(57)【要約】  本発明の白色発光素子は、基体（１０１）と、前記基体（１０１）上に配され、該基体（１０１）側から、一つまたは複数のｐ型のα層（１０２）、ｐ型またはｎ型のγ層（１０３）、一つまたは複数のｎ型のβ層（１０４）が順に積層されてなるダイヤモンド半導体層（１０５）と、前記α層（１０２）に配された、電流を注入するための第一電極（１０６）と、前記β層（１０４）に配された、電流を注入するための第二電極（１０７）と、前記ダイヤモンド半導体層の表面における発光の取り出し領域を覆う蛍光部材（１０８）と、を備えている。
2014142338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体上に配され、該基体側から、一つまたは複数のｐ型のα層、ｐ型またはｎ型のγ層、一つまたは複数のｎ型のβ層が順に積層されてなるダイヤモンド半導体層と、
前記α層に配された、電流を注入するための第一電極と、
前記β層に配された、電流を注入するための第二電極と、
前記ダイヤモンド半導体層の表面における発光の取り出し領域を覆う蛍光部材と、を備えている白色発光素子。
【請求項２】
前記発光の取り出し領域は、前記β層の表面のうち露出している領域である請求項１に記載の白色発光素子。
【請求項３】
前記蛍光部材の吸収波長は、深紫外光の波長域に含まれている請求項１に記載の白色発光素子。
【請求項４】
前記γ層に含まれる不純物の濃度が、１×１０１６［ｃｍ−３］以上１×１０１９［ｃｍ−３］以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載の白色発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、演色性の高い白色ＬＥＤとして機能させることが可能な、白色発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤの発光スペクトルは、一般的に特定の波長域においてピークを有しており、その波長域よりも短波長側および長波長側の波長域では、測定限界以下となる。そこで、発光スペクトルが連続的に広く分布する白色光（自然光）を得るために、複数の波長の光を組み合わせ、測定限界以下となっている波長域を補う工夫がなされている（図９（非特許文献１からの引用））。しかしながら、補うべき波長域は無数に存在し、完全に補うことは不可能に近いため、従来のＬＥＤを用いて、白色光のように連続した発光スペクトルを有する光を得ることは、難しいとされている。【０００３】
ところで、発光素子の材料として、半導体材料の中で最も絶縁破壊強度が高く、最も熱伝導率の高いダイヤモンドが、新たに注目されつつある。ダイヤモンドからなる従来の発光素子による光のスペクトルは、深紫外光域および可視光域においてピークを有している。【０００４】
しかしながら、可視光域におけるピークは、赤色光に相当する波長域にはなく、青色光に相当する波長域に偏在している。すなわち、ダイヤモンドからなる発光素子を用いて得られる白色光は、含有する青色光の成分の量に対して、赤色光の成分の量が相対的に不足している。そのため、ダイヤモンドからなる発光素子においては、連続した発光スペクトルを有し、可視光域の光の各成分が均一に含まれることによって構成される、演色性の高い白色光を得ることは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１８２９６１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】LEDテクニカルターム（日経エレクトロニクス）
【非特許文献２】T. Makino, et. al., Jpn. J. Appl. Phys. 44, L1190 (2005)
【非特許文献３】Lawrence S.Pan DIAMOND:ELECTRIC PROPERTY AND APPLICAT10NS P.250-252
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は以上のような点を考慮してなされたものであり、連続した発光スペクトルを有し、可視光域において、青色光の成分と赤色光の成分とを同程度の割合で含む、演色性の高い白色光を得ることが可能な、白色発光素子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】
【０００８】
本発明に係る白色発光素子は、基体と、前記基体上に配され、該基体側から、一つまたは複数のｐ型のα層、ｐ型またはｎ型のγ層、一つまたは複数のｎ型のβ層が順に積層されてなるダイヤモンド半導体層と、前記α層に配された、電流を注入するための第一電極と、前記β層に配された、電流を注入するための第二電極と、前記ダイヤモンド半導体層の表面における発光の取り出し領域を覆う蛍光部材と、を備えている。【０００９】
本発明に係る白色発光素子において、前記発光の取り出し領域は、前記β層の表面のうち露出している領域であることが好ましい。【００１０】
本発明に係る白色発光素子において、前記蛍光部材の吸収波長は、深紫外光の波長域に含まれていることが好ましい。【００１１】
本発明に係る白色発光素子において、前記γ層に含まれる不純物の濃度が、１×１０１６［ｃｍ−３］以上１×１０１９［ｃｍ−３］以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る白色発光素子の機能部分は、ダイヤモンドによって構成されているため、その内部に形成された、ｐ型のα層とｎ型のβ層とを貫通する方向に注入した電流によって発生する光のスペクトルは、深紫外光域と青色光域においてピークを有している。蛍光部材による光の吸収波長は約２００〜３５０［ｎｍ］であるため、白色発光素子の内部に発生した光のうち深紫外光域の成分は、蛍光部材によって一端吸収され、より長波長側の赤色光域の成分に変換されて外部に放出される。したがって、本発明に係る白色発光素子の内部において発生させた光を、蛍光部材を経由させることにより、可視光域において、青色光の成分と赤色光の成分とを同程度の割合で含む、演色性の高い白色光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明に係る白色発光素子の断面の構成を、模式的に示す図である。
【図１Ｂ】本発明に係る白色発光素子の電流-電圧特性を示すグラフである。
【図２】本発明に係る白色発光素子の蛍光部材を備えていない状態の発光特性を示すグラフである。
【図３Ａ】本発明に係る白色発光素子の製造方法を、段階的に説明する図である。
【図３Ｂ】本発明に係る白色発光素子の製造方法を、段階的に説明する図である。
【図３Ｃ】本発明に係る白色発光素子の製造方法を、段階的に説明する図である。
【図４Ａ】本発明に係る白色発光素子の製造方法を、段階的に説明する図である。
【図４Ｂ】本発明に係る白色発光素子の製造方法を、段階的に説明する図である。
【図４Ｃ】本発明に係る白色発光素子の製造方法を、段階的に説明する図である。
【図５】本発明に係る白色発光素子のうち、ダイヤモンド半導体層を製造する装置の断面の構成を模式的に示す図である。
【図６Ａ】本発明の実施例１に係る白色発光素子の断面の構成を、模式的に示す図である。
【図６Ｂ】従来の白色発光素子の断面の構成を、模式的に示す図である。
【図７】本発明の実施例１に係る白色発光素子の発光特性と、従来の白色発光素子の発光特性とを比較するグラフである。
【図８Ａ】従来の白色発光素子の特性を示すＣＩＥ色度表である。
【図８Ｂ】本発明の実施例１に係る白色発光素子の特性を示すＣＩＥ色度表である。
【図９】従来用いられていた発光素子によって得られる、発光スペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために、例を挙げて説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明に用いる図面は、本発明の特徴を分かりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１５】
＜第一実施形態＞［白色発光素子の構成］
本発明の白色発光素子の構成について、図１Ａ、図１Ｂ及び図２を用いて説明する。図１Ａは、本発明の白色発光素子１００の断面の構成を模式的に示す図である。白色発光素子１００は、基体１０１と、基体１０１上に配されたダイヤモンド半導体層１０５と、ダイヤモンド半導体層１０５に電流を注入するための第一電極１０６および第二電極１０７と、ダイヤモンド半導体層１０５の表面における発光の取り出し領域を覆う蛍光部材１０８と、を備えている。白色発光素子１００を構成するｐｎ接合は、図１Ｂのグラフに示すように整流性をもった電流−電圧特性を有している。
【００１６】
基体１０１としては、例えば、単結晶基板、ヘテロエピタキシャル基板、多結晶の高配向膜などが用いられ、いずれの場合にも、ダイヤモンドによって構成されている。
【００１７】
ダイヤモンド半導体層１０５は、基体１０１側から、一つまたは複数のｐ型のα層１０２、ｐ型またはｎ型のγ層１０３、一つまたは複数のｎ型のβ層１０４が順に積層されてなる。α層１０２には、不純物として、例えばボロン（Ｂ）が１×１０１７［ｃｍ−３］以上１×１０２１［ｃｍ−３］以下の濃度で含まれていることが望ましい。また、β層１０４には、不純物として、例えばリン（Ｐ）が１×１０１７［ｃｍ−３］以上１×１０２１［ｃｍ−３］以下の濃度で含まれていることが望ましい。α層、β層に含まれる不純物の種類は、ボロンやリンに限定されることはなく、例えば窒素であってもよい。
【００１８】
なお、ダイヤモンド半導体層１０５は、図１Ａにおける積層順とは逆順、すなわち、基体１０１側からｎ型のβ層１０４、ｐ型またはｎ型のγ層１０３、ｐ型のα層１０２の順に積層されていてもよい。
【００１９】
第一電極１０６はα層１０２に配され、外部回路からα層１０２に電流（正孔）を注入するための電極として機能する。第二電極１０７はβ層１０４に配され、外部回路からβ層１０４に電流（電子）を注入するための電極として機能する。いずれの電極（１０６、１０７）も、従来公知の導電部材によって構成されている。
【００２０】
蛍光部材１０８は、波長域が約２００〜３５０［ｎｍ］の深紫外光を吸収し、波長域が約６２０〜８００［ｎｍ］の赤色光に変換して放出する機能を有する部材である。蛍光部材１０８を構成する材料としては、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系、ＴＡＧ（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）系、サイアロン系、ＢＯＳ（バリウム・オルソシリケート）系及びケイ酸塩系などの発光性を有する元素からなる材料が挙げられる。
【００２１】
白色発光素子１００（ダイヤモンド半導体層１０５）における主な発光の取り出し領域は、β層１０４の表面のうち露出している領域である。蛍光部材１０８は、この露出した領域の少なくとも一部を覆っている。ただし、発光の強度を高める上で、蛍光部材１０８は、β層１０４の広範囲を覆っていることが望ましい。
【００２２】
なお、ダイヤモンドによって構成されるダイヤモンド半導体層１０５および基体１０１は、いずれも透明であるため、β層１０４以外の部分（α層１０２、γ層１０３、基体１０１）からも発光を取り出すことができる。つまり、β層１０４以外の部分の露出した領域も発光の取り出し領域となり得る。そこで、蛍光部材１０８が、これらの露出した領域も覆っていれば、発光の強度をより高めることができる。
【００２３】
蛍光部材１０８の形状に関しての制限はなく、粉状であってもよいし、膜状であってもよい。蛍光部材１０８は、発光の取り出し領域となる面に、一様な厚さの膜として形成されていてもよい。この場合、特定の方向に対して均一な強度の光を発することができる。
【００２４】
また、蛍光部材１０８は、発光の取り出し領域となる面に、テクスチャ構造を有する膜として形成されていてもよい。この場合、より広範囲の方向に対して光を発することができる。第一電極、第二電極は、少なくとも外部回路との接続箇所が露出していればよく、接続箇所を除いた箇所に蛍光部材が配されていてもよい。
【００２５】
図２は、白色発光素子１００の発光特性（スペクトル）を示すグラフである。このグラフは、白色発光素子１００の内部において発生した光のうち、蛍光部材１０８に吸収される前に検出される光のスペクトルを示している。すなわち、図２のグラフに示すスペクトルは、蛍光部材１０８が配されていない状態の白色発光素子によって、発生する光のスペクトルに相当している。グラフの縦軸は光の強度（発光強度）を示し、横軸は光の波長を示している。
【００２６】
白色発光素子１００によって得られる光の成分のうち、波長が４５０［ｎｍ］以上５００［ｎｍ］以下の青色光域における波長積分値Ａは、図２に示すように、波長が３００［ｎｍ］以下の深紫外光域における波長積分値Ｂと同程度の大きさとなっている。青色光域における波長積分値Ａは、γ層１０３が含有する不純物に起因した欠陥の量に比例しているため、γ層１０３の不純物濃度を増減させることによって調整することが可能である。
【００２７】
具体的には、γ層１０３に、例えば不純物としてのボロン（Ｂ）が１×１０１６［ｃｍ−３］以上１×１０１９［ｃｍ−３］以下の濃度で含まれている場合に、波長積分値Ａは、波長積分値Ｂと同程度の大きさとなる。ただし、波長積分値Ａの調整に用いる不純物がボロンに限定されることはなく、リンや窒素などの他の不純物を用いてもよい。
【００２８】
なお、本実施形態においては、波長積分値Ａが波長積値分Ｂの１倍以上１０倍以下であるときに、波長積分値Ａは波長積分値Ｂと同程度の大きさであると定義している。
【００２９】
以上説明したように、第一実施形態に係る白色発光素子の機能部分は、ダイヤモンドによって構成されているため、その内部に形成された、ｐ型のα層とｎ型のβ層とを貫通する方向に注入した電流によって発生する光のスペクトルは、深紫外光域と青色光域においてピークを有している。蛍光部材による光の吸収波長は約２００〜３５０［ｎｍ］であるため、白色発光素子の内部に発生した光のうち深紫外光域の成分は、蛍光部材によって一端吸収されて、より長波長側の赤色光域の成分に変換されて外部に放出される。
【００３０】
第一実施形態においては、α層とβ層との間に位置するγ層に含まれる不純物の濃度は、発生した光の強度の波長積分値が、深紫外光域の成分と青色光域の成分とで同程度の大きさとなるように調整されている。そのため、強度の波長積分値は、深紫外光域の成分の光が変化してなる赤色光域の成分の光と、青色光域の成分の光とでも同程度の大きさとなる。したがって、本発明に係る白色発光素子の内部において発生させた光は、蛍光部材を経由させることにより、可視光域において、青色光の成分と赤色光の成分とを同程度の割合で含む、演色性の高い白色光を得ることができる。
【００３１】
［白色発光素子の製造方法］
第一実施形態に係る白色発光素子１００の製造方法について、図３Ａ〜図３Ｃおよび図４Ａ〜図４Ｃを用いて説明する。まず、第一工程として、基体１０１の一面１０１ａに、ｐ型不純物を所望の濃度で含むα層１０２を形成する（図３Ａ）。
【００３２】
α層１０２の形成に用いる反応ガスとしては、ＣＨ４／Ｈ２を０．００１［％］以上１０［％］以下、Ｂ２Ｈ６／ＣＨ４を１０［ｐｐｍ］以上５０００００［ｐｐｍ］以下で用いることが望ましく、より望ましくはＣＨ４／Ｈ２が０．０１［％］以上１［％］以下、Ｂ２Ｈ６／ＣＨ４が１００［ｐｐｍ］以上１００００［ｐｐｍ］以下、さらに望ましくは、ＣＨ４／Ｈ２が０．１５［％］、Ｂ２Ｈ６／ＣＨ４が５００［ｐｐｍ］である。
【００３３】
また、α層１０２を形成する際に、処理空間の温度は６００［℃］以上１３００［℃］以下であることが望ましく、処理空間の圧力は５［Ｔｏｒｒ］以上２００［Ｔｏｒｒ］以下であることが望ましい。また、α層１０２の形成に用いるマイクロ波のパワーとしては、３００［Ｗ］以上６０［ｋＷ］以下であることが望ましい。
【００３４】
次に、第二工程として、α層１０２上に、ｐ型不純物またはｎ型不純物を所望の濃度で含むγ層１０３を形成する（図３Ｂ）。
【００３５】
γ層１０３の形成に用いる反応ガスとしては、ＣＨ４／Ｈ２を０．００１［％］以上１０［％］以下で用いることが望ましく、より望ましくはＣＨ４／Ｈ２が０．０１［％］以上１［％］以下、さらに望ましくは、ＣＨ４／Ｈ２が０．０２５［％］である。
【００３６】
また、γ層１０３を形成する際に、処理空間の温度は６００℃以上１３００℃以下であることが望ましく、処理空間の圧力は５［Ｔｏｒｒ］以上２００［Ｔｏｒｒ］以下であることが望ましい。また、γ層１０３の形成に用いるマイクロ波のパワーは３００［Ｗ］以上６０［ｋＷ］以下であることが望ましい。
【００３７】
次に、第三工程として、γ層１０３上に、ｎ型不純物を所望の濃度で含むβ層１０４を形成する（図３Ｃ）。
【００３８】
β層１０４の形成に用いる反応ガスとしてＣＨ４／Ｈ２を０．００１［％］以上１０［％］以下、ＰＨ４／ＣＨ４を０．５［％］以上９０［％］以下で用いることが望ましく、より望ましくはＣＨ４／Ｈ２が０．０１［％］以上１［％］以下、ＰＨ４／ＣＨ４が３０［％］以上７０［％］以下、さらに望ましくは、ＣＨ４／Ｈ２が０．０５［％］、ＰＨ４／ＣＨ４が５５［％］である。
【００３９】
また、β層１０４を形成する際に、処理空間の温度は6００［℃］以上１３００［℃］以下であることが望ましく、処理空間の圧力は５［Ｔｏｒｒ］以上２００［Ｔｏｒｒ］以下であることが望ましい。また、マイクロ波のパワーとしては、３００［Ｗ］以上６０［ｋＷ］以下が好ましい。
【００４０】
次に、第四工程として、少なくとも第一電極１０６を形成する領域においてα層１０２が露出するように、γ層１０３およびβ層１０４をエッチングによって除去する（図４Ａ）。同工程において、さらに、α層１０２の露出面の一部を除去して、α層を所望の厚さに加工してもよい。
【００４１】
次に、第五工程として、α層１０２の露出面に第一電極１０６を形成し、β層１０４の露出面に第二電極１０７を形成する（図４Ｂ）。
【００４２】
次に、第六工程として、α層、γ層、β層からなるダイヤモンド半導体層１０５の表面に蛍光部材１０８を配する（図４Ｃ）。蛍光部材１０８は、ダイヤモンド半導体層１０５の表面を、広範囲で均一に覆うように配することが望ましい。
【００４３】
以上の第一〜第六工程を経ることによって、第一実施形態に係る白色発光素子１００を得ることができる。
【００４４】
［白色発光素子の製造装置］
第一実施形態に係る白色発光素子１００の機能部分を構成する、ダイヤモンド半導体素子１０５の製造装置について、図５を用いて説明する。図５は、ダイヤモンド半導体素子１０５の製造装置として用いられる、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置１０の構成を模式的に示す断面図である。
【００４５】
マイクロ波プラズマＣＶＤ装置１０は、マイクロ波を基板（基体）１０１の法線方向から入射するエンドランチ型のものであり、マイクロ波源１１は、２．４５［ＧＨｚ］のマイクロ波を発振し、最大出力が１．５［ｋＷ］で、出力は必要に応じて調整可能である。
このマイクロ波源１１の後段には、サーキュレータ１２およびダミーロード１３を設け、マイクロ波源１１から出たマイクロ波のうち、反射して導波管２１に戻ってきた反射波を水負荷として熱吸収し、反射波がマイクロ波源１１の発振器に悪影響を及ぼすことを防止している。
【００４６】
また、サーキュレータ１２の後段にチューナ１４を設け、導波管２１のインピーダンスを３本の棒で調整することにより、マイクロ波の反射を抑え全入射電力をプラズマで消費できるようにしている。さらに、チューナ１４の後段に、導波管２１内に突き出たアンテナを持つアプリケータ１５を設け、導波管２１を進行してきたＴＥ１０モードのマイクロ波を同心円状のＴＭ０１モードに変換している。マイクロ波をＴＭ０１モードにすることにより、円筒の反応容器２３にマイクロ波が整合し、安定したプラズマが得られるようになる。
【００４７】
原料ガスは、炭素源であるメタンガスと水素ガスと不純物ドープ用ガスとの混合ガスであり、各ガスボンベ２５から減圧弁およびマスフローコントローラ２６を経て、ガス導入管１６から反応容器２３に導かれ、反応容器２３上部のシャワーヘッド２９からガスシャワーとして反応容器２３内に導入される。メタンガス側のマスフローコントローラには、０．５［％］以下の混合比（水素ガスに対するメタンガスの割合）を得るために、精度の高いものを用いる。
【００４８】
なお、ＣＶＤダイヤモンド合成プロセス中は、プロセスポンプ２８による排気をして、反応容器２３内のガス圧を制御して、プラズマＣＶＤによるダイヤモンド合成を進行させるようにしている。また、ターボポンプ１７は予備排気において高真空を得るために使用し、ロータリーポンプ２７は合成中の排気に使用し、さらに高周波誘導加熱ヒータ２０は基板１０１の温度制御に使用している。
【００４９】
基板１０１は試料交換扉２４を開けて所定位置にセッティングされる。すなわち、反応容器２３内には、ステージ１８上に例えばグラファイト性のサセプタ１９が設けてあり、基板１０１は、このサセプタ１９上に載置された基板フォルダ２２にセッティングされている。
【実施例】
【００５０】
以下、第一実施形態に該当する実施例１を用いて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明が適用可能な実施例は、実施例１に限定されるものではない。【００５１】
［実施例１］
上述した白色発光素子の実施例１について、図６Ａ、図６Ｂ、図７、図８Ａ、図８Ｂを用いて説明する。【００５２】
図６Ａは、実施例１として用いた白色発光素子１１０の断面の構成を模式的に示す図である。白色発光素子１１０としては、第一実施形態に係る白色発光素子１００と同様の積層構造を備えたものを用いた。基体１１１としては、結晶構造が（１１１）方向に揃ったダイヤモンドからなる基板を用いた。ダイヤモンド半導体層１１５は、基体１１１側から順に、α１層（α層）１１２ａ、α２層（α層）１１２ｂ、γ層１１３、β１層（β層）１１４ａ、β２層（β層）１１４ｂを積層して構成され、各層の厚さが、２［μｍ］、１［μｍ］、２００［ｎｍ］、５００［ｎｍ］、５００［ｎｍ］となるように形成した。
また、β２層の上には、蛍光部材１１８の膜を形成した。この膜の厚さは、２００［ｎｍ］であった。【００５３】
α１層１１２ａ、α２層１１２ｂには、ボロンを、それぞれ２×１０２０［ｃｍ−３］、２×１０１９［ｃｍ−３］の濃度で含ませた。γ層１１３には、窒素を２×１０１７［ｃｍ−３］の濃度で含ませた。そして、β１層１１４ａ、β２層１１４ｂには、リンを、それぞれ６×１０１７［ｃｍ−３］、１×１０２０［ｃｍ−３］の濃度で含ませた。なお、γ層１１３の不純物濃度は、発生する光の成分のうち、青色光の強度の波長積分値Ａが、深紫外光の強度の波長積分値Ｂと同程度の大きさとなるように調整されたものである。
蛍光部材１１８の材料としては、ケイ酸カルシウムを用いた。【００５４】
図６Ｂは、蛍光部材を備えていない従来の白色発光素子２００の断面の構成を、模式的に示す図である。白色発光素子２００は、基体２０１と、α１層２０２ａ、α２層２０２ｂ、γ層２０３、β１層２０４ａ、β２層２０４ｂの順に積層してなるダイヤモンド半導体層２０５と、α１層２０２ａ、β２層２０４ｂに各々配された第一電極２０６、第二電極２０７と、を備えている。蛍光部材以外の構成については、図６Ａに示した実施例１に係る白色発光素子１１０の構成と同様である。【００５５】
図７は、図６Ａに示した本発明の白色発光素子１１０の発光特性と、図６Ｂに示した従来の白色発光素子２００の発光特性と、を比較するグラフである。グラフの縦軸は発光強度を示し、グラフの横軸は光の波長を示している。各々の白色発光素子の発光強度は、蛍光部材を備えている場合の積分強度と蛍光部材を備えていない場合の積分強度とが等しくなるように規格化されている。本発明の白色発光素子１１０の発光特性は実線で示し、蛍光部材を備えていない従来の白色発光素子２００の発光特性は破線で示している。【００５６】
ここでの発光特性は、各々の白色発光素子１１０、２００のα層、β層に、それぞれ正孔、電子を注入し、注入された正孔と電子とをγ層１１３、２０３において再結合させることによって発生する光の強度を測定して得たものである。【００５７】
蛍光部材を備えていない従来の白色発光素子２００のスペクトルは、波長が約３００［ｎｍ］以下の深紫外光域と、波長が約３００〜４００［ｎｍ］の紫外光域と、波長が約４５０〜５００［ｎｍ］の青色光域においてピークが見られた。従来の白色発光素子によって発生した光には、可視光域に含まれる光の成分のうち、青色光の成分が赤色光の成分に比べて多く含まれていた。【００５８】
一方、本発明の白色発光素子１１０のスペクトルは、紫外光域においてのみピークが見られ、可視光域においては連続的に広がっており、ピークが見られなかった。深紫外光域においては、発光強度が測定限界以下の大きさとなっていた。波長が約４００〜８００［ｎｍ］の可視光域においては、発光強度の波長依存性が小さく、グラフの横軸に対してフラットに近い状態のスペクトルが得られた。つまり、本発明の白色発光素子１１０によって発生した光には、深紫外光の成分がほとんど含まれておらず、赤色光の成分が青色光の成分と同程度の割合で含まれていた。【００５９】
各々の白色発光素子２００、１１０によって発生した光の演色性について、図８Ａ及び図８Ｂを用いて説明する。図８Ａは、蛍光部材を備えていない従来の白色発光素子２００によって発生する光の演色性を示すＣＩＥ色度表である。図８ＡのＣＩＥ色度表によれば、この光の色度値（○印で表示）は、Ｘ＝０．２７０、Ｙ＝０．３１３となっており、白色光（自然光）の色度値（△印で表示）に対して、青色側にシフトしている。
これは、蛍光部材を備えていない白色発光素子２００によって発生する光が、本来の白色光に比べて青色光の成分を多く含んでいることを意味している。【００６０】
図８Ａは、蛍光部材１１８を備えた本発明の白色発光素子１１０によって発生する光の演色性を示すＣＩＥ色度表である。図８ＢのＣＩＥ色度表によれば、この光の色度値（○印で表示）は、Ｘ＝０．２９５、Ｙ＝０．３３９となっており、蛍光部材を備えていない従来の白色発光素子２００によって発生する光の色度値よりも赤色側にシフトし、白色光の色度値（△印で表示）に近づいている。【００６１】
図７、図８Ａ及び図８Ｂに示した結果から、本発明の白色発光素子１１０によって得られた光が、連続した発光スペクトルを有しており、蛍光部材１１８を備えることにより、従来の白色発光素子２００によって得られた光よりも、演色性の高い白色の光となっていることが分かった。【００６２】
この結果は、ダイヤモンド半導体層において発生する光のうち、深紫外光の成分が蛍光部材と相互作用することによって、長波長側にシフトし、赤色光の成分に変化したことに起因している。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、ＬＳＩ、ＤＲＡＭ、パワーデバイス、ＬＥＤ等の発光素子を用いた電子デバイスに広く適用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１００、１１０、２００    白色発光素子
１０１、１１１、２０１    基体
１０２、１１２ａ、１１２ｂ、２０２ａ、２０２ｂ    α層
１０３、１１３、２０３    γ層
１０４、１１４ａ、１１４ｂ、２０４ａ、２０４ｂ    β層
１０５、１１５、２０５    ダイヤモンド半導体層
１０６、１１６、２０６    第一電極
１０７、１１７、２０７    第二電極
１０８、１１８    蛍光部材
【図１Ａ】
2014142338.tif 000003
【図１Ｂ】
2014142338.tif 000004
【図２】
2014142338.tif 000005
【図３Ａ】
2014142338.tif 000006
【図３Ｂ】
2014142338.tif 000007
【図３Ｃ】
2014142338.tif 000008
【図４Ａ】
2014142338.tif 000009
【図４Ｂ】
2014142338.tif 000010
【図４Ｃ】
2014142338.tif 000011
【図５】
2014142338.tif 000012
【図６Ａ】
2014142338.tif 000013
【図６Ｂ】
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【図７】
2014142338.tif 000015
【図９】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年10月5日(2016.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体上に配され、該基体側から、一つまたは複数のｐ型のα層、ｐ型またはｎ型のγ層、一つまたは複数のｎ型のβ層が順に積層されてなるダイヤモンド半導体層と、
前記α層に配された、電流を注入するための第一電極と、
前記β層に配された、電流を注入するための第二電極と、
前記ダイヤモンド半導体層の表面における発光の取り出し領域を覆う蛍光部材と、を備え、
前記γ層に含まれる不純物の濃度が、１×１０１６［ｃｍ−３］以上１×１０１９［ｃｍ−３］以下であることを特徴とする白色発光素子。
【請求項２】
前記発光の取り出し領域は、前記β層の表面のうち露出している領域であることを特徴とする請求項１に記載の白色発光素子。
【請求項３】
前記蛍光部材の吸収波長は、深紫外光の波長域に含まれていることを特徴とする請求項１に記載の白色発光素子。
【国際調査報告】
2014142338.tif 000019
2014142338.tif 000020