(57)【要約】【課題】網膜損傷の程度が低い白色発光装置及び白色発光装置の形成方法を提供する。【解決手段】  パッケージ２１の凹部にＬＥＤ２０が配置されており、凹部の一定の高さまで、蛍光体２２と封止樹脂で埋められている。蛍光体２２は、ＬＥＤ２０からの発光を受けて、この発光波長よりも長い波長の光を放射する。蛍光体を通って放射される光は、波長３５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内に発光スペクトル成分を有する白色光源になるように形成されている。この白色光源からの放射光のうち、波長３８０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の少なくとも一部の波長領域における発光スペクトル成分を除去するようにフィルター２３がもうけられる。【選択図】        図１
2008311532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長３５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内に発光スペクトル成分を有する白色光源と、
前記白色光源からの放射光のうち、波長３８０ｎｍ〜４８０ｎｍ未満の範囲内の少なくとも一部の波長領域における発光スペクトル成分を除去するスペクトル成分除去手段とを備えたことを特徴とする白色発光装置。
【請求項２】
前記スペクトル成分除去手段はフィルターで構成されていることを特徴とする請求項１記載の白色発光装置。
【請求項３】
前記白色光源は、発光スペクトルのピークが波長３５０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内にある半導体発光ダイオードと、該半導体発光ダイオードからの放射光の一部を吸収して該放射光よりも長波長の光を発光する蛍光体とからなることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の白色発光装置。
【請求項４】
波長３５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内に発光スペクトル成分を有する白色光源が、波長４８０ｎｍ〜５２０ｎｍの範囲と波長６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲に各々発光スペクトルのピークを有する半導体発光ダイオードを備えていることを特徴とする白色発光装置。
【請求項５】
前記波長４８０ｎｍ〜５２０ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークを有する半導体発光ダイオードはｍ面を結晶成長の主面とする窒化物半導体からなることを特徴とする請求項４記載の白色発光装置。
【請求項６】
波長３５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内に発光スペクトル成分を有する白色光源が、波長４８０ｎｍ〜５２０ｎｍの範囲と波長６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲に各々発光スペクトルのピークを有する半導体レーザダイオードを備えていることを特徴とする白色発光装置。
【請求項７】
前記波長４８０ｎｍ〜５２０ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークを有する半導体レーザダイオードはｍ面を結晶成長の主面とする窒化物半導体からなることを特徴とする請求項６記載の白色発光装置。
【請求項８】
前記白色光源は波長３８０ｎｍ〜４２０ｎｍ、波長４８０ｎｍ〜５００ｎｍ、波長５２０ｎｍ〜６７０ｎｍの各範囲に各々発光スペクトルのピークを有し、波長４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲における発光スペクトル成分は含まれていないことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の白色発光装置。
【請求項９】
前記波長３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークを有する発光源、波長４８０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークを有する発光源、波長５２０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークを有する発光源は、半導体発光ダイオードからなることを特徴とする請求項８記載の白色発光装置。
【請求項１０】
前記波長３８０ｎｍ〜４２０ｎｍ、波長４８０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークを有する半導体発光ダイオードは、窒化物半導体からなることを特徴とする請求項９記載の白色発光装置。
【請求項１１】
前記白色発光装置からの放射光のスペクトルが、ＣＩＥ１９３１の等色関数で評価した場合、色度図でＣＩＥｘが０．３〜０．５の範囲内で、かつＣＩＥｙが０．３〜０．４４の範囲内に含まれることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の白色発光装置。
【請求項１２】
前記発光装置からの放射光のスペクトル成分におけるＣＩＥ１９３１青色等色関数への寄与成分量のうち、波長４００ｎｍ〜４５０ｎｍ範囲における第１寄与成分量よりも波長４５０ｎｍ〜５００ｎｍ範囲における第２寄与成分量の方が大きいことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の白色発光装置。
【請求項１３】
前記第１寄与成分量は、前記第２寄与成分量の半分以下であることを特徴とする請求項１２記載の白色発光装置。
【請求項１４】
波長３５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内に発光スペクトル成分を有する白色光源と、
一部の波長領域における発光スペクトル成分を除去するスペクトル成分除去手段とを備えた白色発光装置の形成方法であって、
前記白色発光装置からの放射光のスペクトルを網膜損傷アクションスペクトルと網膜感度スペクトルとを用いて定量化し、この定量化した数値に基づいて網膜損傷の程度を下げるように前記スペクトル成分除去手段を構成することを特徴とする白色発光装置の形成方法。
【請求項１５】
前記定量化した数値に基づいて前記白色光源を構成することを特徴とする請求項１４記載の白色発光装置の形成方法。
【請求項１６】
前記定量化した数値は、前記網膜損傷アクションスペクトルをＤ、前記網膜感度スペクトルをＳ、前記放射光のスペクトルをＩとした場合に、Ｄ×Ｉの積分値とＳ×Ｉの積分値との比であることを特徴とする請求項１４又は請求項１５のいずれか１項に記載の白色発光装置の形成方法。
【請求項１７】
１つ又は複数の種類の等色関数で定義される色度座標と、前記網膜損傷アクションスペクトルを用い、前記白色光源の白色の色分類を決定し、かつ前記スペクトル成分除去手段を構成する請求項１４〜請求項１６のいずれか１項に記載の白色発光装置の形成方法。
【請求項１８】
前記白色光源からの光の出射方向により、前記定量化した数値を決定する請求項１４〜請求項１７のいずれか１項に記載の白色発光装置の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、青色波長から赤色波長までが含まれた白色発光装置及びその構成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮやＡｌＧａＮ等のＧａＮ系III−Ｖ族化合物半導体を用いた可視光発光ダイオード等は、表示用光源から照明用光源として実用化されている。そして、照明用の発光ダイオードとしては、発光効率の良い白色ＬＥＤが開発されてきている。
【０００３】
ところで、人間は、３種の錐体細胞によって、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色を感じることができ、これらの色の混合により色を認識している。白色光は、赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）の３種類の色の混合により成り立っている。色の認識をモデル化し、色の取り扱いにルールを与えたもののひとつが、ＣＩＥ１９３１等色関数による色の数値化と色度図である。
【０００４】
等色関数を図２１に示す。図の縦軸は、相対感度又は比視感度、横軸は光の波長を表す。一方、人間の角膜に入射した光は、可視光領域においてはほぼ減衰せずに、眼底まで到達する。
【０００５】
熱作用を生じない程度の弱い光（ＬＥＤ）によっても細胞内の分子が光により励起状態となり化学反応を起こして組織の障害を引き起こす。具体的には、青色光の４３５〜４４０ｎｍ付近で光化学反応は最も強くなり、眼底が損傷を受けやすい波長領域となる。光の波長に対する網膜損傷の受けやすさをグラフに表した網膜損傷アクションスペクトル（網膜ダメージ）を図２１に合わせて示す。図からもわかるように、青色を感じる感度と網膜損傷アクションスペクトルとは極めて近い。すなわち、青色は、網膜損傷の要因になるとも言える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、白色光源をつくるためには、青色成分を含まなければならないが、その成分は網膜を損傷させるスペクトルにもなりうる。これまではこの網膜損傷が考慮されていないので、長時間にわたる照射により網膜の損傷のリスクが高まっていた。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、網膜損傷の程度が低い白色発光装置及び、定量的な評価方法に基づいた白色発光装置の形成方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、波長３５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内に発光スペクトル成分を有する白色光源と、前記白色光源からの放射光のうち、波長３８０ｎｍ〜４８０ｎｍ未満の範囲内の少なくとも一部の波長領域における発光スペクトル成分を除去するスペクトル成分除去手段とを備えたことを特徴とする白色発光装置である。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、前記除去手段はフィルターで構成されていることを特徴とする請求項１記載の白色発光装置である。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、前記白色光源は、発光スペクトルのピークが波長３５０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内にある半導体発光ダイオードと、該半導体発光ダイオードからの放射光の一部を吸収して該放射光よりも長波長の光を発光する蛍光体とからなることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の白色発光装置である。
【００１１】
また、請求項４記載の発明は、波長３５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内に発光スペクトル成分を有する白色光源が、波長４８０ｎｍ〜５２０ｎｍの範囲と波長６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲に各々発光スペクトルのピークを有する半導体発光ダイオードを備えていることを特徴とする白色発光装置である。
【００１２】
また、請求項５記載の発明は、前記波長４８０ｎｍ〜５２０ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークを有する半導体発光ダイオードはｍ面を結晶成長の主面とする窒化物半導体からなることを特徴とする請求項４記載の白色発光装置である。
【００１３】
また、請求項６記載の発明は、波長３５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内に発光スペクトル成分を有する白色光源が、波長４８０ｎｍ〜５２０ｎｍの範囲と波長６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲に各々発光スペクトルのピークを有する半導体レーザダイオードを備えていることを特徴とする白色発光装置である。
【００１４】
また、請求項７記載の発明は、前記波長４８０ｎｍ〜５２０ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークを有する半導体レーザダイオードはｍ面を結晶成長の主面とする窒化物半導体からなることを特徴とする請求項６記載の白色発光装置である。
【００１５】
また、請求項８記載の発明は、前記白色光源は波長３８０ｎｍ〜４２０ｎｍ、波長４８０ｎｍ〜５００ｎｍ、波長５２０ｎｍ〜６７０ｎｍの各範囲に各々発光スペクトルのピークを有し、波長４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲における発光スペクトル成分は含まれていないことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の白色発光装置である。
【００１６】
また、請求項９記載の発明は、前記波長３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークを有する発光源、波長４８０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークを有する発光源、波長５２０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークを有する発光源は、半導体発光ダイオードからなることを特徴とする請求項８記載の白色発光装置である。
【００１７】
また、請求項１０記載の発明は、前記波長３８０ｎｍ〜４２０ｎｍ、波長４８０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークを有する半導体発光ダイオードは、窒化物半導体からなることを特徴とする請求項９記載の白色発光装置である。
【００１８】
また、請求項１１記載の発明は、前記白色発光装置からの放射光のスペクトルが、ＣＩＥ１９３１の等色関数で評価した場合、色度図でＣＩＥｘが０．３〜０．５の範囲内で、かつＣＩＥｙが０．３〜０．４４の範囲内に含まれることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の白色発光装置である。
【００１９】
また、請求項１２記載の発明は、前記発光装置からの放射光のスペクトル成分におけるＣＩＥ１９３１青色等色関数への寄与成分量のうち、波長４００ｎｍ〜４５０ｎｍ範囲における第１寄与成分量よりも波長４５０ｎｍ〜５００ｎｍ範囲における第２寄与成分量の方が大きいことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の白色発光装置である。
【００２０】
また、請求項１３記載の発明は、前記第１寄与成分量は、前記第２寄与成分量の半分以下であることを特徴とする請求項１２記載の白色発光装置である。
【００２１】
また、請求項１４記載の発明は、  波長３５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内に発光スペクトル成分を有する白色光源と、一部の波長領域における発光スペクトル成分を除去するスペクトル成分除去手段とを備えた白色発光装置の形成方法であって、前記白色発光装置からの放射光のスペクトルを網膜損傷アクションスペクトルと網膜感度スペクトルとを用いて定量化し、この定量化した数値に基づいて網膜損傷の程度を下げるように前記スペクトル成分除去手段を構成することを特徴とする白色発光装置の形成方法である。
【００２２】
また、請求項１５載の発明は、前記定量化した数値に基づいて前記白色光源を構成することを特徴とする請求項１４記載の白色発光装置の形成方法である。
【００２３】
また、請求項請求項１６記載の発明は、前記定量化した数値は、前記網膜損傷アクションスペクトルをＤ、前記網膜感度スペクトルをＳ、前記放射光のスペクトルをＩとした場合に、Ｄ×Ｉの積分値とＳ×Ｉの積分値との比であることを特徴とする請求項１４又は請求項１５のいずれか１項に記載の白色発光装置の形成方法である。
【００２４】
また、請求項請求項１７記載の発明は、１つ又は複数の種類の等色関数で定義される色度座標と、前記網膜損傷アクションスペクトルを用い、前記白色光源の白色の色分類を決定し、かつ前記スペクトル成分除去手段を構成する請求項１４〜請求項１６のいずれか１項に記載の白色発光装置の形成方法である。
【００２５】
また、請求項請求項１８記載の発明は、前記白色光源からの光の出射方向により、前記定量化した数値を決定する請求項１４〜請求項１７のいずれか１項に記載の白色発光装置の形成方法である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、白色発光装置から放射される白色光のうち、人間の網膜に損傷等の影響を与える波長領域の一部の波長領域におけるスペクトル成分又は全部の波長領域におけるスペクトル成分を弱めるかもしくは完全に除去する除去手段を設けているので、網膜損傷のリスクを低減することができる。また、網膜損傷スペクトルと網膜感度スペクトルを用いて、白色光源やスペクトル成分除去手段を構成するようにしているので、スペクトル成分除去手段による放射光量の減少や色度の変動を防ぐことができるとともに、網膜損傷リスクを減らしつつ、所望の白色光を形成するようにできる。これらを定量化できる点についても大きな効果である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明の第１の白色発光装置の断面構造を示す。
【００２８】
本発明の白色発光装置は、樹脂等で構成されたパッケージ２１の凹部にＬＥＤ２０が配置されており、凹部の一定の高さまで、蛍光体２２と封止樹脂で埋められている。また、フィルター２３を除いた構成で白色光源が形成されている。蛍光体２２は、ＬＥＤ２０からの発光を受けて、この発光波長よりも長い波長の光を放射する。
【００２９】
例えば、ＬＥＤ２０を近紫外光又は紫光を発生する半導体発光ダイオードに構成すれば、蛍光体２２は、３種類の蛍光体、すなわち赤（Ｒ）、青（Ｇ）、緑（Ｂ）を放射する各蛍光体が混合されたもので構成されるか、またはＯＹＢＧ（オレンジイエロー・ブルー・グリーン）等で構成される。そして、各蛍光体がＬＥＤ２０からの光りで励起されて蛍光し、これらの光が混合されて白色となる。また、ＬＥＤ２０を青色を発光する半導体発光ダイオードに構成すれば、蛍光体２２はＹＡＧ：Ｃｅ等のＹＡＧ系蛍光体で構成され、ＹＡＧ系蛍光体は青色の補色である黄色の蛍光を発する。したがって、ＬＥＤ２０の青色光とＹＡＧ系蛍光体２２の黄色光とが混合して白色となる。本実施例では、ＬＥＤ２０を近紫外光又は紫光を発生する半導体発光ダイオードに形成し、蛍光体２２は、３種類のＲ、Ｇ、Ｂの各蛍光体が混合されたものか、またはＯＹＢＧ（オレンジイエロー・ブルー・グリーン）等で構成するようにした。
【００３０】
ＬＥＤ２０は、近紫外光又は紫光に相当する３５０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲にピーク発光波長を有するように形成される。パッケージ２１の凹部表面には金属配線１０及び１２が形成されており、ＬＥＤ２０がパッケージ２１の凹部底面にボンディングされている。金属配線１２は、リード線１３で青色ＬＥＤ２０のｐ電極と接続され、一方、金属配線１０は、リード線１１で青色ＬＥＤ２０のｎ電極と接続される。
【００３１】
また、フィルター２３がパッケージ２１の凹部に充填された蛍光体の表面を覆うように設けられている。フィルター２３は、スペクトル成分除去手段に相当するもので、ＬＥＤ２０から放射される光のうち、波長３８０ｎｍ〜４８０ｎｍ未満の範囲内の少なくとも一部の波長を弱めるか又は透過させないようにするものである。また、３８０ｎｍ〜４８０ｎｍ未満の範囲内の全波長の強度を弱めるか、あるいはカットして透過させないようにしても良い。したがって、図１の白色発光装置から放射される光のうち、波長３８０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の少なくとも一部の波長領域における発光スペクトル成分は強度が小さくなるかあるいは除去されている。また、上記機能を達成するために、フィルター２３には、誘電体多層膜や着色ガラス等が用いられる。また、樹脂や蛍光体２２とフィルター２３は離れて配置されていても良い。
【００３２】
次に、ＬＥＤ２０の具体的構成を図２に示す。ＬＥＤ２０は、ＧａＮ（窒化ガリウム）系半導体で構成されたＧａＮ系半導体素子からなる。ＧａＮ系半導体素子は、六方晶化合物半導体であるIII−Ｖ族ＧａＮ系半導体が用いられており、上記III−Ｖ族ＧａＮ系半導体は、４元混晶系のＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される。
【００３３】
ＬＥＤ２０は、ＧａＮ単結晶基板１上にＧａＮ系半導体層を順次成長させて形成される。ＧａＮ単結晶基板１は、支持体となるパッケージ２１の凹部底面に接合されている。前述したようにパッケージ２１には、金属配線１０，１２が形成されている。そして、ｎ側電極９と金属配線１２とがボンディングワイヤ１３で接続されており、ｐ側電極８と金属配線１０とがボンディングワイヤ１１で接続されている。
【００３４】
ＧａＮ単結晶基板１上に形成されるｎ型コンタクト層は、シリコン（Ｓｉ）をｎ型ドーパントとして添加したｎ型ＧａＮ層２からなる。層厚は３μｍ以上とすることが好ましい。シリコンのドーピング濃度は、たとえば、１０１８ｃｍ−３とされる。ｎ型ＧａＮ層２上に積層されるＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層３は、井戸層としてシリコンをドープしたＩｎＧａＮ層（たとえば３ｎｍ厚）、バリア層としてＧａＮ層（たとえば９ｎｍ厚）を用い、これらの層を交互に所定周期（たとえば５周期）積層した多重量子井戸構造（ＭＱＷ）で構成される。このＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層３と、ｐ型ＡｌＧａＮ層５との間に、ＧａＮファイナルバリア層４（例えば４０ｎｍ厚）が積層される。また、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層３のＩｎＧａＮ井戸層のＩｎ組成比率を変化させることで、ＬＥＤ２０の発光波長を変化させることができる。例えば、Ｉｎ組成比率を１０％強程度まで変化させれば、発光波長のピークが３５０ｎｍ〜４２０ｎｍとなるように形成できる。
【００３５】
ｐ型ＡｌＧａＮ層５は、電子阻止層の役割を果たし、ｐ型ドーパントとしてのマグネシウム（Ｍｇ）を添加したＡｌＧａＮ層からなる。層厚は、たとえば、２８ｎｍである。マグネシウムのドーピング濃度は、例えば、３×１０１９ｃｍ−３とされる。
【００３６】
ｐ型ＡｌＧａＮ層５上に形成されるｐ型コンタクト層は、ｐ型ドーパントとしてのマグネシウムを高濃度に添加したｐ型ＧａＮ層６からなる。層厚は、たとえば、７０ｎｍである。マグネシウムのドーピング濃度は、たとえば、１０２０ｃｍ−３とされる。ｐ型ＧａＮ層６の表面は鏡面となっている。より具体的には、ｐ型ＧａＮ層６の表面の凹凸は、１００ｎｍ以下である。この表面は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層３で発生した光が取り出される光取り出し側表面である。
【００３７】
透明電極７は、Ｎｉ（屈折率１．８）とＡｕ（屈折率は１．６）とから構成される透明な薄い金属層（たとえば、２００Å以下）で構成される。
【００３８】
ｎ側電極９は、ＴｉとＡｌ層から構成される膜である。ＧａＮ単結晶基板１は、ｍ面を主面とするＧａＮ単結晶からなる基板である。より具体的には、非極性面（ノンポーラ面）であるｍ面を主面とし、この主面は、非極性面の面方位から±１°以内のオフ角を有する面である。
【００３９】
ｍ面を主面とするＧａＮ単結晶基板１は、例えば、ｃ面を主面としたＧａＮ単結晶から切り出して作製することができる。切り出された基板のｍ面は、例えば、化学的機械的研磨処理によって研磨され、（０００１）方向および（１１−２０）方向の両方に関する方位誤差が、±１°以内（好ましくは±０．３°以内）とされる。こうして、ｍ面を主面とし、かつ、転位や積層欠陥といった結晶欠陥のないＧａＮ単結晶基板が得られる。このようなＧａＮ単結晶基板の表面には、原子レベルの段差が生じているにすぎない。このようにして得られるＧａＮ単結晶基板上に、既知のＭＯＣＶＤ法によって、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造が成長させられる。
【００４０】
ＧａＮ単結晶基板１は、ｍ面を主面としており、この主面上における結晶成長によって、III族窒化物半導体であるＧａＮ系半導体層が積層される。したがって、ＧａＮ単結晶基板１のｍ面上に結晶成長されるＧａＮ系半導体層だけでなく、最上層のｐ型ＧａＮ層６に至るまですべてのＧａＮ系半導体層の成長主面はｍ面となる。
【００４１】
ところで、ＧａＮ系半導体の結晶構造は、六方晶系で近似することができ、六角柱の軸方向に沿うｃ軸を法線とする面（六角柱の頂面）がｃ面（０００１）である。ＧａＮ系半導体では、分極方向がｃ軸に沿っている。そのため、ｃ面は＋ｃ軸側と−ｃ軸側とで異なる性質を示すので、極性面（Polar Plane）と呼ばれる。一方、六角柱の側面（柱面）がそれぞれｍ面（１０−１０）であり、隣り合わない一対の稜線を通る面がａ面（１１−２０）である。これらは、ｃ面に対して直角な結晶面であり、分極方向に対して直交しているため、極性のない平面、すなわち、非極性面（Nonpolar Plane）と呼ばれる。
【００４２】
上記のように、結晶成長主面を非極性面であるｍ面としているので、ヘテロ接合の界面においては、自然分極よる電界や格子歪みに基づくピエゾ電界は発生せず、発光効率の低下が抑制される。したがって、後述する第２、第３の白色発光装置等に用いられるＬＥＤで、青緑色領域の発光波長又は緑色領域の発光波長を発生せるために、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層３のＩｎＧａ井戸層のＩｎ組成比率を高くしても、分極電界が強くなることもな
く、良好な紫外〜緑色光源として使用することができる。なお、発光波長によっては、ＧａＮ単結晶基板１の主面をｃ面としても良い。また、成長用基板としては、上記ＧａＮ単結晶基板の替わりにサファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ等の異種基板を用いても良い。
【００４３】
次に、図３は、人間の網膜への損傷の受けやすさを示す網膜損傷アクションスペクトルＤと、人間の網膜の感度を示す網膜感度スペクトルを示す。ここで、縦軸は相対感度を、横軸は波長を示し、Ｂは、ＣＩＥ１９３１の青色の等色関数を表すもので、網膜感度スペクトルの一種である。この図からわかるように、４３５ｎｍ〜４４０ｎｍの波長領域を境にして、網膜損傷の寄与が大きい波長領域と青色と感じる寄与が大きい波長領域とに大きく分けることができる。この２つに分けられた波長領域に基づき、網膜損傷へ寄与が大きくなる４４０ｎｍ程度以下の波長をカットし、かつ、この波長を除去した後の色度が所望する白色発光装置になるようにする定量的構成方法を以下に説明する。
【００４４】
図４は、白色発光装置の発光スペクトルＩとＣＩＥ１９３１等色関数Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）及び網膜損傷アクションスペクトルＤを表す。図の太線のグラフが改良前の白色発光装置の発光スペクトルＩである。スペクトルＤとの比較でもわかるように、Ｄのピーク波長付近の発光スペクトル成分の強さも高いので、網膜損傷のリスクが高まる。そこで、網膜損傷のリスクを低減し、所望の白色光を形成するために、白色発光装置からの放射光のスペクトルを網膜損傷アクションスペクトルＤと網膜感度スペクトルとを用いて定量化し、この定量化した数値に基づいて装置を構成していく。
【００４５】
まず、図４の発光スペクトルＩを波長λの関数で表してＩ（λ）とする。また、ＤをＤ（λ）と波長の関数で表しておく。Ｉ（λ）のうち、Ｄ（λ）に寄与する成分ＩＤは、まず、ＩＤ＝Ｉ（λ）×Ｄ（λ）と掛け算を行い、ＩＤを積分することにより求められる。したがって、ＩＤ＝∫（ＩＤ）となる。ここで、∫は積分記号を表す。
【００４６】
次に、色度図の色度座標にも用いられる３刺激値と呼ばれる数値を求める。人間の目にある３種類の色受容器（色センサ）の分光感度特性は波長λの関数、ｘ（λ）、ｙ（λ）、ｚ（λ）として定義されている。これらが、ＣＩＥ１９３１等色関数と呼ばれるもので、図４の青色等色関数Ｂ、緑色等色関数Ｇ、赤色等色関数Ｒと対比すれば、ｘ（λ）＝Ｂ（λ）、ｙ（λ）＝Ｇ（λ）、ｚ（λ）＝Ｒ（λ）となる。人間の目にある３つのセンサの受光量は３刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚと呼ばれ、光源の分光分布Ｉに等色関数ｘ（λ）、ｙ（λ）、ｚ（λ）を掛け合わせ、積算することにより求められる。したがって、図４の記号を用いれば，３刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚは次式で表される。
Ｘ＝∫Ｉ（λ）Ｂ（λ）、Ｙ＝∫Ｉ（λ）Ｇ（λ）、Ｚ＝∫Ｉ（λ）Ｒ（λ）
ここで、積分区間は波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍである。
【００４７】
次に、定量化された評価指標として相対ダメージＲを定義する。相対ダメージＲは、目のセンサへの感度に対するダメージを意味するもので、Ｒ＝ＩＤ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）となる。上記のように定量化された相対ダメージＲが、小さければ、網膜ダメージが網膜感度に比べて相対的に小さくなっていると言える。逆に、相対ダメージが大きくなっていれば、網膜ダメージが相対的に大きくなっていると言える。
【００４８】
図１９は、ＣＩＥ１９３１の等色関数による色度図を表し、図２０は図１９の黒体輻射の色軌跡における白色ランクを示す。ところで、色度図の色度座標（ＣＩＥＸ，ＣＩＥＹ）は、前述した３刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚにより、次のように表される。
ＣＩＥＸ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）、ＣＩＥＹ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
図４の発光スペクトルＩを図１９の色度座標（ＣＩＥＸ，ＣＩＥＹ）で表すと、色度範囲は、（０．３１，０．３４）であり、相対ダメージＲは０．２１となった。
【００４９】
次に、図５に示すように、スペクトル成分除去手段、すなわち図１の構成であればフィルター２３を用いて、約４４０ｎｍ以下の波長領域における発光スペクトル成分をすべてカットし、発光スペクトルＩ１の形状にする。この状態で、上記同様、相対ダメージＲを求めると０．１６となり、値は小さくなり網膜損傷のリスクは低減した。しかし、色度範囲は、（０．３３，０．３７）となり、色度範囲が図４の状態より悪くなっている。これを図４の状態、（０．３１，０．３４）に戻すためには、ＬＥＤ２０の発光強度を強くして、スペクトル成分の高さを高くしてやることにより、図６のような発光スペクトル分布Ｉ２を得ることができる。
【００５０】
図６の発光スペクトルは、図５と比較すると、４５０ｎｍ〜５００ｎｍにかけて発光スペクトル強度が高くなっていることがわかる。しかも、約４４０ｎｍ以下の波長についてはフィルター２３ですべてカットされるので、網膜損傷リスクは図４のとき程上昇しない。この場合の色度範囲は、（０．３１，０．３４）であり、相対ダメージＲは０．１９であった。
【００５１】
このようにして、網膜損傷に寄与する波長をカットし、一方、網膜損傷に寄与する波長をカットしたために失われる発光スペクトル成分をあらかじめ計算し、青色等色関数を考慮して、どの程度人間の眼で感度が失われるかを算出し、それを補うために、白色光源（上記例ではＬＥＤ２０）の発光強度を大きくすることにより、色度範囲が最適で、網膜損傷のリスクが少ない白色発光装置を作製することができる。
【００５２】
上述のように、４００〜４５０ｎｍにおける寄与成分量ＩＢ１よりも４５０〜５００ｎｍにおける寄与成分量ＩＢ２の方が大きくするようにして、白色の色度を最適にするように構成するが、さらに、色度範囲を最適にする一方で網膜損傷のリスクを低減するためには、青色等色関数に基づく、発光スペクトル成分の４００〜４５０ｎｍにおける寄与成分量ＩＢ１が、４５０〜５００ｎｍにおける寄与成分量ＩＢ２の５０％以下であることが望ましい。この方法を白色光源からの光の出射角度によって行えば、出射方位毎の定量化を行うことができる。
【００５３】
上記のように、明るさの感度量／網膜ダメージを決定してから逆算していくことで、白色光源と、スペクトル除去手段を適切に形成することができ、白色発光装置からの放射光のスペクトルが、ＣＩＥ１９３１の等色関数で評価した場合、図１９の色度図でＣＩＥｘが０．３〜０．５の範囲内で、かつＣＩＥｙが０．３〜０．４４の範囲内に含まれるように設計することが可能となる。
【００５４】
次に、網膜損傷アクションスペクトルＤと異なる種類の網膜感度スペクトルとを用いて白色発光装置からの放射光のスペクトルを定量化し、この定量化した数値に基づいてスペクトル除去手段を構成し、修正後のスペクトルが、色度図上で設計されたとおりの白色スペクトルとなるように形成する方法を以下に説明する。
【００５５】
図１３は前述した光励起反応による網膜の損傷のしやすさを示す網膜損傷アクションスペクトルＤと、網膜感度スペクトルの一種である比視感度スペクトルＳとを表す。比視感度スペクトルＳは、人間の眼が明るいと感じる波長領域と相対感度を示すものである。Ｓは緑色等色関数にほぼ相当するものであり、ＤとＳとは、重なる波長領域がほとんどないので、Ｄの感度が高い波長領域を避けつつ、Ｓの感度が高い波長領域に含まれる成分を大きくするようにする。
【００５６】
外部から入ってくる光情報は、人間の目の角膜、瞳孔、水晶体、硝子体を順に通り、網膜で受容される。光を感じる視細胞には明暗を認識する桿体細胞(Rods)と、色を認識する錐体細胞(Cones)がある。しかし、照明を考える場合には、明順応した場合を考えて設計することもできる。つまり、錐体細胞のみを考慮し、明順応視感度である上記比視感度スペクトルＳを用れば良い。
【００５７】
例えば、図１４のような発光スペクトルの発光があったとし、この発光スペクトルを波長λの関数で表してＩ（λ）とする。また、ＤをＤ（λ）、ＳをＳ（λ）と波長の関数で表しておく。図１５（ａ）のように、Ｉ（λ）のうち、Ｄ（λ）に寄与する成分ＩＤは、まず、ＩＤ＝Ｉ（λ）×Ｄ（λ）と掛け算を行い、ＩＤを積分することにより求められる。したがって、∫（ＩＤ）となる。ここで、∫は積分記号を表す。一方、図１５（ｂ）のように、Ｉ（λ）のうち、Ｓ（λ）に寄与する成分ＩＳを求めると、∫（ＩＳ）となる。ここで、ＩＳ＝Ｉ（λ）×Ｓ（λ）である。そしてＩＳ／ＩＤ、すなわち、明るさの感度量／網膜ダメージの比を求める。この比が、大きければ、明るく感じられるとともに、網膜ダメージが相対的に小さくなっていると言える。逆に、比の値が小さくなっていれば、明るさがそれほど感じられず、網膜ダメージが相対的に大きくなっていると言える。
【００５８】
以上のようにして、白色光のうち、ＩＳ／ＩＤの比を大きくするように形成する。例えば、電球の発光スペクトルは、黒体輻射スペクトルに近いことで知られているが、図１６のＩのようになる。この場合、ＩＤとＩＳは図のようになり、網膜ダメージに寄与する成分は非常に小さく、かつ、明るさの感度に寄与する成分は大きい。ＩＳ／ＩＤの比は５．５となる。一方、紫外線が多く含まれることで知られている太陽光の発光スペクトルは図１７のＩのようになる。ここで、ＩＤとＩＳは図のようになり、網膜ダメージに寄与する成分も大きく、かつ、明るさの感度に寄与する成分も大きい。この場合には、ＩＳ／ＩＤは１．５となる。
【００５９】
次に、白色ＬＥＤとして良く用いられる青色ＬＥＤとＹＡＧ等の蛍光体を用いて、青色光と黄色光を混色して白色とした装置の発光スペクトルを図１８のＩで示す。ここで、ＩＤとＩＳは図のようになり、網膜ダメージに寄与する成分はそれほど小さくなく、かつ、明るさの感度に寄与する成分も普通である。この場合には、ＩＳ／ＩＤは１．９となる。これでは、まだ、網膜ダメージの成分がかなりあるので、本発明のように、波長カットフィルター２３を設けて、３８０〜４８０ｎｍの波長領域の少なくとも一部の領域における成分をカットするようにして、ＩＳ／ＩＤ値を向上させるようにする。一方、波長カットフィルター２３を設けることで、一部の発光スペクトル成分が失われて、色度範囲が悪くなることが考えられるが、その場合には、上記同様、青色ＬＥＤの発光強度を大きくすれば良い。
【００６０】
なお、以上述べた白色発光装置の形成方法は、後述する第２の白色発光装置、第３の白色発光装置等、本発明のすべての白色発光装置に適用することができる。
【００６１】
次に、白色発光装置から発生する白色光の構成について考察する。第１の白色発光装置では、上記実施例のように、近紫外又は紫領域の発光で励起し、励起された蛍光体からの３色の光を混合して白色とする構成としたが、第２の白色発光装置は青緑領域の発光と、赤色領域の発光とを混合して白色光を作り出す。図１２は、既に述べたＤ、Ｂ、Ｇ、Ｒの波長に対する相対感度曲線であるが、Ｂ曲線とＧ曲線との交点Ｃ１（約５００ｎｍ）は、人間の眼の色センサに相当する青色受容器と緑色受容器との感度が同じになるので、この波長付近にピーク波長が存在するスペクトル分布を形成するように青緑の光源を構成し、Ｃ１と同じ感度におけるＲ曲線の交点Ｃ２（約６５０ｎｍ）の波長付近にピーク波長が存在するスペクトル分布を形成するように赤色の光源を構成する。
【００６２】
ここで、Ｃ１付近の波長とは、５００ｎｍ±２０ｎｍ（４８０ｎｍ〜５２０ｎｍ）であり、Ｃ２付近の波長とは、６５０ｎｍ±２０ｎｍ（６３０ｎｍ〜６７０ｎｍ）である。以上のように、青緑の光源と赤色の光源を作製してこれら２つの光源の光出力を同じにし、同時に光らせて混色させると、Ｃ１付近の発光波長では青色と緑色とを同じ感度で受感でき、また、Ｃ２付近の発光波長では赤色を青色及び緑色と同じ感度で受感できるので、青、緑、赤の３原色ともに同様な強さで感じることができ、理想的な白色光を形成できる。また、波長４８０ｎｍ未満の網膜に損傷を与える成分は弱くなるので、網膜損傷のリスクを抑えることができる。
【００６３】
以上のように白色発光装置を具体的に構成するために、青緑色と赤色の光源を発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成する第２の白色発光装置の場合と、レーザダイオード（ＬＤ）で構成する第３の白色発光装置の場合とを説明する。
【００６４】
まず、発光ダイオードで構成する第２の白色発光装置の場合は、青緑色のＬＥＤとして、図２の構成と同じものを単体で用いる。異なるのは、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層３のＩｎＧａＮ井戸層におけるＩｎ組成比率である。青色発光のときよりも、Ｉｎ組成比率を高くして、青色の発光波長よりも長波長とし、例えば２０％以上とする。
【００６５】
一方、赤色のＬＥＤについては、図７のように、４元混晶ＡｌＩｎＧａＰ系半導体で構成される。また、各半導体層の結晶成長は、既知の有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）によって行われる。傾斜ｎ型ＧａＡｓ基板５１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層５２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５３、ＡｌＧａＩｎＰ活性層５４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５５、ＩＴＯ等からなる透明電極５６が積層され、ｎ型ＧａＡｓ基板５１の裏側にはｎ電極５８が、透明電極５６上にはｐ電極５７が形成されている。ｎ型ＧａＡｓ基板５１には、その結晶方位が、（００１）から１０〜１５度傾斜しているものを用いる。
【００６６】
ＡｌＧａＩｎＰ活性層５４は、例えば、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐで形成され、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５３にはｎ型不純物Ｓｉが、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５５には、ｐ型不純物Ｚｎがドーピングされている。ｐ電極５７はＴｉとＡｕの多層金属膜が、ｎ電極５８はＡｕ、Ｇｅ、Ｎｉの合金層とＴｉとＡｕの多層金属膜が用いられる。なお、ＡｌＧａＩｎＰ活性層５４の組成比率を変えることにより、上述したＣ２付近の波長６５０ｎｍ±２０ｎｍ（６３０ｎｍ〜６７０ｎｍ）の範囲内で発光させることができる。
【００６７】
以上の２つのＬＥＤを並べて支持基板等に配置し、同時に発光させることで、混色が発生し、白色光が得られる。
【００６８】
次に、レーザダイオード（ＬＤ）で構成する第３の白色発光装置の場合を説明する。図８は、青緑色のレーザダイオード構成を、図１０は図８の青緑色ＬＤの斜視図を示す。青緑色ＬＤは、III−Ｖ族ＧａＮ系半導体で構成される。
【００６９】
ＧａＮ単結晶基板６１上に、ｎ型ＧａＮコンタクト層６２（例えば膜厚２μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６３（膜厚１．５μｍ以下、例えば１．０μｍ厚）、ｎ型ＧａＮ光ガイド層６４（例えば膜厚０．１μｍ）、ＩｎＧａＮ活性層（発光層）６５が順に形成されている。次に、ｐ型半導体層として、活性層６５の上に、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６６（例えば膜厚２０ｎｍ）、ｐ型ＧａＮ光ガイド層６７（例えば膜厚０．１μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６８（膜厚１．５μｍ以下、例えば０．４μｍ厚）、ｐ型ＧａＮコンタクト層６９（例えば膜厚０．０５μｍ）が順に積層されている。
【００７０】
ここで、ＧａＮ単結晶基板６１は、ｍ面を主面としており、この主面上における結晶成長によって、III族窒化物半導体であるＧａＮ系半導体層が積層される。したがって、ＧａＮ単結晶基板６１のｍ面上に結晶成長されるＧａＮ系半導体層だけでなく、最上層のｐ型ＧａＮコンタクト層６９に至るまですべてのＧａＮ系半導体層の成長主面はｍ面となる。
【００７１】
上記のように、結晶成長主面を非極性面であるｍ面としているので、ヘテロ接合の界面においては、自然分極よる電界や格子歪みに基づくピエゾ電界は発生せず、発光効率の低下が抑制される。したがって、青緑色領域の発振波長を発生せるために、ＩｎＧａＮ活性層６５中のＩｎ組成比率を高くしても、分極電界が強くなることもなく、良好な青緑色光源として使用することができる。もちろん、波長によっては、従来のｃ面成長を用いることもできる。
【００７２】
ｎ型ＧａＮコンタクト層６２およびｐ型ＧａＮコンタクト層６９は、それぞれｎ電極７２およびｐ電極７１とのオーミックコンタクトをとるための低抵抗層である。ｎ型ＧａＮコンタクト層６２は、ＧａＮに例えばｎ型ドーパントＳｉが３×１０１８ｃｍ−３ドーピングされた半導体層であり、また、ｐ型ＧａＮコンタクト層６９は、ＧａＮに例えばｐ型ドーパントＭｇが３×１０１９ｃｍ−３ドーピングされた半導体層である。
【００７３】
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６３およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６８は、活性層６５からの光をそれらの間に閉じ込める光閉じ込め効果を生じるものである。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６３は、ＡｌＧａＮに例えばｎ型ドーパントＳｉが３×１０１８ｃｍ−３ドーピングされた半導体層であり、また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６８は、ＡｌＧａＮに例えばｐ型ドーパントＭｇが３×１０１９ｃｍ−３ドーピングされた半導体層である。また、ＡｌＧａＮクラッド層６３、６８は、Ａｌ組成比率が７％以下で作製される。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６３は、ｎ型ＧａＮ光ガイド層６４よりもバンドギャップが広く、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６８は、ｐ型ＧａＮ光ガイド層６７よりもバンドギャップが広い。これにより、良好な閉じ込めを行うことができ、低閾値および高効率の半導体レーザダイオードを実現できる。
【００７４】
ｎ型ＧａＮ光ガイド層６４およびｐ型ＧａＮ光ガイド層６７は、活性層６５にキャリア（電子および正孔）を閉じ込めるためのキャリア閉じ込め効果を生じる半導体層である。これにより、発光層６５における電子および正孔の再結合の効率が高められるようになっている。ｎ型ＧａＮ光ガイド層６４は、ＧａＮに例えばｎ型ドーパントＳｉが３×１０１８ｃｍ−３ドーピングされた半導体層、ｐ型ＧａＮ光ガイド層６７は、ＧａＮに例えばｐ型ドーパントＭｇが５×１０１８ｃｍ−３ドーピングされた半導体層である。光ガイド層６４、６７は、数％以下のＩｎを含むＩｎＧａＮで構成しても良い。
【００７５】
ｐ型ドーパントＭｇが、例えば５×１０１８ｃｍ−３ドープされたｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６６は、活性層６５からの電子の流出を防いで、電子および正孔の再結合効率を高めている。ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６６のＡｌ組成比率は５〜３０％で形成される。
【００７６】
活性層６５は、例えばＩｎＧａＮを含むＭＱＷ（multipule-quantum well）構造（多重量子井戸構造）を有しており、電子と正孔とが再結合することにより光が発生し、その発生した光を増幅させるための層である。活性層６５は、具体的には、ＩｎＧａＮ井戸層（たとえば３ｎｍ厚）とＧａＮバリア層（たとえば９ｎｍ厚）とを交互に２〜７周期程度繰り返し積層して構成されている。この場合に、ＩｎＧａＮ井戸層は、Ｉｎの組成比を５％以上とすることにより、バンドギャップが比較的小さくなり、量子井戸層を構成する。一方、ＧａＮバリア層はバンドギャップが比較的大きな障壁層として機能する。
【００７７】
発光波長は、ＩｎＧａＮ井戸層におけるＩｎの組成比が高くなるように調整することによって、青緑色領域の発振波長４８０ｎｍ〜５２０ｎｍが得られるようにしている。例えばＩｎＧａＮ井戸層のＩｎ組成は２０％以上とし、ＩｎＧａＮ井戸層を３０Å前後とすることが望ましい。なお、前記ＭＱＷ構造は、Ｉｎを含む量子井戸の数が３以下とされることが好ましい。
【００７８】
ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６６〜ｐ型ＧａＮコンタクト層６９までのｐ型半導体積層体は、その一部がメサエッチングによって除去されることにより、リッジストライプＡを形成している。より具体的には、ｐ型コンタクト層６９、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６８およびｐ型ＧａＮ光ガイド層６７の一部がエッチング除去され、メサ形のリッジストライプＡが形成される。このリッジストライプＡは、図１０に示すように、ｃ軸方向に沿って形成されている。リッジストライプＡの長手方向（ｃ軸方向）両端における劈開により形成された一対の端面は、互いに平行であり、いずれもｃ軸に垂直で、ｃ面及び−ｃ面を構成する。これらの端面の間で共振器が構成され、活性層６５で発生した光は、共振器端面の間を往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、増幅された光の一部が、共振器端面からレーザ光として素子外に取り出すために、以下のように構成した。
【００７９】
＋ｃ面である共振器端面を被覆するように形成された絶縁膜８１は、例えば、ＺｒＯ２の単膜からなる。これに対し、−ｃ面である共振器端面に形成された絶縁膜８０は、たとえばＳｉＯ２膜とＺｒＯ２膜とを交互に複数回繰り返し積層した多重反射膜で構成されている。絶縁膜８１を構成するＺｒＯ２の単膜は、その厚さがλ／２ｎ１（ただし、λは活性層６５の発光波長。ｎ１はＺｒＯ２の屈折率）とされている。一方、絶縁膜８０を構成する多重反射膜は、薄膜λ／４ｎ２（但しｎ２はＳｉＯ２の屈折率）のＳｉＯ２膜と、膜厚λ／４ｎ１のＺｒＯ２膜とを交互に積層した構造となっている。
【００８０】
このような構造により、＋ｃ面の端面における反射率は小さく、−ｃ面の端面における反射率が大きくなっている。より具体的には、たとえば、＋ｃ面の端面の反射率は２０％程度とされ、−ｃ面の端面における反射率は９９．５％程度（ほぼ１００％）となる。したがって、＋ｃ面の端面から、より大きなレーザ出力が出射されることになる。しかも、レーザでは、スペクトル幅がｎｍオーダーであり、シャープになるので、網膜損傷に大きく寄与する成分は全くなくなるので、網膜損傷のリスクを抑えることができる。  
【００８１】
ｎ電極７２は、例えばＡｌ金属で、ｐ電極７１は、例えば、Ａｌ金属、Ｐｄ／Ａｕ合金で形成されており、それぞれｐ型コンタクト層６９およびＧａＮ単結晶基板６１にオーミック接続されている。ｐ電極７１がリッジストライプＡの頂面（ストライプ状の接触領域）のｐ型ＧａＮコンタクト層６９だけに接触するように、ｐ型ＧａＮ光ガイド層６７およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６８の露出面を覆う絶縁層７０が設けられている。これにより、リッジストライプＡに電流を集中させることができるので、効率的なレーザ発振が可能になる。絶縁層７０は、屈折率が１よりも大きな絶縁材料、たとえば、ＳｉＯ２やＺｒＯ２で構成することができる。
【００８２】
さらに、リッジストライプＡの頂面はｍ面となっていて、このｍ面にｐ電極７１が形成されている。そして、ｎ電極７２が形成されているＧａＮ単結晶基板６１の裏面もｍ面である。このように、ｐ電極７１およびｎ電極７２のいずれもがｍ面に形成されているので、レーザの高出力化や高温動作に十分に耐えられる信頼性を実現できる。
【００８３】
図８の半導体レーザダイオードを作製する際、まず、ｍ面を主面とするＧａＮ単結晶基板６１は、ｃ面を主面としたＧａＮ単結晶から切り出して作製することができる。切り出された基板のｍ面は、たとえば、化学的機械的研磨処理によって研磨され、（０００１）方向および（１１−２０）方向の両方に関する方位誤差が、±１°以内（好ましくは±０．３°以内）とされる。こうして、ｍ面を主面とし、かつ、転位や積層欠陥といった結晶欠陥のないＧａＮ単結晶基板６１が得られる。
【００８４】
次に、赤色ＬＤの具体的構造を図９に示す。赤色ＬＤは、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体で構成される。また、各半導体層の結晶成長は、既知の有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）によって行われる。傾斜ｎ型ＧａＡｓ基板３２上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３３、ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層３４、ＭＱＷ活性層３５、ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層３６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層３７、ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層３８、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰブロック層４１、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層３９、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層４０、ｐ電極４２が積層され、ｎ型ＧａＡｓ基板３２の裏側にはｎ電極３１が形成されている。ｎ型ＧａＡｓ基板３２には、その結晶方位が、（００１）から１０〜１５度傾斜しているものを用いる。
【００８５】
ＭＱＷ活性層３５は、３層のＧａＩｎＰ井戸層と２層のアンドープの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐバリア層で形成されている。ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３３はｎ型不純物Ｓｉドープの（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ、ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層３４とＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層３６はアンドープの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層３７はｐ型不純物Ｚｎドープの（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ、ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層３８はｐ型不純物Ｚｎドープの無歪の（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐを３層とｐ型不純物Ｚｎドープの（Ａｌ０．４Ｇａ０．６）０．５Ｉｎ０．５Ｐを２層用いてこれらを交互に積層した層、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層３９はｐ型不純物ＺｎドープのＡｌ０．５ＧａＡｓ、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層４０はｐ型不純物ＺｎドープのＧａＡｓ、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰブロック層４１はｎ型不純物Ｓｉドープの（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）０．５Ｉｎ０．５Ｐにより構成されている。ｐ電極４２はＴｉとＡｕの多層金属膜が、ｎ電極３１はＡｕ、Ｇｅ、Ｎｉの合金層とＴｉとＡｕの多層金属膜が用いられる。
【００８６】
ＭＱＷ活性層３５を、両側からＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層３４、３６で挟み込んだ構造としている。これら光ガイド層は垂直方向に光を閉じ込めるために形成されているもので、光ガイド層の組成や厚さによって垂直広がり角度を制御できる。この垂直方向の光閉じ込めを弱めると、発光スポットが垂直方向に拡大し、出射ビームの垂直広がり角度（ＦＦＰの積層方向の大きさ）が低減する。
【００８７】
図９に示す高出力赤色半導体レーザダイオードは、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層３９とｐ型ＧａＡｓコンタクト層４０とで、ストライプ状のリッジ部分Ｂを形成し、このリッジ部分Ｂの両側をｎ型ＡｌＧａＩｎＰブロック層４１で覆った埋め込みリッジ構造を有している。電流は、逆バイアスとなるｎ型ＡｌＧａＩｎＰブロック層４１及びその下部には流れず、ストライプ状のリッジ部Ｂを流れる。
【００８８】
以上のように、構成した青緑色ＬＤを、仮にＬＤ１とし、赤色ＬＤをＬＤ２とすると、図１１のように、支持基板９０上にＬＤ１とＬＤ２を配置して、同時に発光させ、レーザ光の出射面側に光カップラ等を設けて（図示せず）、レーザ光を混合させれば、図１２からわかるように、網膜損傷のリスクが低減された白色発光装置を形成することができる。
【００８９】
他の例として、ＧａＮ系半導体により構成されるＬＥＤを用い、蛍光体やフィルターの種類を変更すれば、白色発光装置を、例えば、波長３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークを有する光源と、波長４８０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークを有する光源と、波長５２０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークを有する光源の３種類で構成し、フィルターにより網膜損傷の影響が高い波長４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲における発光スペクトル成分を除去するように作製することもできる。
【００９０】
例えば、図２の窒化物半導体で構成されるＬＥＤを２個用いることとし、第１のＬＥＤは、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層３のＩｎＧａＮ井戸層におけるＩｎ組成比率を変化させて波長３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークを有するように形成し、第２のＬＥＤについては、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層３のＩｎＧａＮ井戸層におけるＩｎ組成比率を上記第１のＬＥＤよりも高くして波長４８０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークを有するように形成することができる。波長５２０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークを有する光源については、図１のように半導体発光ダイオードと蛍光体を用いる構造にして波長５２０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲の光が放射されるようにして、これらの３個の光源に対して、フィルターを設けるようにすれば良い。また、前記波長５２０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークを有する光源は、ＡｌＧａＩｎＰ系等の半導体からなる赤色光を出力する発光ダイオードで構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１の白色発光装置の断面構造を示す図である。
【図２】第１の白色発光装置に用いられるＬＥＤの断面構造を示す図である。
【図３】網膜損傷アクションスペクトルと青色等色関数とを示す図である。
【図４】改良前の白色発光スペクトルを示す図である。
【図５】網膜損傷に関するスペクトル成分を除去した後の白色発光スペクトルを示す図である。
【図６】図５から発光強度を増加させた後の白色発光スペクトルを示す図である。
【図７】白色発光装置に用いられる半導体発光ダイオードの断面構造を示す図である。
【図８】白色発光装置に用いられる半導体レーザダイオードの断面構造を示す図である。
【図９】白色発光装置に用いられる半導体レーザダイオードの断面構造を示す図である。
【図１０】図７の半導体レーザダイオードの斜視図である。
【図１１】半導体レーザダイオードを２種類用いた場合の白色発光装置を示す図である。
【図１２】Ｒ、Ｇ、Ｂの各等色関数の相対感度が同じになる波長域を示す図である。
【図１３】網膜アクションスペクトルと比視感度スペクトルとを示す図である。
【図１４】白色発光スペクトルの一例を示す図である。
【図１５】図１３の白色発光スペクトル成分中で網膜アクションスペクトルに寄与する部分と比視感度スペクトルに寄与する部分とを示す図である。
【図１６】電球の発光スペクトルに対して網膜アクションスペクトルに寄与する部分と比視感度スペクトルに寄与する部分とを示す図である。
【図１７】太陽光の発光スペクトルに対して網膜アクションスペクトルに寄与する部分と比視感度スペクトルに寄与する部分とを示す図である。
【図１８】白色ＬＥＤの発光スペクトルに対して網膜アクションスペクトルに寄与する部分と比視感度スペクトルに寄与する部分とを示す図である。
【図１９】色度図を示す図である。
【図２０】図１９の色度図中の白色分類を示す図である。
【図２１】等色関数を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１    ＧａＮ単結晶基板
２    ｎ型ＧａＮ層
３    ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層
４    ＧａＮファイナルバリア層
５    ｐ型ＡｌＧａＮ層
６    ｐ型ＧａＮ層
７    透明電極
８    ｐ側電極
９    ｎ側電極
１０  金属配線
１１  ボンディングワイヤ
１２  金属配線
１３  ボンディングワイヤ
２０  ＬＥＤ
２１  パッケージ
２２  蛍光体
２３  フィルター
【図１】
2008311532.tif 000003
【図２】
2008311532.tif 000004
【図３】
2008311532.tif 000005
【図４】
2008311532.tif 000006
【図５】
2008311532.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008311532.tif 000009
【図８】
2008311532.tif 000010
【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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