(57)【要約】【課題】優れた発光効率にて多色光を発光する発光装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ素子２０が青色光を発光すると、そのエネルギーの一部が蛍光体１０に吸収されて、緑色蛍光層１３Ｇおよび赤色蛍光層１３Ｒに添加された希土類あるいは遷移金属元素をそれぞれ励起する。同時に、各蛍光層に閉じ込められたキャリアが該エネルギーにより再結合することによって生じるエネルギーによっても、当該希土類あるいは遷移金属元素が励起される。これにより、緑色蛍光層１３Ｇと赤色蛍光層１３Ｒとから、高効率で緑色光と赤色光とが発光する。蛍光層の組成に電気的制約がないので、電界を与える場合よりも多くの希土類あるいは遷移金属元素を添加することができる点も、発光効率向上に寄与する。ＬＥＤ素子２０から発光された青色光と、蛍光体１０から発光された緑色光と赤色光とが混合することによって、２色混合よりも発色性に優れた３色混合による白色光の発光が安価に実現される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂのうち、少なくとも１種の元素を含む窒化物に少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加領域、
を含む蛍光体と、
第１の波長範囲を有する第１の光を発する光源と、
を備え、
前記光源から発光した第１の光によって前記希土類あるいは遷移金属元素を励起することにより、第２の波長範囲を有する第２の光を成分として有する光を発光する、
ことを特徴とする蛍光発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蛍光発光装置であって、
前記添加領域を複数備え、
それぞれの添加領域の組成が隣接する領域の組成と異なる、
ことを特徴とする蛍光発光装置。
【請求項３】
請求項２に記載の蛍光発光装置であって、
前記それぞれの添加領域と前記希土類あるいは元素が添加されていない領域とが交互に層状に配置されてなることを特徴とする蛍光発光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の蛍光発光装置であって、
前記それぞれの添加領域のバンドギャップよりも、前記希土類あるいは元素が添加されていない領域のバンドギャップの方が大きいことを特徴とする蛍光発光装置。
【請求項５】
請求項３に記載の蛍光発光装置であって、
前記添加領域は、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂのうち、少なくとも１種の元素を含む窒化物に少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された島状結晶が形成されてなる領域であることを特徴とする蛍光発光装置。
【請求項６】
請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の蛍光発光装置であって、
前記蛍光体は、
それぞれに前記添加領域を含む複数の蛍光領域を有しており、
前記添加領域に添加されている前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素の種類が、それぞれの前記蛍光領域ごとに異なる、
ことを特徴とする蛍光発光装置。
【請求項７】
請求項６に記載の蛍光発光装置であって、
前記光源が前記第１の光として青色光を発光し、
前記蛍光体が、
前記少なくとも１種の希土類あるいは元素として、励起によって赤色光を発光する第１の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第１の蛍光領域と、
前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第２の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第２の蛍光領域と、
の２つの蛍光領域を備え、
前記光源から発光された青色光によって前記第１および第２の希土類あるいは遷移金属元素を励起して前記第１および第２の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光とを前記第２の光として発光させることにより、前記青色光と前記第２の光とを成分として有する光を発光する、
ことを特徴とする蛍光発光装置。
【請求項８】
請求項６に記載の蛍光発光装置であって、
前記光源が前記第１の光として紫外光を発光する光源であり、
前記蛍光体が、
前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第１の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第１の蛍光領域と、
前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第２の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第２の蛍光領域と、
前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって青色光を発光する第３の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第３の蛍光領域と、
の３つの蛍光領域を備え、
前記光源から発光された紫外光によって前記第１、第２および第３の希土類あるいは遷移金属元素を励起して前記第１、第２および第３の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光と青色光とを前記第２の光として発光させる、
ことを特徴とする蛍光発光装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の蛍光発光装置であって、
前記光源が発光ダイオードであることを特徴とする蛍光発光装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の蛍光発光装置であって、
前記蛍光体が所定の基板にエピタキシャル形成してなるものであることを特徴とする蛍光発光装置。
【請求項１１】
Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂのうち、少なくとも１種の元素を含む窒化物に少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加領域、
を含む蛍光体構造と、
前記蛍光体構造と連接して形成され、第１の波長範囲を有する第１の光を発する発光体構造と、
を備え、
前記発光体構造から発光された第１の光によって前記希土類あるいは遷移金属元素を励起することにより、第２の波長範囲を有する第２の光を成分として有する光を発光する、
ことを特徴とする蛍光発光素子。
【請求項１２】
請求項１１に記載の蛍光発光素子であって、
前記添加領域を複数備え、
それぞれの添加領域の組成が隣接する領域の組成と異なる、
ことを特徴とする蛍光発光素子。
【請求項１３】
請求項１２に記載の蛍光発光素子であって、
前記それぞれの添加領域と前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域とが交互に層状に配置されてなることを特徴とする蛍光発光素子。
【請求項１４】
請求項１３に記載の蛍光発光素子であって、
前記それぞれの添加領域のバンドギャップよりも、前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域のバンドギャップの方が大きいことを特徴とする蛍光発光素子。
【請求項１５】
請求項１３に記載の蛍光発光素子であって、
前記添加領域は、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂのうち、少なくとも１種の元素を含む窒化物に少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された島状結晶が形成されてなる領域であることを特徴とする蛍光発光素子。
【請求項１６】
請求項１２ないし請求項１５のいずれかに記載の蛍光発光素子であって、
前記蛍光体構造は、
それぞれに前記添加領域を含む複数の蛍光領域を有しており、
前記添加領域に添加されている前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素の種類が、それぞれの前記蛍光領域ごとに異なる、
ことを特徴とする蛍光発光素子。
【請求項１７】
請求項１６に記載の蛍光発光素子であって、
前記発光体構造が前記第１の光として青色光を発光し、
前記蛍光体構造は、
前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第１の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第１の蛍光領域と、
前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第２の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第２の蛍光領域と、
の２つの蛍光領域を備え、
前記発光体構造から発光された青色光によって前記第１および第２の希土類あるいは遷移金属元素を励起して前記第１および第２の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光とを前記第２の光として発光させることにより、前記青色光と前記第２の光とを成分として有する光を発光する、
ことを特徴とする蛍光発光素子。
【請求項１８】
請求項１６に記載の蛍光発光素子であって、
前記発光体構造が前記第１の光として紫外光を発光し、
前記蛍光体構造が、
前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第１の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第１の蛍光領域と、
前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第２の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第２の蛍光領域と、
前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって青色光を発光する第３の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第３の蛍光領域と、
の３つの蛍光領域を備え、
前記発光体構造から発光された紫外光によって前記第１、第２および第３の希土類あるいは遷移金属元素を励起して前記第１、第２および第３の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光と青色光とを前記第２の光として発光させる、
ことを特徴とする蛍光発光素子。
【請求項１９】
請求項１１ないし請求項１８のいずれかに記載の蛍光発光素子であって、
前記発光体構造がダイオード構造を有することを特徴とする蛍光発光素子。
【請求項２０】
請求項１１ないし請求項１９のいずれかに記載の蛍光発光素子であって、
前記蛍光体構造および前記発光体構造が所定の基板にエピタキシャル形成してなるものであることを特徴とする蛍光発光素子。
【請求項２１】
請求項２０に記載の蛍光発光素子であって、
前記蛍光体構造と前記発光体構造とを積層形成してなることを特徴とする蛍光発光素子。
【請求項２２】
請求項１１ないし請求項２１のいずれかに記載の蛍光発光素子であって、
前記発光体構造が、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂのうち、少なくとも１種の元素を含む窒化物を含む発光層を有することを特徴とする蛍光発光素子。
【請求項２３】
Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂのうち、少なくとも１種の元素を含む窒化物に少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加領域、
を含み、
所定の光源から発光された第１の光によって前記希土類あるいは遷移金属を励起することにより、第２の波長範囲を有する第２の光を成分として有する光を発光する、
ことを特徴とする蛍光体。
【請求項２４】
請求項２３に記載の蛍光体であって、
前記添加領域を複数備え、
それぞれの添加領域の組成が隣接する領域の組成と異なる、
ことを特徴とする蛍光体。
【請求項２５】
請求項２４に記載の蛍光体であって、
前記それぞれの添加領域と前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域とが交互に層状に配置されてなることを特徴とする蛍光体。
【請求項２６】
請求項２５に記載の蛍光体であって、
前記それぞれの添加領域のバンドギャップよりも、前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域のバンドギャップの方が大きいことを特徴とする蛍光体。
【請求項２７】
請求項２５に記載の蛍光体であって、
前記添加領域は、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂのうち、少なくとも１種の元素を含む窒化物に少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された島状結晶が形成されてなる領域であることを特徴とする蛍光体。
【請求項２８】
請求項２４ないし請求項２７のいずれかに記載の蛍光体であって、
それぞれに前記添加領域を含む複数の蛍光領域を有しており、
前記添加領域に添加されている前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素の種類が、それぞれの前記蛍光領域ごとに異なる、
ことを特徴とする蛍光体。
【請求項２９】
請求項２８に記載の蛍光体であって、
前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第１の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第１の蛍光領域と、
前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第２の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第２の蛍光領域と、
の２つの蛍光領域を備え、
所定の光源から発光された青色光によって前記第１および第２の希土類あるいは遷移金属元素が励起されることにより、前記第１および第２の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光とを前記第２の光として発光することにより、前記青色光と前記第２の光とを成分として有する光を発光する、
ことを特徴とする蛍光体。
【請求項３０】
請求項２８に記載の蛍光体であって、
前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第１の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第１の蛍光領域と、
前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第２の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第２の蛍光領域と、
前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって青色光を発光する第３の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第３の蛍光領域と、
の３つの蛍光領域を備え、
所定の光源から発光された紫外光によって前記第１、第２および第３の希土類あるいは遷移金属元素を励起されることにより前記第１、第２および第３の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光と青色光とを前記第２の光として発光する、
ことを特徴とする蛍光体。
【請求項３１】
請求項２３ないし請求項３０のいずれかに記載の蛍光体であって、
所定の基板にエピタキシャル形成してなるものであることを特徴とする蛍光体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望の波長範囲の光を発光する発光装置、発光素子および蛍光体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、白熱灯や蛍光灯よりも消費電力が少なく、かつ長寿命であるなどの理由で、照明光源や表示装置などに、いわゆるＬＥＤ（発光ダイオード）からなる発光素子を用いた多色発光あるいは白色発光を利用するための研究、開発が盛んになされている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【０００３】
一方、III族窒化物であるＩｎＮ、ＧａＮ、ＡｌＮはそれぞれ１．９、３．４、６．２ｅＶ（結晶構造は全て六方晶）の直接遷移型のバンドギャップを持つことから、その混晶ＡｌｘＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）は、可視光から紫外線領域に渡る幅広い波長の発光材料として有望視され、同領域における発光素子にこれを用いるための研究、開発もなされている（例えば、特許文献３および特許文献４参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開平10−107325号公報
【特許文献２】特開平9−167861号公報
【特許文献３】特開2002−261324号公報
【特許文献４】特開2002−368267号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、青色系発光をするＬＥＤチップに、該ＬＥＤチップからの発光によって励起され黄色系発光をする蛍光物質をコーティングした発光装置が開示されている。係る発光装置は、ＬＥＤチップからの青色系発光と、蛍光物質からの黄色系発光との混色によって白色系発光を得ることを目的とするものである。しかしながら、係る２色混合によって得られる白色光のもとでは、直接に赤色を発光しないことから赤色の発色が悪く、フルカラーを十分に認識することができないという問題や、蛍光灯に比して十分な輝度が得られていないという問題がある。
【０００６】
特許文献２には、共通基板上に発光波長が異なる緑色、赤色、青色のＬＥＤチップを配置した多色発光素子が開示されている。係る多色発光素子においては、各色のＬＥＤチップを全て点灯させることで、白色光が得られる。係る態様においては、各色の発光に適した（発光効率のよい）ＬＥＤチップを用いることで、輝度や混色性は高まるが、３色のＬＥＤチップをそれぞれ別個に作製するためにコストが高く、また実装が複雑になってしまうという問題がある。
【０００７】
特許文献３および特許文献４にはいずれも、ＩｎＮ、ＧａＮ、ＡｌＮの混晶である窒化物に、希土類あるいは遷移金属元素あるいは遷移金属元素を添加してなる発光層を備える半導体発光素子が開示されている。これらの半導体発光素子はいずれも、発光層を、いわゆるダブルへテロ型構造の活性層として構成してなるものである。そして、その両側にｐｎ双方のクラッド層を介して設けた電極間に電圧を印加することによって活性層に添加された希土類あるいは遷移金属元素等を励起し、光が得られるようになっている。特に特許文献４に開示された半導体発光素子おいては、窒化物によるキャリアの閉じこめ効果をより向上させる発光層の構造を実現することで、発光効率の向上を実現させている。ただし、いずれの半導体発光素子の場合も、添加元素の添加量を増やすことによっても発光効率は向上するが、希土類あるいは遷移金属元素等の添加量が多くなると、添加元素の存在によって活性層たる発光層に生じる電界が弱くなり、結果として発光効率が劣化することから、添加量には係る観点からの制約がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、より優れた発光効率にて任意の波長範囲の光を発光可能とし、複数波長の光を混合した所望の光を発光する発光装置、発光素子、および蛍光体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】
請求項１に記載の発明は、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂのうち、少なくとも１種の元素を含む窒化物に少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加領域、を含む蛍光体と、第１の波長範囲を有する第１の光を発する光源と、を備え、前記光源から発光した第１の光によって前記希土類あるいは遷移金属元素を励起することにより、第２の波長範囲を有する第２の光を成分として有する光を発光する、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の蛍光発光装置であって、前記添加領域を複数備え、それぞれの添加領域の組成が隣接する領域の組成と異なる、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の蛍光発光装置であって、前記それぞれの添加領域と前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域とが交互に層状に配置されてなることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の蛍光発光装置であって、前記それぞれの添加領域のバンドギャップよりも、前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域のバンドギャップの方が大きいことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の蛍光発光装置であって、前記添加領域は、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂのうち、少なくとも１種の元素を含む窒化物に少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された島状結晶が形成されてなる領域であることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の蛍光発光装置であって、前記蛍光体は、それぞれに前記添加領域を含む複数の蛍光領域を有しており、前記添加領域に添加されている前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素の種類が、それぞれの前記蛍光領域ごとに異なる、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の蛍光発光装置であって、前記光源が前記第１の光として青色光を発光し、前記蛍光体が、前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第１の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第１の蛍光領域と、前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第２の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第２の蛍光領域と、の２つの蛍光領域を備え、前記光源から発光された青色光によって前記第１および第２の希土類あるいは遷移金属元素を励起して前記第１および第２の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光とを前記第２の光として発光させることにより、前記青色光と前記第２の光とを成分として有する光を発光する、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の蛍光発光装置であって、前記光源が前記第１の光として紫外光を発光する光源であり、前記蛍光体が、前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第１の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第１の蛍光領域と、前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第２の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第２の蛍光領域と、前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって青色光を発光する第３の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第３の蛍光領域と、の３つの蛍光領域を備え、前記光源から発光された紫外光によって前記第１、第２および第３の希土類あるいは遷移金属元素を励起して前記第１、第２および第３の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光と青色光とを前記第２の光として発光させる、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の蛍光発光装置であって、前記光源が発光ダイオードであることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の蛍光発光装置であって、前記蛍光体が所定の基板にエピタキシャル形成してなるものであることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂのうち、少なくとも１種の元素を含む窒化物に少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加領域、を含む蛍光体構造と、前記蛍光体構造と連接して形成され、第１の波長範囲を有する第１の光を発する発光体構造と、を備え、前記発光体構造から発光された第１の光によって前記希土類あるいは遷移金属元素を励起することにより、第２の波長範囲を有する第２の光を成分として有する光を発光する、ことを特徴とする。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の蛍光発光素子であって、前記添加領域を複数備え、それぞれの添加領域の組成が隣接する領域の組成と異なる、ことを特徴とする。
【００２１】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の蛍光発光素子であって、前記それぞれの添加領域と前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域とが交互に層状に配置されてなることを特徴とする。
【００２２】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の蛍光発光素子であって、前記それぞれの添加領域のバンドギャップよりも、前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域のバンドギャップの方が大きいことを特徴とする。
【００２３】
請求項１５に記載の発明は、請求項１３に記載の蛍光発光素子であって、前記添加領域は、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂのうち、少なくとも１種の元素を含む窒化物に少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された島状結晶が形成されてなる領域であることを特徴とする。
【００２４】
請求項１６に記載の発明は、請求項１２ないし請求項１５のいずれかに記載の蛍光発光素子であって、前記蛍光体構造は、それぞれに前記添加領域を含む複数の蛍光領域を有しており、前記添加領域に添加されている前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素の種類が、それぞれの前記蛍光領域ごとに異なる、ことを特徴とする。
【００２５】
請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載の蛍光発光素子であって、前記発光体構造が前記第１の光として青色光を発光し、前記蛍光体構造は、前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第１の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第１の蛍光領域と、前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第２の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第２の蛍光領域と、の２つの蛍光領域を備え、前記発光体構造から発光された青色光によって前記第１および第２の希土類あるいは遷移金属元素を励起して前記第１および第２の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光とを前記第２の光として発光させることにより、前記青色光と前記第２の光とを成分として有する光を発光する、ことを特徴とする。
【００２６】
請求項１８に記載の発明は、請求項１６に記載の蛍光発光素子であって、前記発光体構造が前記第１の光として紫外光を発光し、前記蛍光体構造が、前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第１の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第１の蛍光領域と、前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第２の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第２の蛍光領域と、前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって青色光を発光する第３の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第３の蛍光領域と、の３つの蛍光領域を備え、前記発光体構造から発光された紫外光によって前記第１、第２および第３の希土類あるいは遷移金属元素を励起して前記第１、第２および第３の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光と青色光とを前記第２の光として発光させる、ことを特徴とする。
【００２７】
請求項１９に記載の発明は、請求項１１ないし請求項１８のいずれかに記載の蛍光発光素子であって、前記発光体構造がダイオード構造を有することを特徴とする。
【００２８】
請求項２０に記載の発明は、請求項１１ないし請求項１９のいずれかに記載の蛍光発光素子であって、前記蛍光体構造および前記発光体構造が所定の基板にエピタキシャル形成してなるものであることを特徴とする。
【００２９】
請求項２１に記載の発明は、請求項２０に記載の蛍光発光素子であって、前記蛍光体構造と前記発光体構造とを積層形成してなることを特徴とする。
【００３０】
請求項２２に記載の発明は、請求項１１ないし請求項２１のいずれかに記載の蛍光発光素子であって、前記発光体構造が、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂのうち、少なくとも１種の元素を含む窒化物を含む発光層を有することを特徴とする。
【００３１】
請求項２３に記載の発明は、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂのうち、少なくとも１種の元素を含む窒化物に少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加領域、を含み、所定の光源から発光された第１の光によって前記希土類あるいは遷移金属を励起することにより、第２の波長範囲を有する第２の光を成分として有する光を発光する、ことを特徴とする。
【００３２】
請求項２４に記載の発明は、請求項２３に記載の蛍光体であって、前記添加領域を複数備え、それぞれの添加領域の組成が隣接する領域の組成と異なる、ことを特徴とする。
【００３３】
請求項２５に記載の発明は、請求項２４に記載の蛍光体であって、前記それぞれの添加領域と前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域とが交互に層状に配置されてなることを特徴とする。
【００３４】
請求項２６に記載の発明は、請求項２５に記載の蛍光体であって、前記それぞれの添加領域のバンドギャップよりも、前記希土類あるいは遷移金属元素が添加されていない領域のバンドギャップの方が大きいことを特徴とする。
【００３５】
請求項２７に記載の発明は、請求項２５に記載の蛍光体であって、前記添加領域は、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂのうち、少なくとも１種の元素を含む窒化物に少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素が添加された島状結晶が形成されてなる領域であることを特徴とする。
【００３６】
請求項２８に記載の発明は、請求項２４ないし請求項２７のいずれかに記載の蛍光体であって、それぞれに前記添加領域を含む複数の蛍光領域を有しており、前記添加領域に添加されている前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素の種類が、それぞれの前記蛍光領域ごとに異なる、ことを特徴とする。
【００３７】
請求項２９に記載の発明は、請求項２８に記載の蛍光体であって、前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第１の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第１の蛍光領域と、前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第２の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第２の蛍光領域と、の２つの蛍光領域を備え、所定の光源から発光された青色光によって前記第１および第２の希土類あるいは遷移金属元素が励起されることにより、前記第１および第２の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光とを前記第２の光として発光することにより、前記青色光と前記第２の光とを成分として有する光を発光する、ことを特徴とする。
【００３８】
請求項３０に記載の発明は、請求項２８に記載の蛍光体であって、前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって赤色光を発光する第１の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第１の蛍光領域と、前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって緑色光を発光する第２の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第２の蛍光領域と、前記少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属元素として、励起によって青色光を発光する第３の希土類あるいは遷移金属元素が添加された第３の蛍光領域と、の３つの蛍光領域を備え、所定の光源から発光された紫外光によって前記第１、第２および第３の希土類あるいは遷移金属元素を励起されることにより前記第１、第２および第３の蛍光領域からそれぞれ赤色光と緑色光と青色光とを前記第２の光として発光する、ことを特徴とする。
【００３９】
請求項３１に記載の発明は、請求項２３ないし請求項３０のいずれかに記載の蛍光体であって、所定の基板にエピタキシャル形成してなるものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４０】
請求項１の発明によれば、窒化物の組成および希土類あるいは遷移金属元素の組成を適宜に定めることにより、任意の色の発光を、高い発光効率にて実現することができる。光励起により発光させるので、蛍光体の組成が電気的に制約されることがないことから、電圧を印加することで発光させる発光素子に比して高い固溶度で希土類あるいは遷移金属元素を固溶させることで高発光効率を実現できる。
【００４１】
特に、請求項２ないし請求項８、請求項１２ないし請求項１８、および請求項２４ないし請求項３０の発明によれば、各添加領域からの発光を重畳した光を発光するので、発光強度の増大や複数色の発光による混色を実現できる。
【００４２】
特に、請求項３ないし請求項５，請求項１３ないし請求項１５，および請求項２５ないし請求項２７の発明によれば、量子井戸構造の井戸層部分に希土類あるいは遷移金属元素を添加することができるので、希土類あるいは遷移金属元素からの発光効率を高めることができる。
【００４３】
特に、請求項４、請求項１４、および請求項２６の発明によれば、井戸層と、よりバンドギャップが大きい障壁層とを交互に積層配置することができるので、井戸層におけるキャリアの閉じ込め効果がより高められ、その結果、キャリアの再結合が効率よく行われることから、希土類あるいは遷移金属元素の発光の効率もより向上する。
【００４４】
特に、請求項５、請求項１５、および請求項２７の発明によれば、島状結晶が、バンドギャップが小さい量子ドットとして作用することにより、キャリアの閉じ込め効果が寄り高められ、その結果、キャリアの再結合が効率よく行われることから、希土類あるいは遷移金属元素の発光の効率もより向上する。
【００４５】
特に、請求項６ないし請求項８、請求項１６ないし請求項１８、および請求項２８ないし請求項３０の発明によれば、それぞれに異なる色を発光する各蛍光領域からの光を重畳した光を発光するので、複数色の発光による混色を実現できる。各蛍光領域を、各色の発光に最適な構造や組成に構成することができるので、発光効率の向上がより図れる。
【００４６】
特に、請求項７，請求項１７、および請求項２９の発明によれば、青色光を励起光源に用い、緑色光と赤色光とを励起により発生させることで、紫外光を励起光源とする場合よりも単純な構成で３色混合の発光装置を実現することができる。
【００４７】
特に、請求項８、請求項１８、および請求項３０の発明によれば、紫外光を励起光源に用い、青色光と緑色光と赤色光とを励起により発生させることで、３色を等価に発生させて白色光を得ることができるので、偏りがより少ない白色を発光させることができる。
【００４８】
また、請求項９および請求項１９の発明によれば、消費電力が小さく、長寿命の発光ダイオードを光源として用いるので、発光装置あるいは発光素子を低コストにかつ高信頼度に作製できる。また、窒化物の組成や希土類あるいは遷移金属元素の種類を適宜に定めることにより、発光する２色混合よりも発色性に優れた３色混合による白色光の発光を、３色のＬＥＤチップを用いるよりも安価な、１つの発光ダイオードと１つの蛍光体との組合せによって実現することができる。
【００４９】
また、請求項１０、請求項２０、請求項２１、および請求項３１の発明によれば、結晶品質の良い蛍光体を形成することができるので、発光効率をより向上することができる。
【００５０】
特に、請求項２１の発明によれば、光源を別体に設ける場合よりも、素子の小型化が実現できる上、光源からの励起エネルギーを拡散させることなく効率よく吸収できるため、発光効率の改善にもつながる。
【００５１】
また、請求項２２の発明によれば、蛍光体と光源とを同種の材料を用いて連続的に形成することができるので、作製プロセスの単純化やコストの抑制が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置１を模式的に示す図である。図１に示す発光装置１は、蛍光体１０と、ＬＥＤ素子２０とを備える。
【００５３】
蛍光体１０は、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂのうち、少なくとも１種の元素を含む窒化物に少なくとも１種の希土類あるいは遷移金属が添加された添加領域を含めばよく、各種形成方法を用いることができる。たとえば、各構成元素を含む原料を焼結したり、上記領域粉末を樹脂に分散させたりして形成することができいる。また、ＣＶＤ(chemical vapor deposition)、スパッタ、ＭＢＥ(molecular beam epitaxy)などの各種薄膜形成方法により基板上に形成することも可能である。例えばサファイア単結晶からなる基板１１上に、下地層１２と、蛍光層１３とがこの順に形成されてなる。基板１１は、サファイア単結晶のほか、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧａＯ２単結晶、ＭｇＡｌ２Ｏ４単結晶、ＭｇＯ単結晶などの酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶などのIV族あるいはIV−IV族単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶、およびＡｌＧａＮ単結晶などのIII−Ｖ族単結晶、ＺｒＢ２などのホウ化物単結晶、アルミナ、ＡｌＮなどの焼結体基板、ガラス基板などの、公知の基板材料によって構成することができる。また、下地層１２や蛍光層１３は、所定の組成のIII族窒化物、あるいはこれに所定の添加元素を添加して形成されるが、各層の具体的な組成は、その目的や作用によって、適宜に設定される。また、蛍光体１０は、下地層１２をＭＯＣＶＤ（metal-organic chemical vaor deposition：有機金属化学気相成長）法により形成し、蛍光層１３を、ＭＢＥ（molecular beam epitaxy：分子線エピタキシー）法によって形成するのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、全ての層をＭＯＣＶＤ法で形成してもよいし、全ての層をＭＢＥ法によって形成してもよい。また、遷移金属、希土類の添加については、必ずしも、母相である窒化物膜の形成と同時に行う必要はなく、イオン注入法等を用いて別途添加することもできる。
【００５４】
下地層１２は、例えばＧａＮで形成される。ただし、下地層１２にＧａＮを用いる場合は、基板１１上にひとまず５００℃程度の低温でＡｌＮあるいはＧａＮの低温バッファ層１４を形成したうえで、１０００℃以上の温度でさらにＧａＮの層を形成することで、上記の結晶品質をみたす下地層１２を形成する。これにより、下地層１２の上に形成する蛍光層１３が、良好な結晶品質を有するようになる。下地層１２の厚みは、クラックの発生や用途などを考慮して適宜選択される。例えば数μｍ程度である。
【００５５】
蛍光層１３は、図１において拡大して図示するように、２種類の層によって構成されてなる。１つは、所定のエネルギーを吸収することにより、緑色（Ｇ）の蛍光を発する緑色蛍光層１３Ｇであり、もう１つは、所定のエネルギーを吸収することにより、赤色（Ｒ）の蛍光を発する赤色蛍光層１３Ｒである。
【００５６】
緑色蛍光層１３Ｇは、III族窒化物に、励起されることによって緑色を発光する希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層１３１と、係る添加のなされない非添加層１３２とが、数ｎｍずつ交互に、多数（好ましくは数十層ずつ）積層されてなる層である。
【００５７】
赤色蛍光層１３Ｒは、III族窒化物に、励起されることによって赤色を発光する希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層１３３と、係る添加のなされない非添加層１３４とが、数ｎｍずつ交互に、多数（好ましくは数十層から数百層ずつ）積層されてなる層である。
【００５８】
添加層１３１および１３３はそれぞれ、非添加層１３２および１３４とは異なる組成の窒化物により形成される。すなわち、緑色蛍光層１３Ｇと赤色蛍光層１３Ｒとにおいては、窒化物の組成を交互に変えることにより、井戸層と、よりバンドが広い障壁層とが交互に堆積した、ＭＱＷ（Multi Quantum Well：多重量子井戸）構造が実現されてなる。
【００５９】
ここで、希土類あるいは遷移金属元素は、発光効率を高めつつ所望の波長の光を得るために添加されるものである。希土類あるいは遷移金属元素は、光あるいは電子線等の外部励起に対してその固有の発光波長をもつ。複数の希土類あるいは遷移金属元素を適量添加することにより、任意の色合いをもつ光、例えば白色光を発光することが可能である。また、希土類あるいは遷移金属元素はその発光機構に不具合を与えることなく、窒化物中に固溶することができる。
【００６０】
下地層１２がＧａＮによって形成される場合の例でいえば、緑色蛍光層１３Ｇにおいて添加層１３１は、例えば、ＧａｘＩｎｙＮ（ｘ＋ｙ＝１，ｘ≧０、ｙ≧０）にＴｂあるいはＨｏを添加して形成され、非添加層１３２は、ＧａＮにて形成される。赤色蛍光層１３Ｒにおいて添加層１３３はＧａｘＩｎｙＮ（ｘ＋ｙ＝１，ｘ≧０、ｙ≧０）にＥｕを添加して形成され、非添加層１３４は、ＧａＮにて形成される。すなわち、本実施の形態においては、緑色蛍光層１３Ｇおよび赤色蛍光層１３ＲともにＧａＮあるいはＧａｘＩｎｙＮをベースに形成される。なお、各色の蛍光層を全く異なる種類の元素からなる物質によって形成することも可能であるが、本実施の形態のように、ベースとなる物質を共通にして層形成する方が、コスト面からも作製時間の点からも効率的であることはいうまでもない。
【００６１】
なお、発光効率の向上という観点からは、緑色蛍光層１３Ｇの添加層１３１、および、赤色蛍光層１３Ｒの添加層１３３のいずれにおいても、結晶性を劣化させない範囲でできるだけ多くの希土類あるいは遷移金属元素を添加することが好ましい。本実施の形態においては、電気的な制約がないことから、特許文献３および特許文献４に開示されているような、活性層に電圧を印加して発光させる発光素子に比して、組成についての自由度が高いといえる。すなわち、電圧印加による発光素子よりも多くの希土類あるいは遷移金属元素を添加することができ、より高い発行効率を得ることができる。
【００６２】
ＬＥＤ素子２０は、青色発光するＰＮ型の半導体発光素子、いわゆる青色発光ダイオードである。ＬＥＤ素子２０は、例えばサファイアからなる基板２７上に、ｎ型導電層２１と、発光層２２と、クラッド層２３と、ｐ型導電層２４とが順に形成されてなる。なお、ｎ型導電層２１と発光層２２との間にはクラッド層はなくてもよいが、設けられる態様であってもよい。ｐ型導電層２４上には、例えばＡｌ／Ｎｉからなるｐ型電極２５が形成されている。また、ｎ型導電層２１の一部は露出しており、この露出した部分には、例えばＡｕ／Ｔｉからなるｎ型電極２６が形成されている。なお、基板２７としては、蛍光体１３に用いることができるものと同様の基板材料を用いることができる。また、ｎ型導電層２１、発光層２２、クラッド層２３、およびｐ型導電層２４は、所定の組成のIII族窒化物、あるいはこれに所定の添加元素を添加して形成されるが、各層の具体的な組成は、その目的や作用によって、適宜に設定される。また、各層はいずれもＭＯＣＶＤ法によって形成されるのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、ＭＢＥ法を一部又は全部の層の形成に用いる態様であってもよい。
【００６３】
本実施の形態においては、図示しない所定の電源によってｐ型電極２５とｎ型電極２６との間に所定の電圧が印加されることによって、発光層２２から所定の波長の青色光が発光する。本実施の形態において、ＬＥＤ素子２０は、発光光源あるいは後述するように、励起光源として作用する。ただし、励起光源は、蛍光体１０を励起できるものであれば他のものであってもよい。例えば、励起光源を電子線銃あるいは電子放出体として、電子により蛍光層１３の希土類あるいは遷移金属元素を励起することも可能である。
【００６４】
ｎ型導電層２１は、III族窒化物に所定のｎ型のドーパントが添加されてなる。III族窒化物としては、例えば、全III族元素に対するＧａの含有量が５０ａｔ％以上、好ましくは７０原子％以上の窒化物、さらに好ましくはＧａＮが用いられる。Ｇａ以外のIII族元素として、Ａｌ及びＩｎなどを含んでもよい。ドーパントとしては、例えばＳｉが用いられる。他にも、Ｂ、Ｇｅなどを用いることができる。ｎ型導電層２１は、数μｍ程度の厚みに形成される。ｎ型導電層２１は、転位密度が１×１０９／ｃｍ２以下、（００２）面におけるＸ線ロッキングカーブにおける半値幅が３００秒以下という高い結晶品質を有するように構成される。
【００６５】
発光層２２に用いるIII族窒化物の組成は、発光させる光の波長に応じて定められる。該組成に応じて発光層２２のバンドギャップが変化するからである。例えばＧａｘＩｎｙＮ（ｘ＋ｙ＝１，ｘ≧０、ｙ≧０）にて発光層２２を形成する場合、Ｉｎの比率によってバンドギャップ、つまりは発光波長が、青色光を発光する範囲で調整可能とされる。
【００６６】
ｐ型導電層２４は、III族窒化物に所定のｐ型のドーパントが添加されてなる。III族窒化物としては、例えば、全III族元素に対するＧａの含有量が５０ａｔ％以上、好ましくは７０原子％以上の窒化物、さらに好ましくはＧａＮが用いられる。Ｇａ以外のIII族元素として、Ａｌ及びＩｎなどを含んでもよい。ドーパントとしては、例えばＭｇが用いられる。他にも、Ｚｎ、Ｂｅなどを用いることができる。ｐ型導電層２４は、数百ｎｍ程度の厚みに形成される。ｐ型導電層２４は、転位密度が１×１０９／ｃｍ２以下、（００２）面におけるＸ線ロッキングカーブにおける半値幅が３００秒以下という高い結晶品質を有するように構成される。また、キャリア密度が１×１０１６／ｃｍ３以上であることが必要であり、さらには１×１０１７／ｃｍ３以上であることが好ましい。これにより、ｐ型導電層２４内での電圧降下を抑制できるとともに、発光層２２に効率的に電圧を加え、発光効率の向上を図ることができる。
【００６７】
クラッド層２３は、注入される電子の閉じこめ効果を高めるべく設けられる。例えば、ｐ型導電層２４のＧａの一部をＡｌにて置換した組成のIII族窒化物において形成される。
【００６８】
本実施の形態に係る発光装置１においては、所定の電圧が印加されることによってＬＥＤ素子２０が青色光（Ｂ）を発光すると、その一部が蛍光体１０に吸収され、そのエネルギーが励起エネルギーとなって、添加層１３１および１３３に添加された希土類あるいは遷移金属元素をそれぞれ励起し、それぞれに固有の波長の発光が生じる。これに加え、上述したＭＱＷ構造の井戸層である添加層１３１および１３３に閉じこめられていた電子あるいはホールといったキャリアが、青色光（Ｂ）によるエネルギーを得ることで再結合して発するエネルギーも、希土類あるいは遷移金属元素を励起するので、係るプロセスによっても同様に発光が生じる。その結果として、緑色蛍光層１３Ｇおよび赤色蛍光層１３Ｒからそれぞれ、緑色光（Ｇ）と赤色光（Ｒ）との蛍光が、高い発光効率で発せられることになる。そして、ＬＥＤ素子２０から発光された青色光と、蛍光体１０から発光された緑色光と赤色光とが混合することによって、白色光の発光が実現される。
【００６９】
これにより、２色混合よりも発色性に優れた３色混合による白色光の発光を、３色のＬＥＤチップを用いるよりも安価な、１つのＬＥＤチップと１つの蛍光体との組合せによって実現することができ、かつ高い輝度の白色光を得ることができる。
【００７０】
なお、蛍光層に添加する元素として他の希土類あるいは遷移金属元素を用いることにより、あるいは、異なる色を発光するＬＥＤ素子２０を用いることにより、色の組合せを異なるものとすることによって、白色光のみならず、任意の色の発光を実現することも可能である。また、蛍光層１３が３種類以上の色を発光する層によって形成される態様であってもよい。
【００７１】
また、蛍光体１０に直接に電圧を印加する発光素子と異なり、希土類あるいは遷移金属元素の添加量に電気的な制約がなく、また転位の存在による悪影響も小さいことから、結晶品質の許容範囲が広くなる。よって、１つの素子の大型化も容易である。
【００７２】
＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態においては、青色光を発光する発光光源と、緑色光と赤色光との蛍光を発光する蛍光層とが別体のものとなっていたが、青色光を励起光源として、緑色光と赤色光とを発光させて白色光を得る上で、両者が別体であることは必須の要件ではない。本実施の形態においては、両者が一体となった態様について説明する。
【００７３】
図２は、第２の実施の形態に係る発光装置１０１を模式的に示す図である。本実施の形態に係る発光装置１０１は、第１の実施の形態に係る蛍光体１０に相当する蛍光体構造１１０上に、第１の実施の形態に係るＬＥＤ素子２０の基板より上の層に相当するダイオード構造１２０が形成されてなるものといえる。換言すれば、発光装置１０１は、蛍光体構造１１０を基板として、その上に、ダイオード構造１２０が形成されてなる発光素子として作用するものである。
【００７４】
より具体的には、発光装置１０１は、例えばサファイア単結晶からなる基板１１１上に、低温バッファ層１１４と、下地層１１２と、蛍光層１１３と、ｎ型導電層１２１と、発光層１２２と、クラッド層１２３と、ｐ型導電層１２４とが順に形成されてなる。これらは、それぞれ、第１の実施の形態に係る基板１１、低温バッファ層１４、下地層１２、蛍光層１３、ｎ型導電層２１、発光層２２、クラッド層１２３、ｐ型導電層２４と同様の組成や構造を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。なお、低温バッファ層１１４は、下地層１１２の結晶性を確保するうえで必要な場合に設けられる。また、ｐ型導電層１２４上には、ｐ型電極１２５が形成され、ｎ型導電層１２１の一部は露出しており、この露出した部分にｎ型電極１２６が形成されている点も同様である。
【００７５】
発光装置１０１は、下地層１１２をＭＯＣＶＤ法により形成し、他の層を、ＭＢＥ法によって形成するのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、全ての層をＭＯＣＶＤ法で形成してもよいし、全ての層をＭＢＥ法によって形成してもよい。
【００７６】
本実施の形態においても、ダイオード構造１２０のｐ型電極１２５とｎ型電極１２６との間に電圧が印加されることによって発光層１２２から青色光が発光されると、その一部が蛍光体構造１１０に吸収され、そのエネルギーが励起エネルギーとなって、第１の実施の形態の蛍光層１３と同様にＭＱＷ構造を有する緑色蛍光層１１３Ｇおよび赤色蛍光層１１３Ｒに添加された希土類あるいは遷移金属元素をそれぞれ直接に、あるいは井戸層に存在するキャリアの再結合により生じるエネルギーによって励起する。これにより、緑色蛍光層１１３Ｇおよび赤色蛍光層１１３Ｒからそれぞれ、緑色光（Ｇ）と赤色光（Ｒ）との蛍光が発せられる。そして、ダイオード構造１２０から発光された青色光と、蛍光体構造１１０から発光された緑色光と赤色光とが混合することによって、白色光の発光が実現される。
【００７７】
なお、ダイオード構造１２０の部分には電圧が印加されるが、その下の発光体構造１１０の部分には電圧は印加されないので、その組成に電気的な制約がない点は、第１の実施の形態と同様である。
【００７８】
よって、本実施の形態に係る発光装置おいても、第１の実施の形態と同様に、高輝度の白色光を安価に得ることができる。また、ダイオード構造１２０を蛍光体１１０上に直接形成していることから、第１の実施の形態より小型で、発光効率がよい発光装置を得ることができる。
【００７９】
また、本実施の形態においては、青色の発光効率がよいIII族窒化物をダイオード構造１２０の発光層１２２として用いるとともに、該III族窒化物と同種の元素からなる物質を、蛍光層１１３の添加層に用いることで高い閉じ込め効果を得ることができる。よって、例えば、ＭＯＣＶＤ装置のみで、あるいはＭＢＥ装置のみで発光装置を形成する場合に、同種の窒化物を用いて蛍光体構造１１０とダイオード構造１２０とを連続して形成することができる。これは、作製プロセスの単純化やコストの抑制の面で好適な態様である。
【００８０】
＜第３の実施の形態＞
第１および第２の実施の形態は、いずれも、青色光を励起光源として、緑色光と赤色光の蛍光を得ることで白色光を実現する態様であったが、蛍光を利用して白色光を得る態様は、これらに限定されない。本実施の形態においては、異なる構成にて白色光を得る態様について説明する。
【００８１】
図３は、第３の実施の形態に係る発光装置２０１を模式的に示す図である。図３に示す発光装置２０１は、蛍光体２１０と、ＬＥＤ素子２２０とを備える。
【００８２】
蛍光体２１０は、例えばサファイア単結晶からなる基板２１１上に、下地層２１２と、蛍光層２１３とがこの順に形成されてなる。基板２１１は、サファイア単結晶のほか、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧａＯ２単結晶、ＭｇＡｌ２Ｏ４単結晶、ＭｇＯ単結晶などの酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶などのIV族あるいはIV−IV族単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶、およびＡｌＧａＮ単結晶などのIII−Ｖ族単結晶、ＺｒＢ２などのホウ化物単結晶などの、公知の基板材料によって構成することができる。また、下地層２１２や蛍光層２１３は、所定の組成のIII族窒化物、あるいはこれに所定の添加元素を添加して形成されるが、各層の具体的な組成は、その目的や作用によって、適宜に設定される。また、蛍光体２１０は、下地層２１２をＭＯＣＶＤ法により形成し、蛍光層２１３を、ＭＢＥ法によって形成するのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、全ての層をＭＯＣＶＤ法で形成してもよいし、全ての層をＭＢＥ法によって形成してもよい。
【００８３】
下地層２１２は、例えばＡｌＧａＮなどのIII族窒化物である。特に、下地層２１２は、転位密度が１×１０１１／ｃｍ２以下、（００２）面におけるＸ線ロッキングカーブにおける半値幅が２００秒以下という高い結晶品質を有するように構成されることが望ましい。下地層２１２の厚みは、クラックの発生や用途などを考慮して適宜選択される。例えば数μｍ程度である。なお、Ａｌを含むIII族窒化物材料を用いることにより、下地層２１２のバンドギャップを大きくすることができるため、ＬＥＤ素子２２０から発光される紫外光を透過させることができる。従って、特に紫外光を励起光として使用する場合には、下地層は紫外光の波長に対応するバンドギャップ以上になるようにＡｌを含むことが望ましく、特にＡｌＮが望ましい。
【００８４】
蛍光層２１３は、図３において拡大して図示するように、３種類の層によって構成されてなる。１つは、所定のエネルギーを吸収することにより、青色（Ｂ）の蛍光を発する青色蛍光層２１３Ｂであり、もう１つは、所定のエネルギーを吸収することにより、緑色（Ｇ）の蛍光を発する緑色蛍光層２１３Ｇであり、さらにもう１つは、所定のエネルギーを吸収することにより、赤色（Ｒ）の蛍光を発する赤色蛍光層２１３Ｒである。
【００８５】
青色蛍光層２１３Ｂは、希土類あるいは遷移金属III族窒化物からなる微細な島状結晶Ｉ１が離散的に形成され、該島状結晶Ｉ１を覆うように、厚みが数ｎｍ程度の、III族窒化物によるキャップ層Ｃ１が形成されてなる、という構造が、多数回（好ましくは数十回）繰り返されてなる。なお、島状結晶Ｉ１は、量子効果が出現するような程度の、微細な大きさに形成される。すなわち、青色蛍光層２１３Ｂは、島状結晶Ｉ１が量子ドットとして作用する量子ドット構造が多層積層されてなる構造を有してなる。島状結晶Ｉ１とキャップ層Ｃ１とは、相異なる組成の窒化物により形成される。具体的には、キャップ層Ｃ１の中に、よりバンドギャップが小さい島状結晶を形成してなる。係る構造によって島状結晶Ｉ１の中にキャリアが効果的に閉じこめられる。島状結晶Ｉ１は、例えば、ＧａＮ、ＩｎＮ、あるいはＧａＩｎＮからなり、キャップ層Ｃ１はＡｌＮにより形成される。係る島状結晶Ｉ１は、下地層２１２またはキャップ層Ｃ１を構成するＡｌＮの格子定数よりも、島状結晶Ｉ１を構成するIII族窒化物の格子定数の方が大きく、両者の間の界面エネルギーが大きいことを利用して形成されるものである。さらに、島状結晶Ｉ１には、励起されることによって青色を発光する希土類あるいは遷移金属元素が添加されてなる。例えば、Ｔｍが添加されてなる。なお、この青色蛍光層２１３Ｂの構造は、別の見方をすれば、希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層２１３１と、添加されていない非添加層２１３２とが多層積層されている構造であると捉えることもできる。
【００８６】
緑色蛍光層２１３Ｇおよび赤色蛍光層２１３Ｒについては、それぞれに、添加されている希土類あるいは遷移金属元素が、励起されることによって緑色を発光する希土類あるいは遷移金属元素や励起されることによって赤色を発光する希土類あるいは遷移金属元素であることの相違はあるものの、それぞれ、青色蛍光層２１３Ｂと同様の量子ドット構造を有してなる。すなわち、緑色蛍光層２１３Ｇは、島状結晶Ｉ２とキャップ層Ｃ２とからなり、赤色蛍光層２１３Ｒは、島状結晶Ｉ３とキャップ層Ｃ３とからなる。島状結晶Ｉ２は、例えば、ＧａＮにＴｂあるいはＨｏが添加されてなり、島状結晶Ｉ３は、例えば、ＧａＮにＥｕが添加されてなり、キャップ層Ｃ２およびＣ３はいずれもＡｌＮにより形成される。そして、緑色蛍光層２１３Ｇは、希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層２１３３と、添加されていない非添加層２１３４とが多層積層されている構造であると捉えることもでき、赤色蛍光層２１３Ｒは、希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層２１３５と、添加されていない非添加層２１３６とが多層積層されている構造であると捉えることもできる。
【００８７】
なお、添加する希土類あるいは遷移金属元素の種類、濃度、島状結晶の密度および島状結晶を含む層の数等を調整することにより、所望の色合いの光、例えば白色光を高効率で発光することが可能である。
【００８８】
なお、発光効率の向上という観点からは、緑色蛍光層２１３Ｇの島状結晶Ｃ１、および、赤色蛍光層２１３Ｒの島状結晶Ｃ２のいずれにおいても、結晶性を劣化させない範囲でできるだけ多くの希土類あるいは遷移金属元素を添加することが好ましい。本実施の形態においては、電気的な制約がないことから、特許文献３および特許文献４に開示されているような、活性層に電圧を印加する発光させる発光素子に比して、組成についての自由度が高いといえる。すなわち、電圧印加による発光素子よりも多くの希土類あるいは遷移金属元素を添加することができ、より高い発行効率を得ることができる。
【００８９】
ＬＥＤ素子２２０は、紫外発光するＰＮ型の半導体発光素子、いわゆる紫外発光ダイオードである。ＬＥＤ素子２２０は、例えばサファイアからなる基板２２７上に、下地層２２８と、ｎ型導電層２２１と、クラッド層２２２と、発光層２２３と、ｐ型導電層２２４とが順に形成されてなる。ｐ型導電層２２４上には、例えばＡｌ／Ｎｉからなるｐ型電極２２５が形成されている。また、ｎ型導電層２２１の一部は露出しており、この露出した部分には、例えばＡｕ／Ｔｉからなるｎ型電極２２６が形成されている。なお、基板２２７としては、蛍光体２１３に用いることができるものと同様の基板材料を用いることができる。また、下地層２２８、ｎ型導電層２２１、クラッド層２２２、発光層２２３、およびｐ型導電層２２４は、所定の組成のIII族窒化物、あるいはこれに所定の添加元素を添加して形成されるが、各層の具体的な組成は、その目的や作用によって、適宜に設定される。また、各層はいずれもＭＯＣＶＤ法によって形成されるのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、ＭＢＥ法を一部又は全部の層の形成に用いる態様であってもよい。
【００９０】
本実施の形態においては、図示しない所定の電源によってｐ型電極２２５とｎ型電極２２６との間に所定の電圧が印加されることによって、発光層２２３から所定の波長の紫外光が発光する。本実施の形態において、ＬＥＤ素子２２０は、発光光源あるいは後述するように、励起光源として作用する。ただし、励起光源は、蛍光体２１０を励起できるものであれば他のものであってもよい。例えば、励起光源を電子線銃あるいは電子放出体として、電子により蛍光層２１３の希土類あるいは遷移金属元素を励起することも可能である。
【００９１】
下地層２２８は、例えばＡｌＮで形成される。特に、下地層２２８は、転位密度が１×１０１１／ｃｍ２以下、（００２）面におけるＸ線ロッキングカーブにおける半値幅が２００秒以下という高い結晶品質を有するように形成されることが望ましい。下地層１２の厚みは、クラックの発生や用途などを考慮して適宜選択される。例えば数μｍ程度である。
【００９２】
ｎ型導電層２２１は、III族窒化物に所定のｎ型のドーパントが添加されてなる。上記のように下地層２２８がＡｌＮである場合、III族窒化物としては、例えば、全III族元素に対するＡｌの含有量が下地層２２８よりもＡｌの含有量が少ない窒化物が用いられる。Ａｌ以外のIII族元素として、Ｇａ及びＩｎなどを含んでもよい。ドーパントとしては、例えばＳｉが用いられる。他にも、Ｂ、Ｇｅなどを用いることができる。ｎ型導電層２２１は、転位密度が１×１０１１／ｃｍ２以下、（００２）面におけるＸ線ロッキングカーブにおける半値幅が２００秒以下という高い結晶品質を有するように構成される。
【００９３】
クラッド層２２２は、例えば、上記のように下地層２２８がＡｌＮである場合、ｎ型導電層２２１のＧａの一部をＡｌにて置換した組成のIII族窒化物に、Ｓｉが添加されて形成される。
【００９４】
発光層２２３は、III族窒化物に、発光中心のアクセプタとなる所定の添加元素が添加されてなる。本実施の形態において、発光層２２３は、図３において拡大して図示するように、第１組成層２２３１と、第２組成層２２３２とが、数ｎｍずつ交互に、数層ずつ積層されてなる。例えば、第１組成層２２３１はＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）にＳｉを添加して形成され、第２組成層２２３２は、ＡｌｘＧａｙＮ（ｘ＋ｙ＝１，ｘ≧０、ｙ≧０）にＳｉを添加して形成される。係る場合、wellにあたる部分をＩｎを含む第１組成層２２３１とするＭＱＷ構造を実現することによって、紫外光の発光効率の向上が図られている。
【００９５】
ｐ型導電層２２４は、III族窒化物に所定のｐ型のドーパントが添加されてなる。III族窒化物としては、例えば、全III族元素に対するＧａの含有量が５０ａｔ％以上のIII族窒化物が用いられる。Ｇａ以外のIII族元素として、Ａｌ及びＩｎなどを含んでもよい。ドーパントとしては、例えばＭｇが用いられる。他にも、Ｚｎ、Ｂｅなどを用いることができる。ｐ型導電層２２４は、数百ｎｍ程度の厚みに形成される。ｐ型導電層２２４は、転位密度が１×１０１１／ｃｍ２以下、（００２）面におけるＸ線ロッキングカーブにおける半値幅が２００秒以下という高い結晶品質を有するように構成される。また、キャリア密度が１×１０１６／ｃｍ３以上であることが必要であり、さらには１×１０１７／ｃｍ３以上であることが好ましい。これにより、ｐ型導電層２２４内での電圧降下を抑制できるとともに、発光層２２３に効率的に電圧を加え、発光効率の向上を図ることができる。
【００９６】
本実施の形態に係る発光装置２０１においては、所定の電圧が印加されることによってＬＥＤ素子２２０が紫外光（ＵＶ）を発光すると、その一部が蛍光体２１０に吸収され、そのエネルギーが励起エネルギーとなって、島状結晶Ｃ１、Ｃ２およびＣ３に添加された希土類あるいは遷移金属元素をそれぞれ励起し、それぞれに固有の波長の発光が生じる。これに加え、量子ドットである島状結晶Ｃ１、Ｃ２およびＣ３に閉じこめられていた電子あるいはホールといったキャリアが、紫外光（ＵＶ）によるエネルギーを得ることで再結合して発するエネルギーも、希土類あるいは遷移金属元素を励起するので、係るプロセスによっても同様に発光が生じる。その結果として、希土類あるいは遷移金属青色蛍光層２１３Ｂ、緑色蛍光層２１３Ｇ、および赤色蛍光層２１３Ｒからそれぞれ、青色光（Ｂ）、緑色光（Ｇ）および赤色光（Ｒ）との蛍光が、高い発光効率で発せられることになる。そして、これら蛍光体２１０から発光された青色光と緑色光と赤色光とが混合することによって、白色光の発光が実現される。
【００９７】
これにより、２色混合よりも発色性に優れた３色混合による白色光の発光を、３色のＬＥＤチップを用いるよりも安価な、１つのＬＥＤチップと１つの蛍光体との組合せによって実現することができ、かつ高い輝度の白色光を得ることができる。
【００９８】
なお、蛍光層に添加する元素として他の希土類あるいは遷移金属元素を用いることにより、あるいは、異なる色を発光するＬＥＤ素子２２０を用いることにより、色の組合せを異なるものとすることによって、白色光のみならず、任意の色の発光を実現することも可能である。また、蛍光層２１３が４種類以上の色を発光する層によって形成される態様であってもよい。
【００９９】
また、蛍光体２１０に直接に電圧を印加する発光素子と異なり、希土類あるいは遷移金属元素の添加量に電気的な制約がなく、また転位の存在による悪影響も小さいことから、結晶品質の許容範囲が広くなる。よって、１つの素子の大型化も容易である。
【０１００】
＜第４の実施の形態＞
第３の実施の形態においては、紫外光を発光する発光光源と、青色光、緑色光、および赤色光の蛍光を発光する蛍光層とが別体のものとなっていたが、紫外光を励起光源として、青色光、緑色光、および赤色光を発光させて白色光を得る上で、両者が別体であることは必須の要件ではない。本実施の形態においては、両者が一体となった態様について説明する。
【０１０１】
図４は、第４の実施の形態に係る発光装置３０１を模式的に示す図である。本実施の形態に係る発光装置３０１は、第２の実施の形態に係る蛍光体２１０に相当する蛍光体構造３１０上に、第２の実施の形態に係るＬＥＤ素子２２０の基板より上の層に相当するダイオード構造３２０が形成されてなるものといえる。換言すれば、発光装置３０１は、蛍光体構造３１０を基板として、その上に、ダイオード構造３２０が形成されてなる発光素子として作用するものである。
【０１０２】
より具体的には、発光装置３０１は、例えばサファイア単結晶からなる基板３１１上に、下地層３１２と、蛍光層３１３と、ｎ型導電層３２１と、クラッド層３２２と、発光層３２３と、ｐ型導電層３２４とが順に形成されてなる。これらは、それぞれ、第３の実施の形態に係る基板２１１、下地層２１２、蛍光層２１３、ｎ型導電層２２１、クラッド層２２２、発光層２２３、ｐ型導電層２２４と同様の組成や構造を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。また、ｐ型導電層３２４上には、ｐ型電極３２５が形成され、ｎ型導電層３２１の一部は露出しており、この露出した部分にｎ型電極３２６が形成されている点も同様である。
【０１０３】
発光装置３０１は、下地層３１２をＭＯＣＶＤ法により形成し、他の層を、ＭＢＥ法によって形成するのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、全ての層をＭＯＣＶＤ法で形成してもよいし、全ての層をＭＢＥ法によって形成してもよい。
【０１０４】
本実施の形態においても、ダイオード構造３２０のｐ型電極３２５とｎ型電極３２６との間に電圧が印加されることによって発光層３２３から紫外光が発光されると、その一部が蛍光体構造３１０に吸収され、そのエネルギーが励起エネルギーとなって、第３の実施の形態の蛍光層２１３と同様に量子ドット構造を有する青色蛍光層３１３Ｂ、緑色蛍光層３１３Ｇ、および赤色蛍光層３１３Ｒに添加された希土類あるいは遷移金属元素をそれぞれ直接に、あるいは井戸層に存在するキャリアの再結合により生じるエネルギーによって励起する。これにより、青色蛍光層３１３Ｂ、緑色蛍光層３１３Ｇ、および赤色蛍光層３１３Ｒからそれぞれ、青色光（Ｂ）、緑色光（Ｇ）、および赤色光（Ｒ）の蛍光が発せられる。そして、ダイオード構造３２０から発光された紫外光と、蛍光体構造３１０から発光された青色光、緑色光、および赤色光が混合することによって、白色光の発光が実現される。
【０１０５】
なお、ダイオード構造３２０の部分には電圧が印加されるが、その下の発光体構造３１０の部分には電圧は印加されないので、その組成に電気的な制約がない点は、第３の実施の形態と同様である。
【０１０６】
よって、本実施の形態に係る発光装置おいても、第３の実施の形態と同様に、高輝度の白色光を安価に得ることができる。また、発光ダイオードを蛍光体上に直接形成していることから、第３の実施の形態より小型で、発光効率がよい発光装置を得ることができる。
【０１０７】
また、本実施の形態においては、紫外の発光効率がよいIII族窒化物をダイオード構造３２０の発光層３２３として用いるとともに、該III族窒化物と同種の元素からなる物質を、蛍光層３１３の添加層に用いることで高い閉じ込め効果を得ることができる。よって、例えば、ＭＯＣＶＤ装置のみで、あるいはＭＢＥ装置のみで発光装置を形成する場合に、同種の窒化物を用いて蛍光体構造３１０とダイオード構造３２０とを連続して形成することができる。これは、作製プロセスの単純化やコストの抑制の面で好適な態様である。
【０１０８】
＜第５の実施の形態＞
第３および第４の実施の形態は、紫外光を励起光源として白色光を得る態様であったが、係る態様を実現するにあたって、各色の蛍光層が量子ドット構造を有することは必須の要件ではなく、第１および第２の実施の形態のようなＭＱＷ構造を有する態様でも、同様に白色光を得ることができる。本実施の形態においては、係る態様について説明するとともに、上記の実施の形態とは異なるダイオード構造について併せて説明する。
【０１０９】
図５は、第４の実施の形態に係る発光装置４０１を模式的に示す図である。本実施の形態に係る発光装置４０１は、第４の実施の形態と同様に、蛍光体構造４１０の上に、ダイオード構造４２０が形成されてなるものといえる。換言すれば、発光装置４０１は、蛍光体構造４１０を基板として、その上に、ダイオード構造４２０が形成されてなる発光素子として作用するものである。
【０１１０】
より具体的には、発光装置４０１は、例えばサファイア単結晶からなる基板４１１上に、下地層４１２と、蛍光層４１３と、ｎ型導電層４２１と、クラッド層４２２と、発光層４２３と、ｐ型導電層４２４とが順に形成されてなる。各層の具体的な組成は、その目的や作用によって、適宜に設定される。基板４１１と下地層４１２とは、それぞれ、第３の実施の形態に係る基板２１１および下地層２１２と同様の組成や構造を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。また、ｐ型導電層４２４上には、ｐ型電極４２５が形成され、ｎ型導電層４２１の一部は露出しており、この露出した部分にｎ型電極４２６が形成されている点も同様である。
【０１１１】
発光装置４０１は、下地層４１２をＭＯＣＶＤ法により形成し、他の層を、ＭＢＥ法によって形成するのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、全ての層をＭＯＣＶＤ法で形成してもよいし、全ての層をＭＢＥ法によって形成してもよい。
【０１１２】
蛍光層４１３は、図５において拡大して図示するように、３種類の層によって構成されてなる。１つは、所定のエネルギーを吸収することにより、青色（Ｂ）の蛍光を発する青色蛍光層４１３Ｂであり、もう１つは、所定のエネルギーを吸収することにより、緑色（Ｇ）の蛍光を発する緑色蛍光層４１３Ｇであり、さらにもう１つは、所定のエネルギーを吸収することにより、赤色（Ｒ）の蛍光を発する赤色蛍光層４１３Ｒである。
【０１１３】
青色蛍光層４１３Ｂは、III族窒化物に、励起されることによって緑色を発光する希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層４１３１と、係る添加のなされない非添加層４１３２とが、数ｎｍずつ交互に、多数（好ましくは数十層ずつ）積層されてなる層である。
【０１１４】
緑色蛍光層４１３Ｇは、III族窒化物に、励起されることによって緑色を発光する希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層４１３３と、係る添加のなされない非添加層４１３４とが、数ｎｍずつ交互に、多数（好ましくは数十層ずつ）積層されてなる層である。
【０１１５】
赤色蛍光層４１３Ｒは、III族窒化物に、励起されることによって赤色を発光する希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層４１３５と、係る添加のなされない非添加層４１３６とが、数ｎｍずつ交互に、多数（好ましくは数十層ずつ）積層されてなる層である。
【０１１６】
添加層４１３１、４１３３、および４１３５はそれぞれ、非添加層４１３２、４１３４、および４１３６とは異なる組成の窒化物により形成される。すなわち、緑色蛍光層４１３Ｇと赤色蛍光層４１３Ｒとにおいては、窒化物の組成を交互に変えることにより、井戸層と、よりバンドが広い障壁層とが交互に堆積した、ＭＱＷ（Multi Quantum Well：多重量子井戸）構造が実現されてなる。
【０１１７】
ここで、希土類あるいは遷移金属元素は、発光効率を高めつつ所望の波長の光を得るために添加されるものである。希土類あるいは遷移金属元素は、光あるいは電子線等の外部励起に対してその固有の発光波長をもつ。複数の希土類あるいは遷移金属元素を適量添加することにより、任意の色合いをもつ光、例えば白色光を発光することが可能である。また、希土類あるいは遷移金属元素はその発光機構に不具合を与えることなく、窒化物中に固溶することができる。
【０１１８】
下地層４１１がＡｌＮによって形成される場合の例でいえば、青色蛍光層４１３Ｂにおいて添加層４１３１は、例えば、ＡｌｘＧａｙＮ（ｘ＋ｙ＝１，ｘ≧０、ｙ≧０）にＴｍを添加して形成され、非添加層４１３２は、ＡｌＮにて形成される。緑色蛍光層４１３Ｇにおいて添加層４１３３は、例えば、ＡｌｘＧａｙＮ（ｘ＋ｙ＝１，ｘ≧０、ｙ≧０）にＴｂあるいはＨｏを添加して形成され、非添加層４１３２は、ＡｌＮにて形成される。赤色蛍光層４１３Ｒにおいて添加層４１３３はＡｌｘＧａｙＮ（ｘ＋ｙ＝１，ｘ≧０、ｙ≧０）にＥｕを添加して形成され、非添加層４１３４は、ＡｌＮにて形成される。すなわち、本実施の形態においては、青色蛍光層４１３Ｂ、緑色蛍光層４１３Ｇおよび赤色蛍光層４１３ＲのいずれもＡｌＮあるいはＡｌｘＧａｙＮをベースに形成される。なお、各色の蛍光層を全く異なる種類の元素からなる物質によって形成することも可能であるが、本実施の形態のように、ベースとなる物質を共通にして層形成する方が、コスト面からも作製時間の点からも効率的であることはいうまでもない。なお、本実施の形態の場合、蛍光層４１３にＡｌを含むことで、発光効率の向上が見込まれる。
【０１１９】
ｎ型導電層４２１は、III族窒化物に所定のｎ型のドーパントが添加されてなる。III族窒化物としては、例えば、全III族元素に対するＡｌの含有量が５０ａｔ％程度のIII族窒化物が用いられる。Ａｌ以外のIII族元素として、Ｇａ及びＩｎなどを含んでもよい。ドーパントとしては、例えばＳｉが用いられる。他にも、Ｂ、Ｇｅなどを用いることができる。
【０１２０】
クラッド層４２２は、例えば、ｎ型導電層４２１のＧａの一部をＡｌにて置換した組成のIII族窒化物に、Ｓｉが添加されて形成される。
【０１２１】
発光層４２３は、III族窒化物に、発光中心のアクセプタとなる所定の添加元素が添加されてなる。本実施の形態において、発光層４２３は、図５において拡大して図示するように、第１組成層４２３１と、第２組成層４２３２とが、数ｎｍずつ交互に、数層ずつ積層されてなる。例えば、第１組成層４２３１はＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）にＳｉを添加して形成され、第２組成層４２３２は、ＡｌｘＧａｙＮ（ｘ＋ｙ＝１，ｘ≧０、ｙ≧０）にＳｉを添加して形成される。係る場合、wellにあたる部分をＩｎを含む第１組成層４２３１とするＭＱＷ構造を実現することによって、紫外光の発光効率の向上が図られている。
【０１２２】
ｐ型導電層４２４は、III族窒化物に所定のｐ型のドーパントが添加されてなる添加層４２４１と、係る添加がなされていない非添加層４２４２とが、数ｎｍずつ交互に、多数（好ましくは数十層ずつ）積層されてなる層である。すなわち、本実施の形態に係る発光装置４０１においては、ｐ型導電層４２４においてこのように積層構造をとることにより、添加層４２３１を井戸層とするＭＱＷ構造が実現されている。
【０１２３】
添加層４２４１としては、例えば、全III族元素に対するＡｌの含有量が５０ａｔ％以上のIII族窒化物が用いられる。Ａｌ以外のIII族元素として、Ｇａ及びＩｎなどを含んでもよい。ドーパントとしては、例えばＭｇが用いられる。他にも、Ｚｎ、Ｂｅなどを用いることができる。非添加層４２４２としては、添加層４２４１よりもＡｌの比率が少ないIII族窒化物が用いられる。
【０１２４】
なお、ｐ型導電層４２４を係るＭＱＷ構造に形成することは、Ａｌを多く含むIII族窒化物半導体を形成する場合に、単純な単層膜で形成する場合よりもｐ型電極４２４の抵抗値を低減させることができるという点で効果的である。
【０１２５】
本実施の形態においても、ダイオード構造４２０のｐ型電極４２５とｎ型電極４２６との間に電圧が印加されることによって発光層４２３から紫外光が発光されると、その一部が蛍光体構造４１０に吸収され、そのエネルギーが励起エネルギーとなって、添加層４１３１、４１３３、および４１３５に添加された希土類あるいは遷移金属元素をそれぞれ励起し、それぞれに固有の波長の発光が生じる。これに加え、上述したＭＱＷ構造の井戸層である添加層４１３１、４１３３、および４１３５に閉じこめられていた電子あるいはホールといったキャリアが、紫外光（ＵＶ）によるエネルギーを得ることで再結合して発するエネルギーも、希土類あるいは遷移金属元素を励起するので、係るプロセスによっても同様に発光が生じる。その結果として、希土類あるいは遷移金属青色蛍光層４１３Ｂ、緑色蛍光層４１３Ｇ、および赤色蛍光層４１３Ｒからそれぞれ、青色光（Ｂ）、緑色光（Ｇ）、および赤色光（Ｒ）の蛍光が発せられる。そして、ダイオード構造４２０から発光された紫外光と、蛍光体構造４１０から発光された青色光、緑色光、および赤色光が混合することによって、白色光の発光が実現される。
【０１２６】
よって、本実施の形態に係る発光装置おいても、高輝度の白色光を安価に得ることができる。
【０１２７】
＜第６の実施の形態＞
以上の実施の形態において説明したような、ＭＱＷ構造や量子ドット構造を有する蛍光体（構造）でなくとも、多色光の発光は実現される。本実施の形態では、より簡易な構造で、多色光として例えば白色光を得る態様について説明する。
【０１２８】
図６は、第６の実施の形態に係る発光装置１００１を模式的に示す図である。本実施の形態に係る発光装置１００１は、第２の実施の形態に係る発光装置１０１に近似した構造を有する。すなわち、蛍光体構造１１１０上に、ダイオード構造１０２０が形成されてなる。
【０１２９】
より具体的には、発光装置１００１は、例えばサファイア単結晶からなる基板１０１１上に、低温バッファ層１０１４と、下地層１０１２と、蛍光層１０１３と、ｎ型導電層１０２１と、発光層１０２２と、クラッド層１０２３と、ｐ型導電層１０２４とが順に形成されてなる。これらは、蛍光層１０１３を除き、それぞれ、第２の実施の形態に係る基板１１１、低温バッファ層１１４、下地層１１２、ｎ型導電層１２１、発光層１２２２３、クラッド層１２３２２、ｐ型導電層１２４と同様の組成や構造を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。なお、低温バッファ層１０１４は、下地層１０１２の結晶性を確保するうえで必要な場合に設けられる。また、ｐ型導電層１０２４上には、ｐ型電極１０２５が形成され、ｎ型導電層１０２１の一部は露出しており、この露出した部分にｎ型電極１０２６が形成されている点も同様である。
【０１３０】
蛍光層１０１３は、窒化物に、励起されることによって緑色（Ｇ）の蛍光を発する希土類あるいは遷移金属元素と、同じく励起されることによって赤色（Ｒ）の蛍光を発する希土類あるいは遷移金属元素とが添加されてなる。好ましくは、それぞれの希土類あるいは遷移金属元素は、微細均一に分散して存在するように添加される。蛍光層１０１３は、例えば、ＧａｘＩｎｙＮ（ｘ＋ｙ＝１，ｘ≧０、ｙ≧０）に緑色（Ｇ）の蛍光を発する希土類あるいは遷移金属元素としてＴｂあるいはＨｏを、赤色（Ｒ）の蛍光を発する希土類あるいは遷移金属元素としてＥｕを添加して形成される。
【０１３１】
発光装置１００１は、下地層１０１２をＭＯＣＶＤ法により形成し、他の層を、ＭＢＥ法によって形成するのが、高い結晶品質の実現という観点からは好適であるが、全ての層をＭＯＣＶＤ法で形成してもよいし、全ての層をＭＢＥ法によって形成してもよい。
【０１３２】
本実施の形態においては、ダイオード構造１０２０のｐ型電極１０２５とｎ型電極１０２６との間に電圧が印加されることによって発光層１０２２から青色光が発光されると、その一部が蛍光体構造１０１０に吸収され、そのエネルギーが励起エネルギーとなって、蛍光層１０１３に添加された希土類あるいは遷移金属元素をそれぞれ直接に、あるいは井戸層に存在するキャリアの再結合により生じるエネルギーによって励起する。これにより、蛍光層１１３からは、緑色光（Ｇ）と赤色光（Ｒ）との蛍光が発せられる。ただし、それぞれの色を発光する希土類あるいは遷移金属元素は微細均一に分散しているので、見かけ上は、両者の混食光である黄色光が発せられる。そして、ダイオード構造１０２０から発光された青色光と、蛍光体構造１０１０から発光された緑色光と赤色光とからなる黄色光とが混合することによって、白色光の発光が実現される。
【０１３３】
なお、ダイオード構造１０２０の部分には電圧が印加されるが、その下の発光体構造１０１０の部分には電圧は印加されないので、その組成に電気的な制約がない点は、第２の実施の形態と同様である。
【０１３４】
よって、本実施の形態に係る発光装置おいては、より簡易な構造で、高輝度の白色光を得ることができる。もちろん、蛍光層１０１３に添加する元素として他の希土類あるいは遷移金属元素を用いることにより、あるいは、異なる色を発光するダイオード構造１０２０を形成することにより、色の組合せを異なるものとすることによって、白色光のみならず、任意の色の発光を実現することも可能である。添加する希土類あるいは遷移金属元素が１種だけの場合は、当該希土類あるいは遷移金属元素に固有の発光が生じることはいうまでもない。また、蛍光層１０１３から、３種類以上の色を発光するように、対応する種類の希土類あるいは遷移金属元素が添加される態様であってもよい。
【実施例】
【０１３５】
（実施例１）
本実施例においては、図１に示す発光装置１を作製した。まず、蛍光体１０の作製においては、基板１１として２インチ径の厚さ５００μｍのＣ面サファイア単結晶を用い、これを所定のＭＯＣＶＤ装置の反応菅内に設置した。ＭＯＣＶＤ装置は、反応ガスあるいはキャリアガスとして、少なくともＨ２、Ｎ２、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）およびＮＨ３が、反応管内に供給可能とされている。反応管内の圧力を１００Ｔｏｒｒに設定した後、Ｈ２を平均流速１ｍ／ｓｅｃで流しながら、基板１１を１１００℃まで昇温した。
【０１３６】
その後、いったん５００℃に高温した後、ＴＭＡとＮＨ３とを供給して、ＡｌＮの低温バッファ層１４を２０ｎｍの厚さに形成したうえで、再び１１００℃に昇温し、ＴＭＧとＮＨ３とを供給して、下地層１２として厚さ２μｍのＧａＮ層を形成した。この際、成膜速度を０．３μｍ／ｈｒとなるように、ＴＭＡ及びＮＨ３の供給量を設定した。なお、このＧａＮ層中の転位密度をＴＥＭ（透過電子顕微鏡）によって観察したところ、１×１０１０／ｃｍ２であった。また、ＧａＮの（００２）面のＸ線ロッキングカーブを測定したところ、その半値幅は６０秒であり、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により求めた表面粗さ（Ｒａ）は１．５Å以下であった。すなわち、ＧａＮからなる下地層１２は良好な結晶品質を有することが確認された。
【０１３７】
引き続き、成長させたＧａＮ層を保護するために、ＴＭＧとＮＨ３を平均流速１０ｍ／ｓｅｃで流して、ＧａＮ膜を厚さ１０ｎｍ成長させた。
【０１３８】
成長終了後、膜形成された基板を取り出し、これを所定のＭＢＥ装置の中に設置した。ＭＢＥ装置は、固体源として、７ＮのＧａ、７ＮのＩｎ、６ＮのＡｌを用いた。また、窒素源として、所定の高周波プラズマ装置により発生した原子状窒素を用いた。蛍光層を形成するために添加すべく、３ＮのＴｂおよびＥｕの固体源をそれぞれ設けた。
【０１３９】
まず、基板を９００℃まで加熱した後、Ｈ２を流すことにより保護層となっていたＧａＮ膜を除去した。
【０１４０】
続けて、ＧａＮの下地層１２の上に、緑色蛍光層１３Ｇの添加層１３１を構成すべく、６００℃で、Ｇａ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎを２ｎｍの厚さに形成した。その際には、Ｔｂを同時にドープさせた。さらに、非添加層１３２として、ＧａＮを２ｎｍの厚さに形成した。係る添加層１３１と非添加層１３２の形成を、それぞれが３０層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。
【０１４１】
同様に、赤色蛍光層１３Ｒの添加層１３３を構成すべく、６００℃で、Ｇａ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎを２ｎｍの厚さに形成した。その際には、Ｅｕを同時にドープさせた。さらに、非添加層１３４として、ＧａＮを２ｎｍの厚さに形成した。係る添加層１３３と非添加層１３４の形成を、それぞれが２０層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。
【０１４２】
一方、ＬＥＤ素子２０の作製においては、基板２７として２インチ径の厚さ５００μｍのＣ面サファイア単結晶を用い、これを所定のＭＯＣＶＤ装置の反応菅内に設置した。ＭＯＣＶＤ装置は、反応ガスあるいはキャリアガスとして、少なくともＨ２、Ｎ２、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、Ｃｐ２Ｍｇ、ＮＨ３、およびＳｉＨ４が、反応管内に供給可能とされている。反応管内の圧力を１００Ｔｏｒｒに設定した後、Ｈ２を平均流速１ｍ／ｓｅｃで流しながら、基板２７を１１００℃まで昇温した。
【０１４３】
その後、ＴＭＧとＮＨ３とＳｉＨ４とを供給して、ｎ型導電層２１として、ＳｉをドープしたＧａＮ層を２μｍの厚さに形成した。この際、成膜速度を０．３μｍ／ｈｒとなるように、ＴＭＧ及びＮＨ３の供給量を設定した。なお、このＧａＮ層中の転位密度をＴＥＭによって観察したところ、１×１０１０／ｃｍ２であった。また、ＧａＮの（００２）面のＸ線ロッキングカーブを測定したところ、その半値幅は６０秒であり、ＡＦＭにより求めた表面粗さ（Ｒａ）は１．５Å以下であった。すなわち、ｎ型導電層２１は良好な結晶品質を有することが確認された。
【０１４４】
ついで、ＴＭＧとＴＭＩとＮＨ３とを供給して、発光層２２として、Ｇａ０．８Ｉｎ０．２Ｎを２．５μｍの厚さに形成した。
【０１４５】
さらに、ＴＭＧとＴＭＡとＮＨ３とＣｐ２Ｍｇとを供給して、クラッド層２３として、ＭｇをドープしたＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層を３０ｎｍの厚さに形成した。
【０１４６】
続けて、ＴＭＧとＮＨ３とＣｐ２Ｍｇとを供給して、ｐ型導電層２４として、ＭｇをドープしたＧａＮ層を０．２μｍの厚さに形成した。次いで、Ｎ２ガスを導入し、７５０℃において１時間保持して、ｐ型導電層２４の活性化処理を行った。
【０１４７】
その後、発光層２２、クラッド層２３、およびｐ型導電層２４を所定のエッチング工程によって部分的にエッチング除去することによって、ｎ型導電層２１を構成するＳｉドープＧａＮ層の一部を露出させ、この露出部分に対してＡｌ／Ｔｉからなるｎ型電極２６を形成した。また、ｐ型導電層２４を構成するＭｇドープＧａＮ層上に、Ａｕ／Ｎｉからなるｐ型電極２５を形成した。
【０１４８】
得られたＬＥＤ素子２０に対し、Ａｕ／Ｎｉ電極とＡｌ／Ｔｉ電極との間に電圧を印加したところ、ＬＥＤ素子２０からは青色光の発光が確認された。
【０１４９】
そして、係る青色光を蛍光体１０に入射させたところ、緑色光と赤色光との発光が確認された。また、蛍光体１０とＬＥＤ素子２０とを所定の配置関係に配置したうえで、Ａｕ／Ｎｉ電極とＡｌ／Ｔｉ電極との間に電圧を印加することで、白色光の発光が確認された。
【０１５０】
（実施例２）
本実施例においては、図２に示す発光装置１０１を作製した。まず、蛍光体構造１１０については、ＭＯＣＶＤ装置およびＭＢＥ装置を用いて、実施例１の蛍光体１０と同様に作製した。
【０１５１】
引き続き、ＭＢＥ装置において、蛍光体構造１１０の上に、ダイオード構造１２０の作製を行った。なお、本実施例において、ＭＢＥ装置には、蛍光体構造１１０の作製に必要な固体源に加えて、ダイオード構造１２０を作製するに必要な固体源として、ドーパント源としてＳｉ、Ｍｇの固体源を用意した。
【０１５２】
ダイオード構造１２０の形成は、まず、６００℃で、蛍光層１１３の上にｎ型導電層１２１として、ＳｉをドープしたＧａＮ層を２μｍの厚さに形成した。ついで、６００℃で、発光層１２２を２．５μｍの厚さに形成した。さらに、６００℃で、クラッド層１２３として、ＭｇをドープしたＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層を３０ｎｍの厚さに形成した。続けて、６００℃で、ｐ型導電層１２４として、ＭｇをドープしたＧａＮ層を０．２μｍの厚さに形成した。
【０１５３】
その後、発光層１２２、クラッド層１２３、およびｐ型導電層１２４を所定のエッチング工程によって部分的にエッチング除去することによって、ｎ型導電層１２１を構成するＳｉドープＧａＮ層の一部を露出させ、この露出部分に対してＡｌ／Ｔｉからなるｎ型電極１２６を形成した。また、ｐ型導電層１２４を構成するＭｇドープＧａＮ層上に、Ａｕ／Ｎｉからなるｐ型電極１２５を形成した。
【０１５４】
得られた発光装置１０１に対し、Ａｕ／Ｎｉ電極とＡｌ／Ｔｉ電極との間に電圧を印加したところ、白色光の発光が確認された。
【０１５５】
（実施例３）
本実施例においては、図３に示す発光装置２０１を作製した。まず、蛍光体２１０の作製においては、基板２１１として２インチ径の厚さ５００μｍのＣ面サファイア単結晶を用い、これを所定のＭＯＣＶＤ装置の反応菅内に設置した。ＭＯＣＶＤ装置は、反応ガスあるいはキャリアガスとして、少なくともＨ２、Ｎ２、ＴＭＡ、ＴＭＧ、およびＮＨ３が、反応管内に供給可能とされている。反応管内の圧力を１００Ｔｏｒｒに設定した後、Ｈ２を平均流速１ｍ／ｓｅｃで流しながら、基板２１１を１１００℃まで昇温した。
【０１５６】
その後、ＴＭＡとＮＨ３とを供給して、下地層２１２として厚さ１μｍのＡｌＮ層を形成した。この際、成膜速度を０．３μｍ／ｈｒとなるように、ＴＭＡ及びＮＨ３の供給量を設定した。なお、このＡｌＮ層中の転位密度をＴＥＭによって観察したところ、１×１０１０／ｃｍ２であった。また、ＧａＮの（００２）面のＸ線ロッキングカーブを測定したところ、その半値幅は６０秒であり、ＡＦＭにより求めた表面粗さ（Ｒａ）は１．５Å以下であった。すなわち、ＡｌＮからなる下地層２１２は良好な結晶品質を有することが確認された。
【０１５７】
引き続き、成長させたＡｌＮ層を保護するために、ＴＭＧとＮＨ３を平均流速１０ｍ／ｓｅｃで流して、ＧａＮ膜を厚さ１０ｎｍ成長させた。
【０１５８】
成長終了後、膜形成された基板を取り出し、これを所定のＭＢＥ装置の中に設置した。ＭＢＥ装置は、固体源として、７ＮのＧａ、７ＮのＩｎ、６ＮのＡｌを用いた。また、窒素源として、所定の高周波プラズマ装置により発生した原子状窒素を用いた。蛍光層を形成するために添加すべく、３ＮのＴｍ、Ｔｂ、およびＥｕの固体源をそれぞれ設けた。
【０１５９】
まず、基板を９００℃まで加熱した後、Ｈ2を流すことにより保護層となっていたＧａＮ膜を除去した。
【０１６０】
続けて、ＡｌＮの下地層２１２の上に、６００℃で、ＧａＮにＴｍをドープしてなる島状結晶Ｉ１を、厚さ２ｎｍ、水平方向の直径２０ｎｍに形成した。さらに、島状結晶Ｉ１を埋め込むように、キャップ層Ｃ１としてＡｌＮを３ｎｍの厚さに形成した。これは、２ｎｍの厚さの添加層２１３１と、１ｎｍの厚さの非添加層２１３２とを形成したことにも相当する。係る島状結晶Ｉ１とキャップ層Ｃ１の形成を、４０回繰り返して行った。
【０１６１】
同様に、いずれも６００℃において、緑色蛍光層２１３Ｇについて、ＧａＮにＴｂがドープされた島状結晶Ｉ２とＡｌＮによるキャップ層Ｃ２との形成を、３０回繰り返して行い、赤色蛍光層２１３Ｒについて、ＧａＮにＥｕがドープされた島状結晶Ｉ３とＡｌＮによるキャップ層Ｃ２との形成を、２０回繰り返して行った。
【０１６２】
一方、ＬＥＤ素子２２０の作製においては、基板２２７として２インチ径の厚さ５００μｍのＣ面サファイア単結晶を用い、これを所定のＭＯＣＶＤ装置の反応菅内に設置した。ＭＯＣＶＤ装置は、反応ガスあるいはキャリアガスとして、少なくともＨ２、Ｎ２、ＴＭＡ、ＴＭＧ、ＴＭＩ、Ｃｐ２Ｍｇ、ＮＨ３、およびＳｉＨ４が、反応管内に供給可能とされている。反応管内の圧力を１００Ｔｏｒｒに設定した後、Ｈ２を平均流速１ｍ／ｓｅｃで流しながら、基板１１を１１００℃まで昇温した。
【０１６３】
まず、下地層２２８として、厚さ１μｍのＡｌＮ層を形成した。この際、成膜速度を０．３μｍ／ｈｒとなるように、ＴＭＡ及びＮＨ３の供給量を設定した。
【０１６４】
その後、ＴＭＡとＴＭＧとＮＨ３とＳｉＨ４とを供給して、ｎ型導電層２２１として、ＳｉをドープしたＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層を２μｍの厚さに形成した。
【０１６５】
引き続き、クラッド層２２として、ＳｉをドープしたＡｌ０．４Ｇａ０．６Ｎ層を２０ｎｍの厚さに形成した。
【０１６６】
次いで、第１組成層２２３１を構成すべく、ＳｉをドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．７８Ｉｎ０．０２Ｎ層を２．５ｎｍの厚さに形成した。さらに、第２組成層２２３２としてＳｉをドープしたＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ層を２．５ｎｍの厚さに形成した。係る第１組成層２２３１と第２組成層２２３２の形成をそれぞれが５層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。
【０１６７】
続けて、ＴＭＡとＴＭＧとＮＨ３とＣｐ２Ｍｇとを供給して、ｐ型導電層２２４として、ＭｇをドープしたＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層を０．１μｍの厚さに形成した。次いで、Ｎ２ガスを導入し、７５０℃において１時間保持して、ｐ型導電層２２４の活性化処理を行った。
【０１６８】
その後、クラッド層２２２、発光層２２３、およびｐ型導電層２２４を所定のエッチング工程によって部分的にエッチング除去することによって、ｎ型導電層２２１の一部を露出させ、この露出部分に対してＡｌ／Ｔｉからなるｎ型電極２２６を形成した。また、ｐ型導電層２２４上に、Ａｕ／Ｎｉからなるｐ型電極２２５を形成した。
【０１６９】
得られたＬＥＤ素子２２０に対し、Ａｕ／Ｎｉ電極とＡｌ／Ｔｉ電極との間に電圧を印加したところ、ＬＥＤ素子２２０からは青色光の発光が確認された。
【０１７０】
そして、係る青色光を蛍光体２１０に入射させたところ、緑色光と赤色光との発光が確認された。また、蛍光体２１０とＬＥＤ素子２２０とを所定の配置関係に配置したうえで、Ａｕ／Ｎｉ電極とＡｌ／Ｔｉ電極との間に電圧を印加することで、白色光の発光が確認された。
【０１７１】
（実施例４）
本実施例においては、図４に示す発光装置３０１を作製した。まず、蛍光体構造３１０については、ＭＯＣＶＤ装置およびＭＢＥ装置を用いて、実施例３の蛍光体２１０と同様に作製した。
【０１７２】
引き続き、ＭＢＥ装置において、蛍光体構造３１０の上に、ダイオード構造３２０の作製を行った。なお、本実施例において、ＭＢＥ装置には、蛍光体構造３１０の作製に必要な固体源に加えて、ダイオード構造３２０を作製するに必要な固体源として、ドーパント源としてＩｎ、Ｓｉ、Ｍｇの固体源を用意した。
【０１７３】
ダイオード構造３２０の形成は、まず、６００℃で、蛍光層３１３の上にｎ型導電層３２１として、ＳｉをドープしたＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層を２μｍの厚さに形成した。ついで、６００℃で、クラッド層３２２として、ＳｉをドープしたＡｌ０．４Ｇａ０．６Ｎ層を２０ｎｍの厚さに形成した。
【０１７４】
次いで、発光層３２３の第１組成層３２３１を構成すべく、６００℃で、ＳｉをドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．７８Ｉｎ０．０２Ｎ層を２．５ｎｍの厚さに形成した。さらに、第２組成層３２３２としてＳｉをドープしたＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ層を２．５ｎｍの厚さに形成した。係る第１組成層３２３１と第２組成層３２３２の形成をそれぞれが５層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。
【０１７５】
続けて、６００℃で、ｐ型導電層３２４として、ＭｇをドープしたＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層を０．１μｍの厚さに形成した。
【０１７６】
その後、発光層３２２、クラッド層３２３、およびｐ型導電層３２４を所定のエッチング工程によって部分的にエッチング除去することによって、ｎ型導電層３２１の一部を露出させ、この露出部分に対してＡｌ／Ｔｉからなるｎ型電極３２６を形成した。また、ｐ型導電層３２４の上に、Ａｕ／Ｎｉからなるｐ型電極３２５を形成した。
【０１７７】
得られた発光装置３０１に対し、Ａｕ／Ｎｉ電極とＡｌ／Ｔｉ電極との間に電圧を印加したところ、白色光の発光が確認された。
【０１７８】
（実施例５）
本実施例においては、図５に示す発光装置４０１を作製した。まず、基板４１１として２インチ径の厚さ５００μｍのＣ面サファイア単結晶を用い、これを所定のＭＯＣＶＤ装置の反応菅内に設置した。ＭＯＣＶＤ装置は、反応ガスあるいはキャリアガスとして、少なくともＨ２、Ｎ２、ＴＭＡ、ＴＭＧ、およびＮＨ３が、反応管内に供給可能とされている。反応管内の圧力を１００Ｔｏｒｒに設定した後、Ｈ２を平均流速１ｍ／ｓｅｃで流しながら、基板４１１を１１００℃まで昇温した。
【０１７９】
その後、ＴＭＡとＮＨ３とを供給して、下地層４１２として厚さ１μｍのＡｌＮ層を形成した。この際、成膜速度を０．３μｍ／ｈｒとなるように、ＴＭＡ及びＮＨ３の供給量を設定した。なお、このＡｌＮ層中の転位密度をＴＥＭによって観察したところ、１×１０１０／ｃｍ２であった。また、ＧａＮの（００２）面のＸ線ロッキングカーブを測定したところ、その半値幅は６０秒であり、ＡＦＭにより求めた表面粗さ（Ｒａ）は１．５Å以下であった。すなわち、ＡｌＮからなる下地層４１２は良好な結晶品質を有することが確認された。
【０１８０】
引き続き、成長させたＡｌＮ層を保護するために、ＴＭＧとＮＨ３を平均流速１０ｍ／ｓｅｃで流して、ＧａＮ膜を厚さ１０ｎｍ成長させた。
【０１８１】
成長終了後、膜形成された基板を取り出し、これを所定のＭＢＥ装置の中に設置した。ＭＢＥ装置は、固体源として、７ＮのＧａ、７ＮのＩｎ、６ＮのＡｌを用いた。また、窒素源として、所定の高周波プラズマ装置により発生した原子状窒素を用いた。蛍光層を形成するために添加すべく、３ＮのＴｍ、Ｔｂ、およびＥｕの固体源をそれぞれ設けた。さらに、ドーパント源として、Ｓｉ、Ｍｇの固体源を設けた。
【０１８２】
まず、基板を９００℃まで加熱した後、Ｈ2を流すことにより保護層となっていたＧａＮ膜を除去した。
【０１８３】
続けて、ＡｌＮの下地層４１２の上に、青色蛍光層４１３Ｂの添加層４１３１を構成すべく、６００℃で、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎを３ｎｍの厚さに形成した。その際には、Ｔｍを同時にドープさせた。さらに、非添加層４１３２として、ＡｌＮを３ｎｍの厚さに形成した。係る添加層４１３１と非添加層４１３２の形成を、それぞれが４０層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。
【０１８４】
同様に、緑色蛍光層４１３Ｇの添加層４１３３を構成すべく、６００℃で、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎを３ｎｍの厚さに形成した。その際には、Ｔｂを同時にドープさせた。さらに、非添加層４１３４として、ＡｌＮを３ｎｍの厚さに形成した。係る添加層４１３３と非添加層４１３４の形成を、それぞれが３０層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。
【０１８５】
同様に、赤色蛍光層４１３Ｒの添加層４１３５を構成すべく、６００℃で、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎを３ｎｍの厚さに形成した。その際には、Ｅｕを同時にドープさせた。さらに、非添加層４１３５として、ＡｌＮを３ｎｍの厚さに形成した。係る添加層４１３５と非添加層４１３６の形成を、それぞれが２０層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。
【０１８６】
さらに、６００℃で、ｎ型導電層４２１として、ＳｉをドープしたＡｌ０．５Ｇａ０．５層を２μｍの厚さに形成した。引き続き、６００℃で、クラッド層４２２として、ＳｉをドープしたＡｌ０．４８Ｇａ０．５２Ｎ層を２０ｎｍの厚さに形成した。
【０１８７】
次いで、発光層４２３の第１組成層４２３１を構成すべく、６００℃で、ＳｉをドープしたＡｌ０．４Ｇａ０．５８Ｉｎ０．０２Ｎ層を２．５ｎｍの厚さに形成した。さらに、６００℃で、第２組成層４２３２としてＳｉをドープしたＡｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎ層を２．５ｎｍの厚さに形成した。係る第１組成層４２３１と第２組成層４２３２の形成をそれぞれが１０層ずつとなるよう、繰り返し交互に行った。なお係る組成を有する発光層４２３は、実施例４で例示する組成の発光層３２３よりも短波長の紫外光を発光するものである。
【０１８８】
続けて、ｐ型導電層４２４を構成すべく、６００℃で、添加層４２４１としてＭｇをドープしたＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ層を２．５ｎｍの厚さに形成し、引き続き非添加層４２４２として、６００℃で、Ａｌ０．４８Ｇａ０．５２Ｎ層を２．５ｎｍの厚さに形成した。係る添加層４２４１と非添加層４２４２との形成を、それぞれが１００層ずつとなるよう、繰り返し行った。
【０１８９】
その後、クラッド層４２２、発光層４２３、およびｐ型導電層４２４を所定のエッチング工程によって部分的にエッチング除去することによって、ｎ型導電層２２１の一部を露出させ、この露出部分に対してＡｌ／Ｔｉからなるｎ型電極４２６を形成した。また、ｐ型導電層２２４上に、Ａｕ／Ｎｉからなるｐ型電極４２５を形成した。
【０１９０】
得られた発光装置４０１に対し、Ａｕ／Ｎｉ電極とＡｌ／Ｔｉ電極との間に電圧を印加したところ、白色光の発光が確認された。
【０１９１】
（実施例６）
本実施例においては、図６に示す発光装置１００１を作製した。まず、蛍光体構造１０１０については、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、実施例１の蛍光体１０と同様に、ＡｌＮからなるバッファ層１０１４と、ＧａＮからなる下地層１０１２を作製した。引き続き、成長させたＧａＮ層を保護するために、ＴＭＧとＮＨ３を平均流速１０ｍ／ｓｅｃで流して、ＧａＮ膜を厚さ１０ｎｍ成長させた。
【０１９２】
成長終了後、膜形成された基板を取り出し、これを所定のＭＢＥ装置の中に設置した。ＭＢＥ装置は、固体源として、７ＮのＧａ、７ＮのＩｎ、６ＮのＡｌを用いた。また、窒素源として、所定の高周波プラズマ装置により発生した原子状窒素を用いた。蛍光層を形成するために添加すべく、３ＮのＴｂおよびＥｕの固体源をそれぞれ設けた。
【０１９３】
まず、基板を９００℃まで加熱した後、Ｈ2を流すことにより保護層となっていたＧａＮ膜を除去した。
【０１９４】
続けて、ＧａＮの下地層１０１２の上に、蛍光層１０１３を構成すべく、６００℃で、Ｇａ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎを２ｎｍの厚さに形成した。その際には、ＴｂとＥｕとを同時にドープさせた。
【０１９５】
引き続き、ＭＢＥ装置において、蛍光体構造１０１０の上に、実施例２のダイオード構造１２０の作製と同様に、ダイオード構造１０２０の作製を行った。
【０１９６】
得られた発光装置１００１に対し、Ａｕ／Ｎｉ電極とＡｌ／Ｔｉ電極との間に電圧を印加したところ、白色光の発光が確認された。
【０１９７】
＜変形例＞
Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂを少なくとも１種含む窒化物、つまりはＡｌｘＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）を蛍光体として利用するのであれば、上述のように単結晶基板にエピタキシャル成長させる態様のみならず、該窒化物そのものを単結晶、エピタキャル膜、多結晶あるいは粉体等の様々な形態で利用することはもちろん可能である。これらに希土類あるいは遷移金属元素を添加して用いる態様も同様に可能である。
【０１９８】
希土類あるいは遷移金属元素としては、上述のように、赤色発光にＥｕ、青色発光にＴｍ、緑色発光ＴｂあるいはＨｏ等を用いることが可能であり、さらに赤外発光にはＥｒを用いることが可能であるが、必ずしもこれらの元素に限られるわけではない。
【０１９９】
また、上記の実施の形態では、主として、希土類あるいは遷移金属元素が添加された添加層と添加されていない非添加層とが交互に配置される態様が実現されていたが、これに代わり、異なる希土類あるいは遷移金属元素が添加された層が交互に配置される態様であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０２００】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光装置１を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る発光装置１０１を模式的に示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る発光装置２０１を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る発光装置３０１を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る発光装置４０１を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態に係る発光装置１００１を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０２０１】
１、１０１、２０１、３０１、４０１、１００１  発光装置
１０、２１０  蛍光体
１１０、３１０、４１０、１０１０  蛍光体構造
１１、１１１、２１１，３１１、４１１、１０１１  （蛍光体（構造）の）の基板
１２、１１２、２１２、３１２、４１２。１０１２  （蛍光体（構造）の）下地層
１３、１１３、２１３、３１３、４１３、１０１３  蛍光層
１３Ｇ、１１３Ｇ、２１３Ｇ、３１３Ｇ、４１３Ｇ  緑色蛍光層
１３Ｒ、１１３Ｒ、２１３Ｒ、３１３Ｒ、４１３Ｒ  赤色蛍光層
１４，１１４、１０１４  低温バッファ層
２０、２２９  ＬＥＤ素子
１２０、３２０、４２０、１０２０  ダイオード構造
２１、１２１、２２１、３２１、４２１、１０２１  ｎ型導電層
２２、１２２、２２３、３２３、４２３、１０２２  発光層
２３、１２３、２２２、３２２、４２２、１０２２  クラッド層
２４、１２４、２２４、３２４、４２４、１０２４  ｐ型導電層
２５、１２５、２２５、３２５、４２５、１０２５  ｐ型電極
２６、１２６、２２６、３２６、４２６、１０２６  ｎ型電極
２１３ｂ、３１３ｂ、４１３ｂ  青色蛍光層
２７、２２７  （ＬＥＤ素子の）基板
Ｃ１〜Ｃ３  キャップ層
Ｉ１〜Ｉ３  島状結晶
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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