(57)【要約】  演色性を向上させた発光装置を提供するため、ＳｉＣ蛍光材料を用いた発光装置において、ドナー不純物及びアクセプタ不純物が添加されＳｉＣ結晶からなる第１ＳｉＣ蛍光部と、第１ＳｉＣ蛍光部と同じドナー不純物及び第１ＳｉＣ蛍光部と同じアクセプタ不純物が添加されたＳｉＣ結晶からなり、アクセプタ不純物の濃度が第１ＳｉＣ蛍光部のアクセプタ不純物の濃度よりも高く、第１ＳｉＣ蛍光部よりも発光波長が長い第２ＳｉＣ蛍光部と、第１ＳｉＣ蛍光部及び第２ＳｉＣ蛍光部を励起する励起光を発する発光部と、を備え、ＳｉＣ蛍光材料の演色性を向上させ、ＳｉＣ蛍光材料を用いた発光装置の色温度や演色指数の調整を簡単容易とした。
2014203974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドナー不純物及びアクセプタ不純物が添加されＳｉＣ結晶からなる第１ＳｉＣ蛍光部と、
前記第１ＳｉＣ蛍光部と同じドナー不純物及び前記第１ＳｉＣ蛍光部と同じアクセプタ不純物が添加されたＳｉＣ結晶からなり、当該アクセプタ不純物の濃度が前記第１ＳｉＣ蛍光部のアクセプタ不純物の濃度よりも高く、前記第１ＳｉＣ蛍光部よりも発光波長が長い第２ＳｉＣ蛍光部と、
前記第１ＳｉＣ蛍光部及び前記第２ＳｉＣ蛍光部を励起する励起光を発する発光部と、を備える発光装置。
【請求項２】
前記ドナー不純物は窒素であり、
前記アクセプタ不純物はホウ素であり、
前記第１ＳｉＣ蛍光部の前記アクセプタ不純物の濃度は、５×１０１８／ｃｍ３より低く、
前記第２ＳｉＣ蛍光部の前記アクセプタ不純物の濃度は、５×１０１８／ｃｍ３より高い請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記第１ＳｉＣ蛍光部と前記第２ＳｉＣ蛍光部は、前記アクセプタ不純物の濃度を変化させて連続的に形成される請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記第１ＳｉＣ蛍光部と前記第２ＳｉＣ蛍光部は、それぞれ、前記アクセプタ不純物の濃度がほぼ均一に形成される請求項２に記載の発光装置。
【請求項５】
前記発光装置は、前記第１ＳｉＣ蛍光部をなす第１ＳｉＣ層及び前記第２ＳｉＣ蛍光部をなす第２ＳｉＣ層を含むＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板上に形成され前記発光部をなすＧａＮ系半導体層と、を有するＬＥＤ素子である請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記ＳｉＣ基板は、前記ドナー不純物が窒素であり前記アクセプタ不純物がアルミニウムである第３ＳｉＣ層を含み、
前記第１ＳｉＣ層、前記第２ＳｉＣ層及び前記第３ＳｉＣ層は、前記ＧａＮ系半導体層側から窒素濃度の低い順に並べられる請求項５に記載の発光装置。
【請求項７】
前記第１ＳｉＣ蛍光部及び前記第２ＳｉＣ蛍光部は、炭素原子がキュービックサイトとヘキサゴナルサイトに配置されるＳｉＣ結晶からなり、ヘキサゴナルサイトの炭素原子と置換されるドナー不純物に対する、キュービックサイトの炭素原子と置換されるドナー不純物の割合が、結晶構造におけるヘキサゴナルサイトに対するキュービックサイトの割合よりも大きい請求項１から６のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項８】
白色光を発する発光装置において、
請求項５に記載のＬＥＤ素子を、ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子として含み、
前記ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子の前記ＳｉＣ基板は、紫外光により励起されると赤色光を発する６Ｈ型ＳｉＣ赤色蛍光部をなし、
前記ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子の前記ＧａＮ系半導体層は，紫外光を発する発光装置。
【請求項９】
前記ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子以外の少なくとも１種類のＬＥＤ素子を含む請求項８に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子は、ホウ素の濃度が前記６Ｈ型ＳｉＣ赤色蛍光部のホウ素の濃度よりも低く、前記紫外光により励起されると橙色光を発する６Ｈ型ＳｉＣ橙色蛍光部を含む請求項９に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子は、ドナー不純物としての窒素及びアクセプタ不純物としてのアルミニウムがドープされ前記紫外光により励起されると青色光を発する６Ｈ型ＳｉＣ青色蛍光部を含む請求項１０に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子以外のＬＥＤ素子の少なくとも１つは、紫外光を発する窒化物半導体層と、ドナー不純物としての窒素及びアクセプタ不純物としてのホウ素がドープされ前記紫外光により励起されると緑色光を発する４Ｈ型ＳｉＣ緑色蛍光部を含むＳｉＣ基板と、を有する請求項８から１２のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１３】
白色光を発する発光装置において、
ドナー不純物としての窒素及びアクセプタ不純物としてのホウ素がドープされ、ホウ素の濃度が５×１０１８／ｃｍ３より高く、紫外光により励起されると赤色光を発する６Ｈ型ＳｉＣ赤色蛍光部を含む発光装置。
【請求項１４】
前記６Ｈ型ＳｉＣ赤色蛍光部を含むＳｉＣ基板と、紫外光を発する窒化物半導体層と、を有するＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子と、
前記ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子以外の少なくとも１種類のＬＥＤ素子と、を含む請求項１３に記載の発光装置。
【請求項１５】
前記６Ｈ型ＳｉＣ赤色蛍光部は、ヘキサゴナルサイトの炭素原子と置換されるドナー不純物に対する、キュービックサイトの炭素原子と置換されるドナー不純物の割合が、結晶構造におけるヘキサゴナルサイトに対するキュービックサイトの割合よりも大きい請求項１４に記載の発光装置。
【請求項１６】
前記ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子は、ホウ素の濃度が前記６Ｈ型ＳｉＣ赤色蛍光部のホウ素の濃度よりも低く、前記紫外光により励起されると橙色光を発する６Ｈ型ＳｉＣ橙色蛍光部を含む請求項１５に記載の発光装置。
【請求項１７】
前記ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子は、ドナー不純物としての窒素及びアクセプタ不純物としてのアルミニウムがドープされ前記紫外光により励起されると青色光を発する６Ｈ型ＳｉＣ青色蛍光部を含む請求項１６に記載の発光装置。
【請求項１８】
前記６Ｈ型ＳｉＣ赤色蛍光部、前記６Ｈ型ＳｉＣ橙色蛍光部及び前記６Ｈ型ＳｉＣ青色蛍光部は、前記窒化物半導体層側から窒素濃度の低い順に並べられる請求項１７に記載の発光装置。
【請求項１９】
前記ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子以外のＬＥＤ素子の少なくとも１つは、紫外光を発する窒化物半導体層と、ドナー不純物としての窒素及びアクセプタ不純物としてのホウ素がドープされ前記紫外光により励起されると緑色光を発する４Ｈ型ＳｉＣ緑色蛍光部を含むＳｉＣ基板と、を有する第２のＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子である請求項１３から１８のいずれか１項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ蛍光材料を用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体のｐｎ接合による発光素子として、ＬＥＤ（発光ダイオード）が広く実用化され、主に、光伝送、表示及び照明用途に用いられている。白色ＬＥＤにおいては、エネルギー変換効率が既存の蛍光灯と比較して不十分のため、一般照明用途に対しては大幅な効率改善が必要である。さらに、高演色性、低コスト且つ大光束のＬＥＤの実現のためには多くの課題が残されている。【０００３】
現在市販されている白色ＬＥＤとして、リードフレームに実装された青色発光ダイオード素子と、この青色発光ダイオード素子に被せられＹＡＧ：Ｃｅからなる黄色蛍光体層と、これらを覆いエポキシ樹脂等の透明材料からなるモールドレンズと、を備えたものが一般的である。この白色ＬＥＤでは、青色発光ダイオード素子から青色光が放出されると、黄色蛍光体を通り抜ける際に青色光の一部が黄色光に変換される。青色と黄色は互いに補色の関係にあることから、青色光と黄色光が交じり合うと白色光となる。この白色ＬＥＤでは、効率改善や演色性向上のため、青色発光ダイオード素子の性能向上等が求められている。【０００４】
青色発光ダイオード素子として、ｎ型のＳｉＣ基板上に、ＡｌＧａＮからなるバッファ層、ｎ−ＧａＮからなるｎ型ＧａＮ層、ＧａＩｎＮ／ＧａＮからなる多重量子井戸活性層、ｐ−ＡｌＧａＮからなる電子ブロック層、ｐ−ＧａＮからなるｐ型コンタクト層が、ＳｉＣ基板側からこの順で連続的に積層されたものが知られている。この青色発光ダイオード素子では、ｐ型コンタクト層の表面にｐ側電極が形成されるとともに、ＳｉＣ基板の裏面にｎ側電極が形成され、ｐ側電極とｎ側電極との間に電圧を印加して電流を流すことにより、多重量子井戸活性層から青色光が放出される。ここで、ＳｉＣ基板には導電性があるため、サファイア基板を用いた青色発光ダイオード素子と異なり、上下に電極を配置することができ、製造工程の簡略化、電流の面内均一性、チップ面積に対する発光面積の有効利用等を図ることができる。【０００５】
さらに、蛍光体を利用することなく、単独で白色光を生成する発光ダイオード素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この発光ダイオード素子では、前述の青色発光ダイオード素子のｎ型のＳｉＣ基板に代えて、Ｂ及びＮをドープした第１ＳｉＣ層と、Ａｌ及びＮをドープした第２ＳｉＣ層を有する蛍光ＳｉＣ基板が用いられ、多重量子井戸活性層から近紫外光が放出される。近紫外光は、第１ＳｉＣ層及び第２ＳｉＣ層にて吸収され、第１ＳｉＣ層にて緑色から赤色の可視光に、第２ＳｉＣ層にて青色から赤色の可視光にそれぞれ変換される。この結果、蛍光ＳｉＣ基板から演色性が高く太陽光に近い白色光が放出されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１５３４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そして、本願発明者らは、ＳｉＣ蛍光材料を用いた発光装置の演色性の向上について、さらに鋭意研究を重ねていた。ＳｉＣ蛍光材料の演色性を向上することができれば、ＳｉＣ蛍光材料を用いた発光装置の色温度や演色指数の調整が簡単容易となる。【０００８】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、演色性を向上させたＳｉＣ蛍光材料を用いた発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明では、ドナー不純物及びアクセプタ不純物が添加されＳｉＣ結晶からなる第１ＳｉＣ蛍光部と、前記第１ＳｉＣ蛍光部と同じドナー不純物及び前記第１ＳｉＣ蛍光部と同じアクセプタ不純物が添加されたＳｉＣ結晶からなり、当該アクセプタ不純物の濃度が前記第１ＳｉＣ蛍光部のアクセプタ不純物の濃度よりも高く、前記第１ＳｉＣ蛍光部よりも発光波長が長い第２ＳｉＣ蛍光部と、前記第１ＳｉＣ蛍光部及び前記第２ＳｉＣ蛍光部を励起する励起光を発する発光部と、を備える発光装置が提供される。【００１０】
上記発光装置において、前記ドナー不純物は窒素であり、前記アクセプタ不純物はホウ素であり、前記第１ＳｉＣ蛍光部の前記アクセプタ不純物の濃度は、５×１０１８／ｃｍ３より低く、前記第２ＳｉＣ蛍光部の前記アクセプタ不純物の濃度は、５×１０１８／ｃｍ３より高くしてもよい。【００１１】
上記発光装置において、前記第１ＳｉＣ蛍光部と前記第２ＳｉＣ蛍光部は、前記アクセプタ不純物の濃度を変化させて連続的に形成されていてもよい。【００１２】
上記発光装置において、前記第１ＳｉＣ蛍光部と前記第２ＳｉＣ蛍光部は、それぞれ、前記アクセプタ不純物の濃度がほぼ均一に形成されていてもよい。【００１３】
上記発光装置において、前記発光装置は、前記第１ＳｉＣ蛍光部をなす第１ＳｉＣ層及び前記第２ＳｉＣ蛍光部をなす第２ＳｉＣ層を含むＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板上に形成され前記発光部をなすＧａＮ系半導体層と、を有していてもよい。【００１４】
上記発光装置において、前記ＳｉＣ基板は、前記ドナー不純物が窒素であり前記アクセプタ不純物がアルミニウムである第３ＳｉＣ層を含み、前記第１ＳｉＣ層、前記第２ＳｉＣ層及び前記第３ＳｉＣ層は、前記ＧａＮ系半導体層側から窒素濃度の低い順に並べられていてもよい。【００１５】
上記発光装置において、前記第１ＳｉＣ蛍光部及び前記第２ＳｉＣ蛍光部は、炭素原子がキュービックサイトとヘキサゴナルサイトに配置されるＳｉＣ結晶からなり、ヘキサゴナルサイトの炭素原子と置換されるドナー不純物に対する、キュービックサイトの炭素原子と置換されるドナー不純物の割合が、結晶構造におけるヘキサゴナルサイトに対するキュービックサイトの割合よりも大きくてもよい。【００１６】
また、白色光を発する発光装置において、上記ＬＥＤ素子をＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子として含み、前記ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子の前記ＳｉＣ基板は、紫外光により励起されると赤色光を発する６Ｈ型ＳｉＣ赤色蛍光部をなし、前記ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子の前記ＧａＮ系半導体層は，紫外光を発してもよい。【００１７】
また、上記発光装置において、前記ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子以外の少なくとも１種類のＬＥＤ素子を含んでもよい。【００１８】
また、上記発光装置において、前記ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子は、ホウ素の濃度が前記６Ｈ型ＳｉＣ赤色蛍光部のホウ素の濃度よりも低く、前記紫外光により励起されると橙色光を発する６Ｈ型ＳｉＣ橙色蛍光部を含んでもよい。【００１９】
また、上記発光装置において、前記ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子は、ドナー不純物としての窒素及びアクセプタ不純物としてのアルミニウムがドープされ前記紫外光により励起されると青色光を発する６Ｈ型ＳｉＣ青色蛍光部を含んでもよい。【００２０】
また、上記発光装置において、前記ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子以外のＬＥＤ素子の少なくとも１つは、紫外光を発する窒化物半導体層と、ドナー不純物としての窒素及びアクセプタ不純物としてのホウ素がドープされ前記紫外光により励起されると緑色光を発する４Ｈ型ＳｉＣ緑色蛍光部を含むＳｉＣ基板と、を有してもよい。【００２１】
また、本発明では、ドナー不純物としての窒素及びアクセプタ不純物としてのホウ素がドープされ、ホウ素の濃度が５×１０１８／ｃｍ３より高く、紫外光により励起されると赤色光を発する６Ｈ型ＳｉＣ赤色蛍光部を含み、白色光を発する発光装置が提供される。【００２２】
また、上記発光装置において、前記６Ｈ型ＳｉＣ赤色蛍光部を含むＳｉＣ基板と、紫外光を発する窒化物半導体層と、を有するＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子と、前記ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子以外の少なくとも１種類のＬＥＤ素子と、を含んでもよい。【００２３】
また、上記発光装置において、前記６Ｈ型ＳｉＣ赤色蛍光部は、ヘキサゴナルサイトの炭素原子と置換されるドナー不純物に対する、キュービックサイトの炭素原子と置換されるドナー不純物の割合が、結晶構造におけるヘキサゴナルサイトに対するキュービックサイトの割合よりも大きくともよい。【００２４】
また、上記発光装置において、前記ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子は、ホウ素の濃度が前記６Ｈ型ＳｉＣ赤色蛍光部のホウ素の濃度よりも低く、前記紫外光により励起されると橙色光を発する６Ｈ型ＳｉＣ橙色蛍光部を含んでもよい。【００２５】
また、上記発光装置において、前記ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子は、ドナー不純物としての窒素及びアクセプタ不純物としてのアルミニウムがドープされ前記紫外光により励起されると青色光を発する６Ｈ型ＳｉＣ青色蛍光部を含んでもよい。【００２６】
また、上記発光装置において、前記６Ｈ型ＳｉＣ赤色蛍光部、前記６Ｈ型ＳｉＣ橙色蛍光部及び前記６Ｈ型ＳｉＣ青色蛍光部は、前記窒化物半導体層側から窒素濃度の低い順に並べられてもよい。【００２７】
また、上記発光装置において、前記ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子以外のＬＥＤ素子の少なくとも１つは、紫外光を発する窒化物半導体層と、ドナー不純物としての窒素及びアクセプタ不純物としてのホウ素がドープされ前記紫外光により励起されると緑色光を発する４Ｈ型ＳｉＣ緑色蛍光部を含むＳｉＣ基板と、を有する第２のＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子であってもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、ＳｉＣ蛍光材料を用いた発光装置の演色性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態を示す発光ダイオード素子の模式断面図である。
【図２】図２は、６Ｈ型ＳｉＣ結晶の模式図である。
【図３】図３は、ＳｉＣ基板へ入射した光が蛍光に変換される様子を模式的に示した説明図である。
【図４】図４は、ホウ素の濃度を変化させた場合の波長と発光強度の関係を示すグラフである。
【図５】図５は、試料体Ｂの一般演色指数（ＣＲＩ：Ｃｏｌｏｒ＿Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ＿Ｉｎｄｅｘ）を基準として、試料体Ａと試料体Ｂを混合した場合に、どの程度一般演色指数が向上したかを示す表である。
【図６】図６は、アクセプタ不純物をアルミニウムとした場合の波長と発光強度の関係を示すグラフである。
【図７】図７は、第１ＳｉＣ層、第２ＳｉＣ層及び第３ＳｉＣ層を有するＳｉＣ基板の波長と発光強度の関係を示すグラフである。
【図８】図８は、結晶成長装置の説明図である。
【図９】図９は、試料体Ｃ及び試料体Ｄの相対発光強度、室温キャリア濃度、ドナー不純物とアクセプタ不純物の差、ホールに対する当該差の比率、浅いドナー準位を形成するドナーと、深いドナー準位を形成するドナーの比を示す表である。
【図１０】図１０は、試料体Ｃ、試料体Ｄ及び試料体Ｅについて、波長と透過率の関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、変形例を示す発光ダイオード素子の模式断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施形態を示す発光装置の模式断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第３の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第４の実施形態を示す発光装置の模式断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の第５の実施形態を示す発光装置の概略側面図である。
【図１６】図１６は、パッケージ基板の平面図である。
【図１７】図１７は、パッケージ基板の断面図である。
【図１８】図１８は、第２ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子の模式断面図である。
【図１９】図１９は、４Ｈ型ＳｉＣにおいてホウ素及び窒素をドープした場合の波長と発光強度の関係を示すグラフである。
【図２０】図２０は、青色ＬＥＤ素子の模式断面図である。
【図２１】図２１は、第１の実施例を示す波長と発光強度の関係を示すグラフである。
【図２２】図２２は、第２の実施例を示す波長と発光強度の関係を示すグラフである。
【図２３】図２３は、第３の実施例を示す波長と発光強度の関係を示すグラフである。
【図２４】図２４は、第４の実施例を示す波長と発光強度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１から図１０は本発明の第１の実施形態を示すものであり、図１は発光ダイオード素子の模式断面図である。
【００３１】
図１に示すように、発光装置としてのＬＥＤ素子１は、白色光を発し、ドナー不純物及びアクセプタ不純物を含むＳｉＣ基板１０と、このＳｉＣ基板１０上に形成されＧａＮ系半導体層２０と、を備えている。ＧａＮ系半導体層２０からＳｉＣ基板１０へ光が入射すると、ＳｉＣ基板１０にて入射光が吸収されて不純物準位による蛍光が生じるようになっている。
【００３２】
図２に示すように、ＳｉＣ基板１０は、６層ごとに周期的な構造をとる６Ｈ型のＳｉＣ結晶によって形成され、ドナー不純物として窒素を含むとともに、アクセプタ不純物としてホウ素又はアルミニウムを含んでいる。ＳｉＣ基板１０は、窒素及びアルミニウムがドープされた第１ＳｉＣ層１１と、窒素及びホウ素がドープされた第２ＳｉＣ層１２及び第３ＳｉＣ層１３と、を有する。
【００３３】
第１ＳｉＣ層１１、第２ＳｉＣ層１２及び第３ＳｉＣ層１３は、いずれもドナー不純物の濃度がアクセプタ不純物の濃度よりも高く、これらの濃度の差が、１×１０１８／ｃｍ３以下となっている。第１ＳｉＣ層１１、第２ＳｉＣ層１２及び第３ＳｉＣ層１３は、窒素の濃度の低い順に、ＧａＮ系半導体層２０側から並んでいる。本実施形態においては、第２ＳｉＣ層１２のホウ素の濃度は５×１０１８／ｃｍ３より低く、第３ＳｉＣ層１３のホウ素の濃度は５×１０１８／ｃｍ３より高い。
【００３４】
ＳｉＣ基板１０の製造方法は任意であるが、例えば昇華法、化学気相成長法によってＳｉＣ結晶を成長させて製造することができる。このとき、結晶成長中の雰囲気における窒素ガス（Ｎ２）の分圧を適度に調整することにより、ＳｉＣ基板１０における窒素の濃度を任意に設定することができる。一方、ホウ素は、ホウ素単体またはホウ素化合物を原料に対して適量混合させることにより、ＳｉＣ基板１０におけるホウ素の濃度を任意に設定することができる。また、アルミニウムは、アルミニウム単体またはアルミニウム化合物を原料に対して適量混合させることにより、ＳｉＣ基板１０におけるアルミニウムの濃度を任意に設定することができる。尚、設定されるドナー不純物及びアクセプタ不純物の濃度が低い方が、精度良く不純物濃度を制御することができる。
【００３５】
ここで、アクセプタであるホウ素は、炭素原子またはシリコン原子と置換されることとなる。ホウ素原子はシリコン原子と比べて小さく、シリコン原子との置換に要する形成エネルギーが大きい。このため、通常であれば、ホウ素原子がシリコン原子と置換されてシリコンサイトに配置されることは殆どない。しかし、炭素空孔に隣接するシリコン原子とは置換可能である。第２ＳｉＣ層１２及び第３ＳｉＣ層１３は、炭素原子と置換されてカーボンサイトに配置されるホウ素の割合と、炭素空孔に隣接するシリコン原子と置換されてシリコンサイトに配置されるホウ素の割合が互いに異なると考えられる。
【００３６】
また、６Ｈ型のＳｉＣ結晶は、キュービックサイトの割合が２／３、ヘキサゴナルサイトの割合が１／３である。通常であれば、ドナー不純物である窒素は、各サイトの存在割合と同じ割合で各サイトに配置される。すなわち、６Ｈ型のＳｉＣであれば、２／３の窒素がキュービックサイトの炭素原子と置換され、１／３の窒素がヘキサゴナルサイトの炭素原子と置換されることとなる。しかし、本実施形態のＳｉＣ結晶は、キュービックサイトのドナー不純物濃度を高くさせるようドナーを操作する工程を経て製造されているため、ヘキサゴナルサイトの炭素原子と置換されるドナー不純物に対する、キュービックサイトの炭素原子と置換されるドナー不純物の割合が、結晶構造におけるヘキサゴナルサイトに対するキュービックサイトの割合よりも大きくなっている。
【００３７】
図１に示すように、ＧａＮ系半導体層２０は、ＡＩＧａＮで構成されたバッファ層２１と、ｎ―ＧａＮで構成された第１コンタクト層２２と、ｎ−ＡＩＧａＮで構成された第１クラッド層２３と、ＧａｌｎＮ／ＧａＮで構成された多重量子井戸活性層２４と、ｐ―ＡＩＧａＮで構成された電子ブロック層２５と、ｐ−ＡＩＧａＮで構成された第２クラッド層２６と、ｐ―ＧａＮで構成された第２コンタクト層２７と、をＳｉＣ基板１０側からこの順で連続的に有している。ＧａＮ系半導体層２０は、ＳｉＣ基板１０上に、例えば有機金属化合物気相成長法によって積層される。また、第２コンタクト層２７の表面には、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ電極３１が形成される。また、第２コンタクト層２７から第１コンタクト層２２の所定位置まで厚さ方向にエッチングすることにより第１コンタクト層２２を露出させ、この露出部分にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕからなるｎ電極３２が形成される。
【００３８】
本実施形態においては、多重量子井戸活性層１０８は、Ｇａ０．９５ｌｎ０．０５Ｎ／ＧａＮからなり、発光のピーク波長は３８５ｎｍである。尚、多重量子井戸活性層２４におけるピーク波長は任意に変更することができる。また、第１導電型層、活性層及び第２導電型層を少なくとも含み、第１導電型層及び第２導電型層に電圧が印加されると、電子及び正孔の再結合により活性層にて光が発せられるものであれば、ＧａＮ系半導体層２０の層構成は任意である。
【００３９】
以上のように構成された発光装置１のｐ電極３１とｎ電極３２に順方向の電圧を印加すると、ＧａＮ系半導体層２０に電流が注入され、多重量子井戸活性層２４において近紫外領域にピーク波長を有する光が放出される。放出された近紫外光は、アクセプタ不純物とドナー不純物がドープされたＳｉＣ基板１０へ入射してほぼ全てが吸収される。ＳｉＣ基板１０では、近紫外光を励起光としてドナー電子とアクセプタ正孔が再結合することにより蛍光が生じ、第１ＳｉＣ層１１では青色から緑色に発光し、第２ＳｉＣ１２及び第３ＳｉＣ層１３では黄色から赤色にかけて発光する。
【００４０】
ここで、ＳｉＣ基板１０における蛍光作用について、図３を参照して説明する。図３は、ＳｉＣ基板へ入射した光が蛍光に変換される様子を模式的に示した説明図である。
ＳｉＣ基板１０は主にＳｉＣ結晶で構成されているため、６Ｈ型ＳｉＣ結晶のバンドギャップエネルギーＥｇが形成されている。
ＳｉＣ基板１０に光を入射させると、荷電子帯Ｅ２から伝導帯Ｅ１に自由電子ａが励起され、Ｅ２には自由正孔ｂが生成される。そして、数ｎｓから数μｓの短時間のうちに、自由電子ａはドナー準位ＮＳＤ，ＮＤＤへ緩和してドナー電子ａＳ’，ａＤ’となり、自由正孔ｂはアクセプタ準位ＮＡへと緩和してアクセプタ正孔ｂ’となる。尚、アクセプタ準位ＮＡは、シリコンサイトとカーボンサイトで異なる。
ここで、キュービックサイトのドナーは深いドナー準位ＮＤＤを形成し、ヘキサゴナルサイトのドナーは浅いドナー準位ＮＳＤを形成することが判明している。
【００４１】
深いドナー準位ＮＤＤへ緩和したドナー電子ａＤ’は、ドナー・アクセプタ・ペア（ＤＡＰ）発光に用いられ、アクセプタ正孔ｂ’と再結合する。そして、その遷移エネルギー（Ｅｇ−ＥＤＤ−ＥＡ）に相当するエネルギーを有する光子ｃがＳｉＣ基板１０の外部へ放出される。ＳｉＣ基板１０の外部へ放出された光子ｃの波長は、遷移エネルギー（Ｅｇ−ＥＤＤ−ＥＡ）に依存する。
一方、浅いドナー準位ＮＳＤへ緩和したドナー電子ａＳ’は、Γバンドとのバンド内吸収に用いられ、アクセプタ正孔ｂ’と再結合しない。すなわち、発光には寄与しない。
【００４２】
ドナー・アクセプタ・ペア発光を的確に行うためには、ＳｉＣ結晶中の室温でのキャリア濃度が、ドナー濃度とアクセプタ濃度の差よりも小さいことが好ましい。
さらに、窒素のイオン化エネルギーはホウ素及びアルミニウムよりも小さいため、室温において、ある程度の窒素がイオン化する。すると、励起されたドナー電子ａＤ’が再度伝導帯Ｅ１に遷移することとなり、アクセプタ正孔ｂ’と対になるドナー電子ａＤ’が不足することとなる。対となるドナー電子ａＤ’がないアクセプタ正孔ｂ’は、蛍光発光に寄与することができず、そのアクセプタ正孔ｂ’を励起するためのエネルギーが無駄に消費されたこととなる。すなわち、ドナー電子ａＤ’とアクセプタ正孔ｂ’が過不足なく再結合できるように予めイオン化する窒素量を見越してホウ素濃度よりも窒素濃度を多めに設定しておくことにより、高い蛍光量子効率を実現することができる。
【００４３】
ここで、ホウ素が炭素空孔に隣接するシリコンサイトに配置されるか、カーボンサイトに配置されるかによりアクセプタ準位ＮＡが変化し、発光波長が変化する。ここで、ホウ素がどちらのサイトに配置されるかは、ホウ素濃度によると考えられる。図４は、ホウ素の濃度を変化させた場合の波長と発光強度の関係を示すグラフである。ここで試料体Ａは、ホウ素の濃度を３．５×１０１８／ｃｍ３、窒素の濃度を４．５×１０１８／ｃｍ３として作製し、試料体Ｂは、ホウ素の濃度を９×１０１８／ｃｍ３、窒素の濃度を１×１０１９／ｃｍ３として作製した。
【００４４】
図４に示すように、試料体Ａではピーク波長が５７１ｎｍとなり、試料体Ｂではピーク波長が６０５ｎｍとなった。試料体Ａにおいては、炭素空孔に隣接するシリコンサイトに配置されるホウ素が比較的多く、試料体Ｂにおいては、カーボンサイトに配置されるホウ素が比較的多いと考えられる。ホウ素の濃度を５×１０１８／ｃｍ３とするとピーク波長が５９６．５ｎｍであり、ホウ素の濃度を５×１０１８／ｃｍ３より低くすればホウ素が炭素空孔に隣接するシリコンサイトに配置されやすく、高くすればホウ素がカーボンサイトに配置されやすくなると考えられる。ホウ素の濃度がおおよそ５×１０１７〜５×１０１８／ｃｍ３であれば比較的短い波長で発光し、おおよそ５×１０１８〜５×１０１９／ｃｍ３程度であれば比較的長い波長で発光するといえる。
【００４５】
図５は、試料体Ｂの一般演色指数（ＣＲＩ：Ｃｏｌｏｒ＿Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ＿Ｉｎｄｅｘ）を基準として、試料体Ａと試料体Ｂを混合した場合に、どの程度一般演色指数が向上したかを示す表である。ここで、図５における試料体Ａと試料体Ｂの混合比率は、各試料体の発光ピーク波長の発光強度を基準に設定した。尚、各試料体の発光強度は、例えば、各試料体が板状であるならば板厚を変化させたり、各試料体が粉末状であるならば粉末の量を変化させることにより調整することができる。図５に示すように、試料体Ａを基準とすると試料体Ｂを混合した場合にＣＲＩが向上することが理解される。
【００４６】
図６は、アクセプタ不純物をアルミニウムとした場合の波長と発光強度の関係を示すグラフである。この試料体は、アルミニウムの濃度を１×１０１８／ｃｍ３、窒素の濃度を２×１０１８／ｃｍ３として作製した。図６に示すように、この試料体では４６７ｎｍ及び４８６ｎｍの２つのピーク波長が存在する。
【００４７】
図７は、第１ＳｉＣ層、第２ＳｉＣ層及び第３ＳｉＣ層を有するＳｉＣ基板の波長と発光強度の関係を示すグラフである。ここで、第１ＳｉＣ層１１の不純物濃度は図６で示した試料体と同様とし、第２ＳｉＣ層１２の不純物濃度は試料体Ａと同様とし、第３ＳｉＣ層１３の不純物濃度は試料体Ｂと同様にした。図７に示すように、ＳｉＣ基板１０は、青色から赤色にかけての発光スペクトルを有している。特に、黄色から赤色にかけては、第２ＳｉＣ層１２と第３ＳｉＣ層１３の発光スペクトルが重なり合っている。
【００４８】
次いで、図８を参照してＳｉＣ蛍光材料の製造方法について説明する。図８は、結晶成長装置の説明図である。
図８に示すように、この結晶成長装置１００は、種結晶基板１１０及び原料１２０が配置される内部容器１３０と、内部容器１３０を収容する収容管１４０と、内部容器１３０を覆う断熱容器１５０と、収容管１４０内へ気体を導入する導入管１６０と、導入管１６０から導入される気体の流量を計る流量計１７０と、収容管１４０内の圧力を調整するポンプ１８０と、収容管１４０の外側に配置され種結晶基板１１０を加熱するためのＲＦコイル１９０と、を有している。
【００４９】
内部容器１３０は、例えば黒鉛からなり、上方を開口した坩堝１３１と、坩堝１３１の開口を閉塞する蓋１３２と、を有する。蓋１３２の内面には、単結晶ＳｉＣからなる種結晶基板１１０が取り付けられる。また、坩堝１３１の内部には、昇華再結晶の原料１２０が収容される。本実施形態においては、原料１２０は、ＳｉＣ結晶の粉末と、Ｂ源又はＡｌ源となる粉末とが用いられる。
【００５０】
ＳｉＣ蛍光材料を製造するにあたっては、まず、原料１２０を充填した坩堝１３１を蓋１３２で閉じ、黒鉛製の支持棒により収容管１４０の内部に設置した後、内部容器１３０を断熱容器１５０で被覆する。そして、雰囲気ガスとして、Ａｒガス、Ｎ２ガス及びＨ２ガスを、流量計１７０を介して導入管１６０により収容管１４０の内部へ流す。続いて、ＲＦコイル１９０を用いて、原料１２０を加熱するとともに、ポンプ１８０を用いて収容管１４０内の圧力を制御する。
【００５１】
具体的には、収容管１４０内の圧力を０．０３Ｐａから６００Ｐａの間とし、種結晶基板１１０の初期温度を少なくとも１１００℃とする。初期温度は、１５００℃以下が好ましく、１４００℃以下がより好ましい。そして、原料１２０と種結晶基板１１０の間の温度勾配を１℃から１０℃の間に設定する。
【００５２】
次いで、種結晶基板１１０を初期温度から、１５℃／分から２５℃／分の割合で加熱していき、成長温度まで上昇させる。成長温度は、１７００℃から１９００℃の間が好ましい。成長レートは、１０μｍ／時から２００μｍ／時の間とすることが好ましい。
【００５３】
これにより、原料１２０は、昇華後、温度勾配に基づき形成される濃度勾配により、種結晶基板１１０の方向に拡散して輸送される。ＳｉＣ蛍光材料の成長は、種結晶基板１１０に到着した原料ガスが種結晶上に再結晶することにより実現される。尚、ＳｉＣ結晶のドーピング濃度は、結晶成長時の雰囲気ガス中への不純物ガスの添加、並びに、原料粉末への不純物元素またはその化合物の添加により制御することができる。すなわち、ドーピング元素及び濃度の異なる第１ＳｉＣ１１、第２ＳｉＣ層１２及び第３ＳｉＣ層１３を連続的に作製することができる。
【００５４】
ただし、設定されるドナー不純物及びアクセプタ不純物の濃度が高くなると、添加される不純物元素またはその化合物が増えるため、不純物濃度の制御の精度が悪くなる。不純物濃度の誤差が大きくなると、フリーキャリアによる吸収等が生じて発光効率が落ちるおそれがある。すなわち、設定される不純物濃度が高いほど、不純物濃度の誤差に起因するフリーキャリア吸収が生じやすくなる。
【００５５】
本実施形態においては、Ｎ２ガスが結晶成長時の雰囲気ガス中に添加され、Ｂ又はＡｌの単体又は化合物が原料１２０に添加される。さらに、Ｈ２ガスが結晶成長時の雰囲気ガス中に添加されており、これによりドナー不純物のヘキサゴナルサイトの炭素原子との置換を抑制し、キュービックサイトの炭素原子との置換を促進する。このメカニズムについては次のように考えられる。
【００５６】
まず、結晶成長表面の原子ステップ端で水素原子が炭素原子と反応しＣ−Ｈ結合を形成する。次いで、炭素原子と周りのシリコン原子との結合力が弱まり炭素原子の脱離による炭素空孔が発生する。そして、炭素空孔に窒素が取り込まれる確率が上昇する。ここで、ヘキサゴナルサイトの炭素原子とキュービックサイトの炭素原子では、周りのＳｉ原子の結合力に差があり、キュービックサイトの炭素原子の方が結合力が弱いため、水素原子によって炭素空孔が発生しやすく、このためキュービックサイトの炭素原子と窒素原子の置換が選択的に促進されると考えられる。
【００５７】
このように、水素含有雰囲気でＳｉＣ蛍光材料を昇華法で成長させるような、ヘキサゴナルサイトよりもキュービックサイトの炭素原子と窒素原子の置換を促進させるドナー操作工程を経て作製されるＳｉＣ結晶は、ヘキサゴナルサイトの炭素原子と置換されるドナー不純物に対する、キュービックサイトの炭素原子と置換されるドナー不純物の割合が、結晶構造におけるヘキサゴナルサイトに対するキュービックサイトの割合よりも大きくなっている。
【００５８】
このようにして製造されたＳｉＣ結晶は、ドナー操作工程を経ないで作製された従来のものに比べて、発光に寄与するドナー不純物の割合が高いため、ドナー・アクセプタ・ペア（ＤＡＰ）発光時の発光効率を向上させることができる。このとき、ＳｉＣ結晶における可視光領域の吸収率が、不純物無添加の場合と同程度であると、浅い準位のドナーが少ないので好ましい。
【００５９】
このようにして作製されたＳｉＣ結晶は、外周研削、スライス、表面研削、表面研磨等の工程を経てＳｉＣ基板１０となる。この後、ＳｉＣ基板１０にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる。本実施形態においては、例えば有機金属化合物気相成長法によってバッファ層２１、第１コンタクト層２２、第１クラッド層２３、多重量子井戸活性層２４、電子ブロック層２５、第２クラッド層２６及び第２コンタクト層２７を成長させる。窒化物半導体層を形成した後、各電極３１，３２を形成し、ダイシングにより複数のＬＥＤ素子１に分割することにより、ＬＥＤ素子１が製造される。ここで、図１に示すＳｉＣ基板１０は、ＬＥＤ素子１の基板とせずに、蛍光体板として利用することも可能である。
【００６０】
また、本実施形態のＬＥＤ素子１によれば、ＳｉＣ基板１０が互いにホウ素の濃度が異なる第２ＳｉＣ層１２及び第３ＳｉＣ層１３を有し、各ＳｉＣ層１２，１３で発光波長が異なっている。従って、同一のドナー不純物及びアクセプタ不純物を用いながら、単独のＳｉＣ層とした場合と比べて演色性を向上することができる。これにより、ＳｉＣ蛍光材料を用いた発光装置の色温度や演色指数の調整が簡単容易となる。
【００６１】
また、本実施形態の発光装置１によれば、第１ＳｉＣ層１１、第２ＳｉＣ層１２及び第３ＳｉＣ層１３が、窒素の濃度の低い順にＧａＮ系半導体層２０側から並ぶようにしたので、各ＳｉＣ層１１，１２，１３が励起光源側からフリーキャリアの生じ難い順に並ぶこととなる。これにより、濃度の比較的高いＳｉＣ層を励起光源と反対側に位置するようにし、製造上の誤差により濃度の比較的高いＳｉＣ層にてフリーキャリアが生じたとしても、濃度の比較的低いＳｉＣ層には影響が及ばないようにすることができる。従って、製造上の誤差による発光効率の低下を最小限に抑えることができる。
【００６２】
ここで、実際に、６Ｈ型のＳｉＣ結晶について、ヘキサゴナルサイトの炭素原子と置換されるドナー不純物に対する、キュービックサイトの炭素原子と置換されるドナー不純物の割合が、結晶構造におけるヘキサゴナルサイトに対するキュービックサイトの割合よりも大きい試料体Ｃを作製した。また、比較のため、６Ｈ型のＳｉＣ結晶について、ヘキサゴナルサイトの炭素原子と置換されるドナー不純物に対する、キュービックサイトの炭素原子と置換されるドナー不純物の割合が、結晶構造におけるヘキサゴナルサイトに対するキュービックサイトの割合と同じ試料体Ｄを作製した。
【００６３】
具体的に、試料体Ｃ及びＤは、図８に示す結晶成長装置を用いて作製し、ドナー不純物として窒素を用い、アクセプタ不純物としてホウ素を用いた。窒素は結晶成長時の雰囲気ガス中にＮ２ガスを含有させることで添加し、ホウ素はＢの化合物を原料１２０に含有させることで添加した。さらに具体的には、試料体Ｃ及びＤは、初期温度を１１００℃、成長温度を１７８０℃、成長レートを１００μｍ／時として作製した。試料体Ｃについては、収容菅１４０内にＡｒガス及びＮ２ガスに加えてＨ２ガスを導入し、収容管１４０内の圧力を０．０８Ｐａとして作製した。また、試料体Ｄについては、収容菅１４０内にＡｒガス及びＮ２ガスに加え、収容管１４０内の圧力を３０Ｐａとして作製した。
【００６４】
以上ようにして作製された試料体Ｃ及びＤの相対発光強度、室温キャリア濃度、ドナー不純物とアクセプタ不純物の差、当該差に対するホール（Hall）の比、浅いドナー準位を形成するドナーと、深いドナー準位を形成するドナーの比を測定したところ、図９に示すようになった。図９は、試料体Ｃ及び試料体Ｄの相対発光強度、室温キャリア濃度、ドナー不純物とアクセプタ不純物の差、当該差に対するホールの比、浅いドナー準位を形成するドナーと、深いドナー準位を形成するドナーの比を示す表である。ここでホール(Hall)とは、室温でのホール効果測定により得られるキャリア濃度のことをさす。
【００６５】
図９から明らかなように、試料体Ｃは、結晶成長時に水素を添加することにより、ドナー不純物のヘキサゴナルサイトの炭素原子との置換を抑制し、キュービックサイトの炭素原子との置換を促進された。この結果、試料体Ｄと比較して発光強度が４倍となった。また、試料体Ｃについてみると、室温でのキャリア濃度が、ドナー濃度とアクセプタ濃度の差よりも小さく、的確にドナー・アクセプタ・ペア発光が行われていることが理解される。さらに、試料体Ｃは、ドナー濃度とアクセプタ濃度の差に対するホールの比が試料体Ｄより小さくなっていることから、試料体Ｄと比較して、ドナーである窒素が余分なフリーキャリアを発生させることなくドナー・アクセプタ・ペア発光に寄与していることが理解される。
【００６６】
また、試料体Ｃ及び試料体Ｄについて透過率及び吸収係数を測定した。比較のため、不純物を全く含まない６Ｈ型ＳｉＣ結晶からなる試料体Ｅを作製して、その透過率と比較した。ここで試料体Ｅは、初期温度を１１００℃、成長温度を１７８０℃、成長レートを１００μｍ／時として作製した。図１０は、試料体Ｃ、試料体Ｄ及び試料体Ｅについて、波長と透過率の関係を示すグラフである。
【００６７】
図１０に示すように、試料体Ｃは、可視光領域の透過率が不純物無添加の試料体Ｅと同程度となっており、浅い準位のドナーが比較的少ないことが理解される。これに対し、試料体Ｄは、可視光領域の透過率が試料体Ｅより小さく、浅い準位のドナーが比較的多いことが理解される。
【００６８】
尚、前記実施形態においては、ＳｉＣ基板１０にアルミニウム及び窒素が添加された第１ＳｉＣ層１１を形成したものを示したが、例えば図１１に示すように、ＳｉＣ基板１１０を窒素及びホウ素のドーピング濃度が異なる第１ＳｉＣ層１１及び第２ＳｉＣ層１２から構成してもよい。この場合、発光装置１０１のＳｉＣ基板１０からは暖白色の光が発せられる。
【００６９】
また、前記実施形態においては、第２ＳｉＣ層１２及び第３ＳｉＣ層１３を、不純物濃度がほぼ均一となるように形成したものを示したが、アクセプタ不純物の濃度を連続的に変化させて第１ＳｉＣ蛍光部と第２ＳｉＣ蛍光部を連続的に形成してもよい。
【００７０】
また、前記実施形態においては、昇華法によりＳｉＣ蛍光材料を得るものを示したが、ＣＶＤ法等によりＳｉＣ蛍光材料を得るようにしてもよい。また、結晶成長時に水素ガスを添付することにより、ヘキサゴナルサイトの炭素原子と優先的にドナー不純物が置換されるものを示したが、他の方法を用いることもでき、例えば、ＳｉとＣの比を正確に制御することによっても可能である。また、６Ｈ型のＳｉＣ結晶にてヘキサゴナルサイトの炭素原子と優先的にドナー不純物が置換されるものを示したが、例えば４Ｈ型のＳｉＣ結晶のように、キュービックサイトとヘキサゴナルサイトを有する結晶であれば、他のポリタイプのＳｉＣ結晶に適用可能なことをいうまでもない。
【００７１】
また、ドナー及びアクセプタとしてＮ及びＢ、Ｎ及びＡｌの組み合わせを用いたものを示したが、例えばＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｉｎ等の他のＶ族元素やＩＩＩ族元素を用いることもできるし、さらにはＴｉ、Ｃｒ等の遷移金属やＢｅ等のＩＩ族元素も用いることもでき、ＳｉＣ結晶中でドナー不純物及びアクセプタ不純物として使用可能な元素であればドナー及びアクセプタは適宜変更することができる。要は、第１ＳｉＣ蛍光部と、第１ＳｉＣ蛍光部と同じドナー不純物及び第１ＳｉＣ蛍光部と同じアクセプタ不純物が添加されたＳｉＣ結晶からなり、当該アクセプタ不純物の濃度が第１ＳｉＣ蛍光部のアクセプタ不純物の濃度よりも高く、第１ＳｉＣ蛍光部よりも発光波長が長い第２ＳｉＣ蛍光部と、を有していればよい。
【００７２】
図１２は、本発明の第２の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。
図１２に示すように、この発光装置２０１は、紫外光を発するＬＥＤ素子２０２と、ＬＥＤ素子２０２が配置される凹状のキャビティ２０３を有するケース２０４と、を備えている。キャビティ２０３には、第１ＳｉＣ蛍光体粉末２０６ａ及び第２ＳｉＣ蛍光体粉末２０６ｂが分散された封止材２０５が充填される。また、発光装置２０１は、ケース２０４のキャビティ２０３の底面に露出し互いに離隔して配置された金属製の第１リード２０７及び第２リード２０８を備えている。ＬＥＤ素子２０２は第１リード２０７に搭載され、各リード２０７，２０８とそれぞれワイヤ２０９により接続される。
【００７３】
ＬＥＤ素子２０２は、紫外光を発する。第１ＳｉＣ蛍光体粉末２０６ａ及び第２ＳｉＣ蛍光体粉末２０６ｂは、６Ｈ型のＳｉＣ結晶からなり、互いに窒素及びホウ素のドーピング濃度が異なる。第１ＳｉＣ蛍光体粉末２０６ａのホウ素の濃度は、第２ＳｉＣ蛍光体粉末２０６ｂのホウ素の濃度よりも低い。本実施形態においては、第１ＳｉＣ蛍光体粉末２０６ａは、ホウ素の濃度が５×１０１８／ｃｍ３より低く、窒素の濃度がホウ素の濃度よりも高い。また、第２ＳｉＣ蛍光体粉末２０６ｂは、ホウ素の濃度が５×１０１８／ｃｍ３より高く、窒素の濃度がホウ素の濃度よりも高い。第１ＳｉＣ蛍光体粉末２０６ａ及び第２ＳｉＣ蛍光体粉末２０６ｂは、いずれもドナー不純物の濃度がアクセプタ不純物の濃度よりも高く、これらの濃度の差が、１×１０１８／ｃｍ３以下となっている。
【００７４】
キャビティ２０３に充填される封止材２０５は透光性材料からなり、エポキシ樹脂、変成エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変成シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂の他、ガラス等の無機材料を用いることができる。本実施形態においては、封止材２０５は、熱硬化型のシリコーン樹脂からなり、ＳｉＣ蛍光体粉末２０６ａ，２０６ｂを含有した状態でポッティングによりキャビティ２０３に充填された後、加熱により硬化される。
【００７５】
以上のように構成された発光装置２０１では、ＬＥＤ素子２０２に電圧を印加すると、ＬＥＤ素子２０２から紫外光が発せられる。各ＳｉＣ蛍光体粉末２０６ａ，２０６ｂへ入射した紫外光は暖白色光に変換される。
【００７６】
また、本実施形態の発光装置２０１によれば、互いにホウ素の濃度が異なる第１ＳｉＣ蛍光体粉末２０６ａ及び第２ＳｉＣ蛍光体粉末２０６ｂを有し、各ＳｉＣ蛍光体粉末２０６ａ，２０６ｂで発光波長が異なっている。従って、同一のドナー不純物及びアクセプタ不純物を用いながら、単独のＳｉＣ蛍光体粉末とした場合と比べて演色性を向上することができる。
【００７７】
図１３は、本発明の第３の実施形態を示す発光装置の概略縦断面図である。
図１３に示すように、この発光装置３０１は、一端に開口３０２ａが形成された円筒状の筐体３０２と、この開口３０２ａを閉塞するＳｉＣ蛍光板３０３と、筐体３０２の他端に形成される端子部３０４と、を有している。本実施形態においては、筐体３０２の一端側を上方向、他端側を下方向として説明する。筐体３０２には、端子部３０４から電力が供給される複数種類のＬＥＤ素子が収容されており、ＬＥＤ素子から発せられる紫外光によりＳｉＣ蛍光板３０３が励起されて発光するようになっている。尚、ＬＥＤ素子から発せられた青色光、緑色光及び赤色光は、波長変換されることなくＳｉＣ蛍光体３０３を透過する。
【００７８】
筐体３０２は、無機材料からなり、下端が閉塞され、この閉塞部分が底部３０２ｂをなしている。筐体３０２は、セラミックからなり、本実施形態においてＡｌＮである。底部３０２ｂには、紫外ＬＥＤ素子３１１、青色ＬＥＤ素子３１２、緑色ＬＥＤ素子３１３及び赤色ＬＥＤ素子３１４を搭載する搭載基板３１０が固定される。搭載基板３１０の固定方法は任意であるが、本実施形態においては、搭載基板３１０は底部３０２ｂと螺合するねじ３０５により固定されている。筐体３０２の開口３０２ａの部分は、段状に形成されており、ＳｉＣ蛍光板３０３が段状部に固定されている。また、筐体３０２は、底部３０２ｂから下方へ突出するフランジ３０２ｃを有している。本実施形態においては、フランジ３０２ｃは、周方向に亘って形成されている。
【００７９】
端子部３０４は、無機材料からなり、電力を供給する所定のソケットに対して螺合可能に構成される。端子部３０４は、筐体３０２のフランジ３０２ｃの内周面に固定される円筒部３０４ａと、円筒部３０４ａの下端と連続的に形成され下方へ向かって窄む傾斜部３０４ｂと、傾斜部３０４ｂの下端に設けられ外面に雄ねじが形成される第１電極部３０４ｃと、第１電極部３０４ｃの下端と連続的に形成され径方向内側へ延びる絶縁部３０４ｄと、絶縁部３０４ｄの径方向内側を閉塞する第２電極３０４ｅと、を有している。円筒部３０４ａ、傾斜部３０４ｂ及び絶縁部３０４ｄは絶縁性を有するセラミックからなり、第１電極３０４ｃ及び第２電極３０４ｅは導電性を有する金属からなる。円筒部３０４ａ、傾斜部３０４ｂ及び絶縁部３０４ｄは、筐体３０２と同じ材料とすることが好ましい。第１電極３０４ｃ及び第２電極３０４ｅは、内部導線３０６によりねじ３０５と電気的に接続されている。本実施形態においては、ねじ３０５は、導電性の金属からなり、搭載基板３１０と螺合すると、搭載基板３１０の配線パターンと電気的に接続されるようになっている。
【００８０】
ＳｉＣ蛍光板３０３は、６Ｈ型のＳｉＣ結晶からなり、板状に形成されている。ＳｉＣ蛍光板３０３は、窒素及びホウ素のドーピング濃度の異なる第１ＳｉＣ層３０３ａ及び第２ＳｉＣ層３０３ｂから構成される。第１ＳｉＣ層３０３ａのホウ素の濃度は、第２ＳｉＣ層３０３ｂのホウ素の濃度よりも低い。本実施形態においては、第１ＳｉＣ層３０３ａは、ホウ素の濃度が５×１０１８／ｃｍ３より低く、窒素の濃度がホウ素の濃度よりも高い。また、第２ＳｉＣ層３０３ｂは、ホウ素の濃度が５×１０１８／ｃｍ３より高く、窒素の濃度がホウ素の濃度よりも高い。第１ＳｉＣ層３０３ａ及び第２ＳｉＣ層３０３ｂは、いずれもドナー不純物の濃度がアクセプタ不純物の濃度よりも高く、これらの濃度の差が、１×１０１８／ｃｍ３以下となっている。第１ＳｉＣ層３０３ａ及び第２ＳｉＣ層３０３ｂは、窒素の濃度の低い順に、励起光源である紫外ＬＥＤ素子３１１側から並んでいる。
【００８１】
以上のように構成された発光装置３０１では、端子部３０４を外部のソケットへ螺合することにより、各ＬＥＤ素子３１１，３１２，３１３，３１４へ電力を供給可能な状態となる。そして、各ＬＥＤ素子３１１，３１２，３１３，３１４に電流を印加すると、各ＬＥＤ素子３１１，３１２，３１３，３１４から所定波長の光が発せられる。
【００８２】
紫外ＬＥＤ素子３１１から発せられた紫外光は、ＳｉＣ蛍光板３０３へ入射し、ＳｉＣ蛍光板３０３に吸収されて白色に変換された後、ＳｉＣ蛍光板３０３から装置外部へ出射する。また、紫外ＬＥＤ素子３１１を除く各ＬＥＤ素子３１２，３１３，３１４から発せられた可視光（本実施形態においては、青色光、緑色光及び赤色光）は、ＳｉＣ蛍光板３０３へ入射した後、波長変換されることなくＳｉＣ蛍光板３０３から装置外部へ出射する。
【００８３】
このように、各ＬＥＤ素子３１１，３１２，３１３，３１４へ通電すると、ＳｉＣ蛍光板３０３の蛍光による暖白色光と、ＳｉＣ蛍光板３０３を透過した青色光、緑色光及び赤色光と、の混合光が外部へ放出される。従って、ＳｉＣ蛍光板３０３の純白色の蛍光に加えて、青色成分、緑色成分及び赤色成分を青色ＬＥＤ素子３１２、緑色ＬＥＤ素子３１３及び赤色ＬＥＤ素子３１４で補うことができ、極めて高い演色性を有する白色光を得ることができる。
【００８４】
また、本実施形態の発光装置３０１によれば、ＳｉＣ蛍光板３０３が互いにホウ素の濃度が異なる第１ＳｉＣ層３０３ａ及び第２ＳｉＣ層３０３ｂを有し、各ＳｉＣ層３０３ａ，３０３ｂで発光波長が異なっている。従って、同一のドナー不純物及びアクセプタ不純物を用いながら、単独のＳｉＣ層とした場合と比べて演色性を向上することができる。
【００８５】
また、本実施形態の発光装置３０１によれば、第１ＳｉＣ層３０３ａ及び第２ＳｉＣ層３０３ｂが、窒素の濃度の低い順に紫外ＬＥＤ３１１側から並ぶようにしたので、各ＳｉＣ層３０３ａ，３０３ｂが励起光源側からフリーキャリアの生じ難い順に並ぶこととなる。これにより、濃度の比較的高いＳｉＣ層を励起光源と反対側に位置するようにし、製造上の誤差により濃度の比較的高いＳｉＣ層にてフリーキャリアが生じたとしても、濃度の比較的低いＳｉＣ層には影響が及ばないようにすることができる。従って、製造上の誤差による発光効率の低下を最小限に抑えることができる。
【００８６】
尚、例えば図１４に示すように、搭載基板３１０をＳｉＣ蛍光基板４１０とすることも可能である。図１４は、本発明の第４の実施形態を示す発光装置の模式断面図である。図１４の発光装置４０１においては、ＳｉＣ蛍光板３０３の代わりに、透明なレンズ４０３により筐体３０２の開口３０２ａを閉塞している。
【００８７】
ＳｉＣ蛍光基板４１０は、窒素及びホウ素のドーピング濃度の異なる第１ＳｉＣ層４１０ａ及び第２ＳｉＣ層４１０ｂから構成される。第１ＳｉＣ層４１０ａのホウ素の濃度は、第２ＳｉＣ層４１０ｂのホウ素の濃度よりも低い。本実施形態においては、第１ＳｉＣ層４１０ａは、ホウ素の濃度が５×１０１８／ｃｍ３より低く、窒素の濃度がホウ素の濃度よりも高い。また、第２ＳｉＣ層４１０ｂは、ホウ素の濃度が５×１０１８／ｃｍ３より高く、窒素の濃度がホウ素の濃度よりも高い。第１ＳｉＣ層４１０ａ及び第２ＳｉＣ層４１０ｂは、いずれもドナー不純物の濃度がアクセプタ不純物の濃度よりも高く、これらの濃度の差が、１×１０１８／ｃｍ３以下となっている。第１ＳｉＣ層４１０ａは各ＬＥＤ素子３１１，３１２，３１３，３１４の搭載面側に形成され、第２ＳｉＣ層４１０ｂは各ＬＥＤ素子３１１，３１２，３１３，３１４の搭載面と反対側に形成される。すなわち、第１ＳｉＣ層４１０ａ及び第２ＳｉＣ層４１０ｂは、窒素の濃度の低い順に、励起光源である紫外ＬＥＤ素子３１１側から並んでいる。
【００８８】
レンズ４０３は、ガラスからなり、出射面が上方へ凸の形状を呈して筐体３０２から出射される光を集光する。ここで、ガラスは、透過する光に紫外光が含まれる場合、単体で例えば７０％以上の紫外光をカットする。また、本実施形態においては、レンズ４０３の筐体３０２の内側の面に、紫外ＬＥＤ素子３１１から発せられた光を反射し無機材料からなる多層反射膜（ＤＢＲ膜）が形成されている。多層反射膜は、例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２の構成とすることができる。尚、多層反射膜でなく、紫外光に対してガラスよりも反射率の高い無機材料を、レンズ４０３のガラスの内側の面に塗布してもよい。
【００８９】
以上のように構成された発光装置４０１においては、各ＬＥＤ素子３１１，３１２，３１３，３１４へ通電すると、ＳｉＣ蛍光基板４１０の蛍光による暖白色光と、各ＬＥＤ素子３１２，３１３，３１４から発せられる青色光、緑色光及び赤色光と、の混合光が外部へ放出される。従って、ＳｉＣ蛍光基板４１０の純白色の蛍光に加えて、青色成分、緑色成分及び赤色成分を青色ＬＥＤ素子３１２、緑色ＬＥＤ素子３１３及び赤色ＬＥＤ素子３１４で補うことができ、極めて高い演色性を有する白色光を得ることができる。
【００９０】
また、本実施形態の発光装置４０１によれば、ＳｉＣ蛍光基板４１０が互いにホウ素の濃度が異なる第１ＳｉＣ層４１０ａ及び第２ＳｉＣ層４１０ｂを有し、各ＳｉＣ層４１０ａ，４１０ｂで発光波長が異なっている。従って、同一のドナー不純物及びアクセプタ不純物を用いながら、単独のＳｉＣ層とした場合と比べて演色性を向上することができる。
【００９１】
また、本実施形態の発光装置４０１によれば、第１ＳｉＣ層４１０ａ及び第２ＳｉＣ層４１０ｂが、窒素の濃度の低い順に紫外ＬＥＤ３１１側から並ぶようにしたので、各ＳｉＣ層４１０ａ，４１０ｂが励起光源側からフリーキャリアの生じ難い順に並ぶこととなる。これにより、濃度の比較的高いＳｉＣ層を励起光源と反対側に位置するようにし、製造上の誤差により濃度の比較的高いＳｉＣ層にてフリーキャリアが生じたとしても、濃度の比較的低いＳｉＣ層には影響が及ばないようにすることができる。従って、製造上の誤差による発光効率の低下を最小限に抑えることができる。
【００９２】
図１５から図２０は本発明の第５の実施形態を示し、図１５は発光装置の概略側面図である。
図１５に示すように、この発光装置５０１は、ガラスの筐体５０２と、筐体５０２の下側に形成され外部電源と電気的に接続される端子部５０４と、を有し、筐体５０２内にパッケージ基板５０３が収容されている。パッケージ基板５０３は、端子部５０４から延び無機材料からなる支持部５０５により支持され、内部導線５０６により端子部５０４と電気的に接続されている。
【００９３】
図１６はパッケージ基板の平面図である。
図１６に示すように、パッケージ基板５０３は、複数のＬＥＤ素子１，５４０，５５０が直接的に実装されるチップオンボード型である。発光装置５０１は、パッケージ基板５０３と、パッケージ基板５０３上に形成された回路パターン５２０と、パッケージ基板５０３上に実装された複数のＬＥＤ素子１，５４０，５５０と、を備えている。また、発光装置５０１は、パッケージ基板５０３上で各ＬＥＤ素子１，５４０，５５０を封止する封止樹脂５７０（図１７参照）を備えている。パッケージ基板５０３は、内部導線５０６と直接的に接続される。
【００９４】
パッケージ基板５０３の材質は任意であるが、例えば、ＡｌＮ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ等が用いられる。尚、パッケージ基板５０３に、例えばガラスエポキシ等の合成樹脂を用いることも可能である。本実施形態においては、パッケージ基板５０３は正方形状に形成され、各ＬＥＤ素子１，５４０，５５０は縦方向及び横方向に整列して配置される。
【００９５】
回路パターン５２０は、一対のアノード電極５２１及びカソード電極５２２を有し、各ＬＥＤ素子１，５４０，５５０へ電力を供給する。また、回路パターン５２０は、各ＬＥＤ素子１，５４０，５５０が複数素子直列に並べられた直列接続部５２３と、各直列接続部５２３の両端とアノード電極５２１又はカソード電極５２２を接続する並列接続部５２４と、を有する。本実施形態においては、３つのＬＥＤ素子１，５４０，５５０が並べられた３つの直列接続部５２３が並列接続部５２４により接続され、縦方向及び横方向に３列ずつ計９個のＬＥＤ素子１，５４０，５５０が使用される。本実施形態においては、ＬＥＤ素子１と、第２ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子５４０と、青色ＬＥＤ素子５５０の３種類のＬＥＤ素子が使用される。
【００９６】
図１７は、パッケージ基板の断面図である。
図１７に示すように、パッケージ基板５０３上の各ＬＥＤ素子１，５４０，５５０は、封止樹脂５７０で封止される。封止樹脂５７０は、エポキシ系、シリコーン系等の透明樹脂とすることができる。また、封止樹脂５７０には、青色ＬＥＤ素子５５０から発せられる青色光により励起されると黄色光を発する蛍光体５７１が含有されている。青色光により励起されて黄色光を発する蛍光体５７１としては、ＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)系、ケイ酸塩系等のものを用いることができる。
【００９７】
第１ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子としてのＬＥＤ素子１は、第１の実施形態のＬＥＤ素子１と同様の構成となっている。
【００９８】
図１８は、第２ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子の模式断面図である。
図１８に示すように、第２ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子５４０は、ドナー不純物及びアクセプタ不純物を含むＳｉＣ基板６１０と、このＳｉＣ基板６１０上に形成されＧａＮ系半導体層２０と、を備えている。ＧａＮ系半導体層２０からＳｉＣ基板６１０へ光が入射すると、ＳｉＣ基板６１０にて入射光が吸収されて不純物準位による蛍光が生じるようになっている。ここで、多重量子井戸活性層２４の発光波長が３５５ｎｍである点を除いては、ＧａＮ系半導体層２０及び各電極３１，２３の構成は、第１ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子としてのＬＥＤ素子１と同様であるので、ここでは詳述しない。
【００９９】
ＳｉＣ基板６１０は、４層ごとに周期的な構造をとる４Ｈ型のＳｉＣ結晶によって形成され、ドナー不純物として窒素を含むとともに、アクセプタ不純物としてホウ素を含んでいる。ＳｉＣ基板６１０の製造方法もまた任意であるが、例えば昇華法、化学気相成長法によってＳｉＣ結晶を成長させて製造することができる。
【０１００】
４Ｈ型のＳｉＣ結晶は、キュービックサイトの割合が１／２、ヘキサゴナルサイトの割合が１／２である。通常であれば、ドナー不純物である窒素は、各サイトの存在割合と同じ割合で各サイトに配置される。すなわち、４Ｈ型のＳｉＣであれば、１／２の窒素がキュービックサイトの炭素原子と置換され、１／２の窒素がヘキサゴナルサイトの炭素原子と置換されることとなる。しかし、本実施形態のＳｉＣ結晶は、キュービックサイトのドナー不純物濃度を高くさせるようドナーを操作する工程を経て製造されているため、ヘキサゴナルサイトの炭素原子と置換されるドナー不純物に対する、キュービックサイトの炭素原子と置換されるドナー不純物の割合が、結晶構造におけるヘキサゴナルサイトに対するキュービックサイトの割合よりも大きくなっている。
【０１０１】
以上のように構成された第２ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子５４０のｐ電極３１とｎ電極３２に順方向の電圧を印加すると、ＧａＮ系半導体層２０に電流が注入され、多重量子井戸活性層２４において近紫外領域にピーク波長を有する光が放出される。放出された近紫外光は、アクセプタ不純物とドナー不純物がドープされたＳｉＣ基板６１０へ入射してほぼ全てが吸収される。ＳｉＣ基板６１０では、近紫外光を励起光としてドナー電子とアクセプタ正孔が再結合することにより緑色の蛍光が生じる。
【０１０２】
図１９は、４Ｈ型ＳｉＣにおいてホウ素及び窒素をドープした場合の波長と発光強度の関係を示すグラフである。ここでこの試料体は、ホウ素の濃度を３．５×１０１８／ｃｍ３、窒素の濃度を４．５×１０１８／ｃｍ３として作製した。図１９に示すように、この試料体ではピーク波長が５２６ｎｍとなっている。
【０１０３】
第２ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子５４０も第１ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子としてのＬＥＤ素子１と同様に、ドナー操作工程を経ないで作製された従来のものに比べて、発光に寄与するドナー不純物の割合が高いため、ドナー・アクセプタ・ペア（ＤＡＰ）発光時の発光効率を向上させることができる。
【０１０４】
図２０は、青色ＬＥＤ素子の模式断面図である。
図２０に示すように、青色ＬＥＤ素子５５０は、サファイア基板７１０と、このサファイア基板７１０上に形成されるＧａＮ系半導体層２０と、を備えている。ここで、多重量子井戸活性層２４の発光波長が４６５ｎｍである点を除いては、ＧａＮ系半導体層２０及び各電極３１，２３の構成は、第１ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子としてのＬＥＤ素子１と同様であるので、ここでは詳述しない。
【０１０５】
以上のように構成された発光装置５０１では、回路パターン５２０のアノード電極５２１及びカソード電極５２２に電流を印加することにより、各ＬＥＤ素子１，５４０，５５０及び黄色蛍光体５７１から所期の波長の光が発せられて、発光装置５０１から白色光が発せられる。そして、第１ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子としてのＬＥＤ素子１の第３ＳｉＣ層１３を、ホウ素の濃度が５×１０１８／ｃｍ３より高いＳｉＣ蛍光体としたので、効率よく赤色光を発することができ、ＳｉＣ蛍光材料を用いた発光装置の色温度や演色指数の調整が簡単容易となる。すなわち、従来のように赤色発光の活性層を有する赤色ＬＥＤを用いる必要はなく、赤色発光源の半値幅を活性層を用いたものより大きくすることができる。また、ＳｉＣ蛍光体は、赤色光の活性層を有する赤色ＬＥＤよりも温度特性が良好であり、使用時における赤色成分の減衰率を最小限に抑えることができる。
【０１０６】
従来の複数のＬＥＤ素子を用いた発光装置においては、赤色領域の発光を赤色ＬＥＤ素子の活性層からの光を直接を利用することがあるが、活性層から発せられる光は半値幅が小さく、白色光の生成には好ましくない。そこで、発明者らは、ＳｉＣ蛍光材料により効果的に赤色を発光させることができないか鋭意研究を重ねていた。本実施形態では、この課題を解決し、赤色領域の発光をＳｉＣ蛍光材料により効率的に行うことができる発光装置５０１が提供されたということができる。
【０１０７】
本実施形態においては、青色領域については、第１ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子としてのＬＥＤ素子１の第３ＳｉＣ層１３から第１波長ピーク及び第２波長ピークを有する青色光が放出され、青色ＬＥＤ素子５５０から第３波長ピークを有する青色光が放出される。また、緑色領域については、第２ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子５４０のＳｉＣ基板６１０から緑色光が放出される。さらに、黄色領域については、黄色蛍光体５７１から黄色光が放出される。さらにまた、橙色については、第１ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子としてのＬＥＤ素子１の第２ＳｉＣ層１２から橙色光が放出される。さらにまた、赤色については、第１ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子としてのＬＥＤ素子１の第３ＳｉＣ層１３から赤色光が放出される。
【０１０８】
このように、可視領域の全てにわって発光源を有することから、極めて演色性の高い白色光を得ることができる。また、青色、緑色、黄色、橙色及び赤色の発光強度を適宜調整することができ、色温度及び一般演色指数（ＣＲＩ：Ｃｏｌｏｒ  Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ  Ｉｎｄｅｘ）を任意の値に設定することができる。色温度については２５００Ｋから６０００Ｋの範囲で調整可能であり、一般演色指数については７０から９９の範囲で調整可能である。
【０１０９】
尚、第５の実施形態においては、パッケージ基板５０３に各ＬＥＤ素子１，５４０，５５０が直接的に実装されるチップオンボード型の発光装置５０１を示したが、例えば、各ＬＥＤ素子１，５４０，５５０がそれぞれ搭載基板に搭載され、該搭載基板をパッケージ基板に実装する発光装置であってもよい。この場合、青色ＬＥＤ素子５５０を搭載基板上にて封止し、樹脂等の封止材に黄色蛍光体５７１を含有させることが好ましい。
【０１１０】
また、第５の実施形態においては、赤色光を発するＳｉＣ蛍光材料をＬＥＤ素子の基板として利用したものを示したが、例えば、赤色光を発するＳｉＣ蛍光材料を封止材に含有させてもよく、赤色光を発するＳｉＣ蛍光材料の配置は任意に変更することができる。
【０１１１】
また、第５の実施形態においても、アルミニウム及び窒素が添加された第１ＳｉＣ層１１を形成したＳｉＣ基板１０に代えて、例えば、ＳｉＣ基板１０を窒素及びホウ素のドーピング濃度が異なる２つのＳｉＣ層から構成してもよいし、さらには１つのＳｉＣ層のみから構成してもよい。さらに、第２ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子５４０を省略したり、これに代えて緑色蛍光体を封止材５７０に含有させてもよい。さらにまた、青色ＬＥＤ５５０を省略して、青色領域の発光を第１ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子としてのＬＥＤ素子１の第１ＳｉＣ層１１のみとすることも可能である。
【０１１２】
図２１は、第１の実施例を示す波長と発光強度の関係を示すグラフである。
第１の実施例は、６Ｈ型ＳｉＣ青色蛍光部としての第１ＳｉＣ層１１及び６Ｈ型ＳｉＣ橙色蛍光部としての第２ＳｉＣ層１２を省略し、ＳｉＣ基板１０を６Ｈ型ＳｉＣ赤色蛍光部としての第３ＳｉＣ層１３のみとした第１ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子としてのＬＥＤ素子１と、青色ＬＥＤ５５０と、青色光により励起するＹＡＧ蛍光体と、を用いた場合の発光スペクトルである。このスペクトルの例では、色温度が色温度が４４６０Ｋ、ＣＲＩが８３．０であった。
【０１１３】
図２２は、第２の実施例を示す波長と発光強度の関係を示すグラフである。
第２の実施例は、６Ｈ型ＳｉＣ青色蛍光部としての第１ＳｉＣ層１１、６Ｈ型ＳｉＣ橙色蛍光部としての第２ＳｉＣ層１２及び６Ｈ型ＳｉＣ赤色蛍光部としての第３ＳｉＣ層１３からなるＳｉＣ基板１０を有する第１ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子としてのＬＥＤ素子１のみによる発光スペクトルである。これによれば、第１ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子としてのＬＥＤ素子１のみであっても、白色光が発せられることが理解される。このスペクトルの例では、色温度が２６６１Ｋ、ＣＲＩが９１．９であった。
【０１１４】
図２３は、第３の実施例を示す波長と発光強度の関係を示すグラフである。
第３の実施例は、６Ｈ型ＳｉＣ橙色蛍光部としての第２ＳｉＣ層１２を省略し、ＳｉＣ基板１０を６Ｈ型ＳｉＣ青色蛍光部としての第１ＳｉＣ層１１及び６Ｈ型ＳｉＣ赤色蛍光部としての第３ＳｉＣ層１３とした第１ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子としてのＬＥＤ素子１と、第２ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子５４０と、を用いた場合の発光スペクトルである。このスペクトルの例では、色温度が色温度が３５３８Ｋ、ＣＲＩが８５．０であった。
【０１１５】
図２４は、第４の実施例を示す波長と発光強度の関係を示すグラフである。
第４の実施例は、第１ＳｉＣ層１１、第２ＳｉＣ層１２及び第３ＳｉＣ層１３を有する第１ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子としてのＬＥＤ素子１と、第２ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子５４０と、青色ＬＥＤ５５０と、青色光により励起するＹＡＧ蛍光体と、を用いた場合の発光スペクトルである。このスペクトルの例では、色温度が色温度が２５０９Ｋ、ＣＲＩが９８．６であった。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明の発光装置は、演色性を向上させることができるので、産業上有用である。
【符号の説明】
【０１１７】
１  ＬＥＤ素子
１０  ＳｉＣ基板
１１  第１ＳｉＣ層
１２  第２ＳｉＣ層
１３  第３ＳｉＣ層
２０  ＧａＮ系半導体層
２４  多重量子井戸活性層
１０１ 発光装置
２０１ 発光装置
２０２ ＬＥＤ素子
２０６ａ 第１第１ＳｉＣ蛍光体粉末
２０６ｂ 第２ＳｉＣ蛍光体粉末
３０１ 発光装置
３０３ ＳｉＣ蛍光板
３０３ａ 第１ＳｉＣ層
３０３ｂ 第２ＳｉＣ層
３１１ 紫外ＬＥＤ素子
４０１ 発光装置
４１０ ＳｉＣ蛍光基板
４１０ａ 第１ＳｉＣ層
４１０ｂ 第２ＳｉＣ層
５０１ 発光装置
５４０ 第２ＳｉＣ蛍光ＬＥＤ素子
５５０ 青色ＬＥＤ素子
６１０ ＳｉＣ基板
【図１】
2014203974.tif 000003
【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
2014203974.tif 000027
2014203974.tif 000028
2014203974.tif 000029
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