ、及び８０００Ｋの色度座標を示している。
【０２８５】
図３１からＣｅ３＋置換量を０．５原子％とし、Ｇｄ３＋置換量を２０原子％とした場合に、相関色温度５０００Ｋを実現できることが判った。
さらに、温度特性についても検討した。車載用ヘッドランプの温度特性として、１５０℃で室温時の７０％以上の発光強度を保持することが好ましい。そこで、１５０℃で室温時の７０％以上の発光強度を保持できる条件について検討した。
【０２８６】
図３２は、Ｃｅ３＋置換量と温度特性との関係を示す図であって、Ｇｄ３＋置換量はいずれも０原子％であり、Ｃｅ３＋置換量は、０．０５原子％、０．５原子％、１．０原子％、２．０原子％、３．０原子％である。参考のために、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋粉末蛍光体のデータも表示している。Ｃｅ３＋置換量が２．０原子％以下である場合は、発光強度が７０％以上であるが、Ｃｅ３＋置換量が３．０原子％以上になると、発光強度は急激に低下して７０％未満になった。
【０２８７】
図３３は、Ｇｂ３＋置換量と温度特性との関係を示す図であって、Ｃｅ３＋置換量はいずれも０．５原子％であり、Ｇｂ３＋置換量は、０原子％、５原子％、１５原子％、２０原子％、３０原子％、４０原子％、５０原子％である。参考のために、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋粉末蛍光体のデータも表示している。Ｇｂ３＋置換量が３０原子％以下である場合は、発光強度が７０％以上であるが、Ｇｂ３＋置換量が４０原子％以上になると、発光強度は急激に低下して７０％未満になった。
【０２８８】
図３２と図３３から、Ｃｅ３＋置換量が２．０原子％以下であり、かつ、Ｇｂ３＋置換量が３０原子％以下である条件を満たせば、１５０℃で室温時の７０％以上の発光強度を保持できることが判った。上述したように、相関色温度５０００Ｋを実現するためには、Ｃｅ３＋置換量を０．５原子％とし、Ｇｄ３＋置換量を２０原子％とすれば良いのであるが、この場合前記条件を満たしている。したがって、Ｃｅ３＋置換量を０．５原子％とし、Ｇｄ３＋置換量を２０原子％とすれば、目標とする相関色温度５０００Ｋを実現しながら、かつ、目標とする温度特性も得られることが判った。
【０２８９】
以上が相関色温度５０００Ｋを実現するための条件についての検討であるが、さらに、５０００Ｋに限らず、２８００〜８０００Ｋの範囲内における様々な相関色温度を実現するための条件についても検討した。
【０２９０】
図３４は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋系のいくつかの透光性蛍光セラミックスと、ＩｎＧａＮ系化合物を発光層とする青色発光ダイオード（発光ピーク波長は４５０ｎｍである。）とを組み合わせ、前記透光性蛍光セラミックスが放つ黄緑色光と、前記青色発光ダイオードが放つ青色光の加法混色による白色光を放つ構造の白色ＬＥＤについて、透光性蛍光セラミックスの、Ｃｅ３＋置換量、Ｇｄ３＋置換量、透光性蛍光セラミックス（形状は平板状である。）の厚み、及び、当該白色ＬＥＤが放つ光の色度（ｘ，ｙ）と相関色温度をまとめた表である。
【０２９１】
図３５は、ＣＩＥ色度座標上に、当該白色ＬＥＤ（図３４に、構成及び特性の一部を示した。）が放つ光の色度を黒体輻射の軌跡とともに示す図である。
図３４と図３５に示すように、Ｃｅ３＋置換量、Ｇｄ３＋置換量、透光性蛍光セラミックスの厚み等に変更を加えることにより、２８００〜８０００Ｋの範囲内における様々な相関色温度が実現可能であった。
【０２９２】
次に、図３４において、Ｃｅ３＋置換量が０．５原子％である実施例１〜５群と、Ｃｅ３＋置換量が０．８原子％である実施例６〜９群とを比較すると、Ｃｅ３＋置換量を増加させることでより低い相関色温度が実現できることが判る。そこで、Ｃｅ３＋置換量を０．８原子％とした場合についても、好ましい温度特性が得られる条件について検討した。
【０２９３】
図３６は、Ｇｂ３＋置換量と温度特性との関係を示す図であって、Ｃｅ３＋置換量はいずれも０．８原子％であり、Ｇｂ３＋置換量は、１０原子％、２０原子％、３０原子％、４０原子％である。Ｃｅ３＋置換量を０．８原子％とした場合、Ｇｂ３＋置換量が２０原子％以下であれば発光強度が７０％以上と好ましく、Ｇｂ３＋置換量が４０原子％以上であれば発光強度は７０％未満であった。
【０２９４】
以上、ハロゲンランプや車載用ヘッドランプに好ましい温度特性として、１５０℃で室温時の７０％以上の発光強度を保持することを目標として検討を行ってきたが、一般照明用であれば、７０℃で室温時の７０％以上の発光強度を保持すれば良い。一方、ハロゲンランプや車載用ヘッドランプは、より過酷な環境下で使用される場合を考慮すれば、２００℃で室温時の７０％以上の発光強度を保持することがさらに好ましい。そこで、７０℃、１５０℃、２００℃のそれぞれで、室温時の７０％以上の発光強度を保持する条件について整理した。
【０２９５】
図３７と図３８は、Ｃｅ３＋置換量及びＧｄ３＋置換量で定まる色温度領域を示す図であって、図３１〜３６の結果を上記温度特性の観点からまとめたものである。
図３７に示すように、Ｃｅ３＋置換量が０．５原子％の場合に、Ｇｄ３＋置換量が５０原子％以下であれば３６００〜８０００Ｋの色温度領域において７０℃で室温時の７０％以上の発光強度が得られ、Ｇｄ３＋置換量が３０原子％以下であれば４５００〜８０００Ｋの色温度領域において１５０℃で室温時の７０％以上の発光強度が得られ、Ｇｄ３＋置換量が１０原子％以下であれば６０００〜８０００Ｋの色温度領域において２００℃で室温時の７０％以上の発光強度が得られる。
【０２９６】
図３８に示すように、Ｃｅ３＋置換量が０．８原子％の場合に、Ｇｄ３＋置換量が５０原子％以下であれば２８００〜７０００Ｋの色温度領域において７０℃で室温時の７０％以上の発光強度が得られ、Ｇｄ３＋置換量が３０原子％以下であれば４５００〜７０００Ｋの色温度領域において１５０℃で室温時の７０％以上の発光強度が得られ、Ｇｄ３＋置換量が１０原子％以下であれば５５００〜７０００Ｋの色温度領域において２００℃で室温時の７０％以上の発光強度が得られる。
【０２９７】
（高出力点光源化に伴い発生する課題）
以下、半導体発光装置の高出力点光源化に伴い発生する課題の中で、上述したもの以外の波長変換体に関わる代表的な課題を列挙する。
【０２９８】
（１）セラミックス系成形体の波長変換体の採用に伴う混色光の色分離。
上記蛍光体層の温度上昇の課題を抑制するために、熱伝導率が大きく放熱性に優れるセラミックス系成形体（例えば、透光性蛍光セラミックス）を波長変換体として用いようとした時、樹脂蛍光膜以上に色むらの課題が顕著になる課題。（これは指向性の強いＬＥＤチップ光と、均一拡散する波長変換光との配光特性の違いに起因して、出力光を正面から見たときに、中央部ではＬＥＤチップ光（例えば青色光）が優勢となり、周辺部では波長変換光（例えば黄色光）が優勢となって発光色が分離し、均一な混色光（例えば白色光）を得ることが困難となる課題である。）
また、このような技術の視点からの課題だけでなく、製造販売の視点の課題もあった。投入電力密度の増加や大電流化とは直接関係しないものも含めて、それを列記すると、例えば、以下の課題である。
【０２９９】
（２）出力光の色調合わせが困難なことによる歩留まり低下と、工程の複雑化。
例えば、青色ＬＥＤ光と、波長変換体によって波長変換された黄色光の混色によって白色光を得る原理の白色ＬＥＤでは、チップへの投入電力密度の増加に伴い、チップや波長変換体などの多くの部材は、僅かな外部環境変化によって特性ばらつきが大きくなる条件下での使用を強いられる。このため、出力光の特性ばらつき、特に色調ばらつきが、投入電力密度の増加に伴って加速度的に大きくなる課題。
【０３００】
（３）多くの製造方法では、全製造工程の後半に蛍光膜形成工程が付加されることに起因する製品の性能水準及び品質の事前予想困難。
白色ＬＥＤは、一般に、他の蛍光体応用デバイス（蛍光ランプ、ＣＲＴ、ＰＤＰ、ＦＥＤ、ＶＦＤなど）とは蛍光膜形成工程の面で根本的に異なっており、デバイス製造工程の後半に蛍光膜形成工程が付加される特徴を持つ。一般に、蛍光膜の高品質／高性能化には比較的高度の技術的ノウハウを要するため、他の蛍光体応用デバイスでは、蛍光膜形成工程は別工程で行い、後半の工程で、他の工程と組み合わせることによってデバイスを完成するが、白色ＬＥＤの場合、このようなことは少ない。最終に近いデバイス製造工程で蛍光膜形成工程を付加するため、蛍光膜形成仕掛品の不具合発生時の製造ロスが大きく、製造コスト高要因を抱える課題。
【０３０１】
（４）白色ＬＥＤに対する市場の価格要望水準が低価格。
白色ＬＥＤは開発の歴史が浅いにも関わらず、市場は急成長しつつあり、話題性が高まって、企業間競争が激しいものとなっている。このため、市場形成途上の小さな市場規模の中で、希少価値のある開発途上の高価な部材（例えば、高出力ＬＥＤチップ、赤色蛍光体、放熱基板など）を用いなければ、市場要望を満たす商品開発が困難な状況にあり、必然的に製造コストが高くなる課題。
【０３０２】
このような背景事情から、これまでに実用実績の無い新しい技術を用いることなく、過去に電子デバイス応用などで十分な実用実績を持つ、オーソドックスな技術だけを用いて、これら全ての課題に対処する必要性に迫られていた。本発明に係る半導体発光装置の一態様では、これらの課題についても解決されている。
【０３０３】
（実施形態２）
図１６及び図１７は、本発明に係る半導体発光装置を用いて構成した、前照灯具（プロジェクション用光源や車載用ヘッドランプなど）の一例を示す側断面図である。
【０３０４】
本発明に係る光源装置は、図１６及び図１７に示すように、本発明に係る実施形態１の半導体発光装置２７を用いて構成したことを特徴とするものであり、好ましい形態として、外部放熱体２９とを少なくとも組み合わせてなる構造としている。
【０３０５】
このようにして、高出力の前照光を放つ小型でコンパクトな光源装置にする。
図１６及び図１７において、半導体発光装置２７は、実施形態１で説明した半導体発光装置であり、電力供給によって出力光２８を放つものである。
【０３０６】
つまり、先に説明した各種の波長変換体４（樹脂蛍光膜や透光性蛍光セラミックスなど）を小片として用い、前記波長変換体４は、固体発光素子３の少なくとも主光取り出し面に接着物質を介して接着した構造の半導体発光装置である。
【０３０７】
このようにして、固体発光素子３の主光取り出し面の面積と、半導体発光装置の光出射面の面積とがほぼ等しくなる構造として、高輝度の点光源としている。
なお、好ましい前記波長変換体４は、全体が波長変換層４ａとなる全無機の波長変換体であり、例えば、透光性蛍光セラミックス、蛍光ガラス、前記ＭＧＣ光変換部材である。
【０３０８】
このような全無機の波長変換体は、熱伝導率が高く、蓄熱しにくく、入手も容易であるので、このような、波長変換体４への入射光エネルギー密度が高くなる構造の半導体発光装置であっても、波長変換体４の温度上昇が比較的簡単に抑制できるものとなり、エネルギー効率の高い出力光２８を得ることができるようになる。
【０３０９】
一方、前記外部放熱体２９は、例えば、放熱フィンを備える放熱体、放熱作用を持つ構造体、あるいは、水冷ジャケットなどであり、前記半導体発光装置２７の発生熱を放熱し、前記半導体発光装置２７を冷却するためのものである。
【０３１０】
なお、図１６及び図１７では、本発明に係る半導体発光装置２７が放つ光を集光するための光学レンズ３２を備える光源装置とし、図１６では、さらに、所望の配光パターンを得るための遮光物２６とを備える光源装置としているが、これら付属物は必要に応じて適宜選択して用いればよいものである。
【０３１１】
以下、各々、簡単に説明するが、波長変換体４（及び固体発光素子３）の温度上昇抑制による高出力化については、先説明した通りであるので、ここでは説明を省略する。
図１６は、前照用光源装置の一例であり、前記本発明に係る半導体発光装置２７を、外部放熱体２９に、固定治具３０を用いて固定し、横方向に放たれる半導体発光装置の出力光２８が、そのまま光源装置の出力光として放たれるように構成したものである。
【０３１２】
図１７は、車載用ヘッドランプの一例を示す図であり、前記本発明に係る半導体発光装置２７を、外部放熱体２９に、固定治具３０を用いて固定し、同図において上方向に放たれる半導体発光装置の出力光２８が、反射鏡３３によって反射されて、横方向へと向きを変えて光源装置の出力光として放たれるように構成したものである。
【０３１３】
本実施形態に係る光源装置は、半導体発光装置２７を、放熱性と耐熱性に優れる構造としているので、外部放熱体２９の包絡体積を小さくでき、小型コンパクトな光源装置とすることができる。
【０３１４】
紙面の都合上、省略するが、これ以外にも、同様の技術思想に基づき、本発明に係る半導体発光装置を用いて、数多くの光源装置の変形例が考えられることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０３１５】
以上説明したように、本発明によれば、高出力と高信頼性を兼ね備え、オーソドックスな実用技術の単純応用で製造でき、特に、高出力点光源用として適する半導体発光装置、及び光源装置を提供でき、その実用的価値は大きい。
【符号の説明】
【０３１６】
１  放熱基板
２ａ  配線導体Ａ
２ｂ  配線導体Ｂ
３  固体発光素子
４  波長変換体
４ａ  波長変換層
５  配線導体Ｃ
６  電極パッド
７  絶縁性基体
８  導電性基体
９  透光性基体
１０  反射層
１１  半導体発光層
１２  透光性電極
１３  電極
１４ａ  給電電極Ａ
１４ｂ  給電電極Ｂ
１５  一次光
１６  透光性母材
１７  蛍光体
１７ａ  蛍光体成形体
１７ｂ  蛍光体粒子群
１８  光拡散体
２０  透光性被着基体
２１  電極取り出し部
２２  給電端子
２３  接着剤
２４  絶縁体
２５  光透過物
２６  遮光物
２７  半導体発光装置
２８  出力光
２９  外部放熱体
３０  固定治具
３１  取り付けねじ
３２  光学レンズ
３３  反射鏡
【図１】
2011519149.tif 000003
【図２】
2011519149.tif 000004
【図３】
2011519149.tif 000005
【図４】
2011519149.tif 000006
【図５】
2011519149.tif 000007
【図６】
2011519149.tif 000008
【図７】
2011519149.tif 000009
【図８】
2011519149.tif 000010
【図９】
2011519149.tif 000011
【図１０】
2011519149.tif 000012
【図１１】
2011519149.tif 000013
【図１２】
2011519149.tif 000014
【図１３】
2011519149.tif 000015
【図１４】
2011519149.tif 000016
【図１５】
2011519149.tif 000017
【図１６】
2011519149.tif 000018
【図１７】
2011519149.tif 000019
【図１８】
2011519149.tif 000020
【図１９】
2011519149.tif 000021
【図２０】
2011519149.tif 000022
【図２１】
2011519149.tif 000023
【図２２】
2011519149.tif 000024
【図２３】
2011519149.tif 000025
【図２４】
2011519149.tif 000026
【図２５】
2011519149.tif 000027
【図２６】
2011519149.tif 000028
【図２７】
2011519149.tif 000029
【図２８】
2011519149.tif 000030
【図２９】
2011519149.tif 000031
【図３０】
2011519149.tif 000032
【図３１】
2011519149.tif 000033
【図３２】
2011519149.tif 000034
【図３３】
2011519149.tif 000035
【図３４】
2011519149.tif 000036
【図３５】
2011519149.tif 000037
【図３６】
2011519149.tif 000038
【図３７】
2011519149.tif 000039
【図３８】
2011519149.tif 000040
【国際調査報告】
2011519149.tif 000041
2011519149.tif 000042
2011519149.tif 000043