(57)【要約】蛍光体素子１は、金属酸化物からなる支持基板２、支持基板２上に設けられた応力緩和層１０、応力緩和層１０上に設けられた、金属酸化物からなるクラッド層３、およびクラッド層３上に設けられ、蛍光体ガラスまたは蛍光体単結晶からなり、厚さ８０μｍ以下の蛍光体層４を備えている。【選択図】          図１
2017183606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板、
前記支持基板上に設けられた応力緩和層、
前記応力緩和層上に設けられた、金属酸化物からなるクラッド層、および
前記クラッド層上に設けられ、蛍光体ガラスまたは蛍光体単結晶からなり、厚さ８０μｍ以下の蛍光体層を備えていることを特徴とする、蛍光体素子。
【請求項２】
前記応力緩和層がアモルファス状の金属酸化物であるか、または多孔質の金属酸化物であることを特徴とする、請求項１記載の素子。
【請求項３】
前記支持基板を構成する金属酸化物と前記クラッド層を構成する前記金属酸化物とが同種の金属元素を含むことを特徴とする、請求項１または２記載の素子。
【請求項４】
前記クラッド層を構成する前記金属酸化物と前記応力緩和層を構成する前記金属酸化物とが同種の金属元素を含むことを特徴とする、請求項２または３記載の素子。
【請求項５】
前記クラッド層の厚みが、λ１/ｎｐ以上、１μｍ以下（λ１は励起光の波長であり、ｎｐは前記蛍光体層の屈折率である）であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の素子。
【請求項６】
前記応力緩和層の厚みが０．１ｎｍ以上、１μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の素子。
【請求項７】
前記蛍光体層に、凹凸構造からなる回折格子が形成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つの請求項に記載の素子。
【請求項８】
前記蛍光体層に入射する励起光の伝搬方向を前記回折格子によって変更して前記蛍光体層から放射させることを特徴とする、請求項７記載の素子。
【請求項９】
レーザ光を発振する光源および蛍光体素子を備える照明装置であって、
前記蛍光体素子が、請求項１〜８のいずれか一つの請求項に記載の蛍光体素子であり、前記光導波路から白色光が放射することを特徴とする、照明装置。
【請求項１０】
前記蛍光体層に、凹凸構造からなる回折格子が形成されており、前記回折格子と前記光源とが外部共振器を構成していることを特徴とする、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記蛍光体層に、凹凸構造からなる回折格子が形成されており、前記蛍光体層に入射する励起光の伝搬方向を前記回折格子によって変更し、前記蛍光体層から前記白色光を放射させることを特徴とする、請求項９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体素子および白色光を発光する照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、レーザ光源を用いた自動車用ヘッドライトの研究が盛んに行われており、その内の一つに、青色レーザあるいは紫外レーザと蛍光体を組み合わせた白色光源がある。レーザ光を集光することにより、励起光の光密度を高めることができる上に、複数のレーザ光を蛍光体上に重ねて集光することで、励起光の光強度も高めることができる。これによって、発光面積を変えずに光束と輝度とを同時に大きくすることができる。このため、半導体レーザと蛍光体とを組み合わせた白色光源が、ＬＥＤに替わる光源として注目されている。例えば、自動車用ヘッドライトに使用する蛍光体ガラスは、日本電気硝子株式会社の蛍光体ガラス「ルミファス」や国立研究開発法人物質・材料研究機構と株式会社タムラ製作所、株式会社光波のＹＡＧ単結晶蛍光体が考えられている。【０００３】
例えば自動車用ヘッドライトでは、図１５に模式的に示すような構成が考えられる。すなわち、複数の青色半導体レーザ光源３１からレーザ光を発光させ、集光光学系３２によって蛍光体ガラス板３３に集光する。これによって、蛍光体ガラス板３３から白色光が矢印Ｄのように発光する。この白色光Ｄをパラボラリフレクタ３４によって投光し、フィルタ３５を通して外部に白色光を投射する。フィルタ３５は、青色レーザ光の外部への投射を防止するものである。【０００４】
また、非特許文献１には、蛍光体ガラスからなる光ファイバーにレーザ光を照射し、白色光を発生させることが提案されている。
レーザ光源とグレーティング素子を使用した照明装置として、特許文献１では、レーザ光源の出力側にグレーティング素子からなる反射体を配置している構造が開示されている。この装置では、蛍光体は装置の外側に配置されており、集光させるためのレンズ等の光部品が必要になることから、小型化という観点で問題となる。【０００５】
特許文献２によると、ＹＡＧを単結晶化することにより、温度が上昇しても変換効率が劣化せず高効率の蛍光特性を示し、ハイパワー分野での応用が可能となった。この材料は、４５０ｎｍ青色励起光によって補色である黄色光を発することによって白色光を得ることができ、プロジェクターやヘッドライトへ適用するための開発が進められている。【０００６】
照明用蛍光体については、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：ＹＡＧ）にＣｅをドープしたＣｅ :ＹＡＧ単結晶蛍光体も開発されている。従来、Ｃｅ :ＹＡＧ蛍光体は、焼結合成したり、ガラスに分散させるなどして実現されてきたが、励起光のパワー密度が上がると放熱が困難になり、効率が低下するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許５２３１９９０
【特許文献２】特許第５６２０５６２号
【特許文献３】特開２０１５−１７９６５７
【特許文献４】特開２０１６−０３３６６４
【特許文献５】WO2016/167071 A1
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「Materials Integration」  Vol.17, No3, 2004，５１〜５６頁  「蛍光ガラスの開発」  沢登成人
【非特許文献２】古河電工時報  平成12年1月  第105号  p24-29
【非特許文献３】「次世代車載ヘッドランプ用光源デバイス」  ‘’Panasonic Technical Journal‘’ Vol. 61, No.1, May 2015, 41 to 46頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献３、４では、基板上に蛍光体層を設け、蛍光体層に回折格子を形成した素子が開示されている。【００１０】
また、本出願人は、特許文献５を出願し、図６において、支持基板上に接着層、クラッド層を介して光学材料層（蛍光体層）が形成されており、さらに光学材料層（蛍光体層）上に上側バッファ層が形成されているグレーティング素子を開示した。【００１１】
しかし、こうしたグレーティング素子には、未だ問題が残っていることが判明してきた。すなわち、本グレーティング素子構造では、蛍光体層に励起光を入射させ、蛍光の発振を続けると、発振される蛍光の強度が低下する傾向が見られた。【００１２】
本発明の課題は、支持基板、クラッド層および蛍光体層を備えており、蛍光体層に励起光を入射させて蛍光を発振させるのに際して、蛍光強度の低下を抑制できるような構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明にかかる蛍光体素子は、
支持基板、
前記支持基板上に設けられた応力緩和層、
前記応力緩和層上に設けられた、金属酸化物からなるクラッド層、および
前記クラッド層上に設けられ、蛍光体ガラスまたは蛍光体単結晶からなり、厚さ８０μｍ以下の蛍光体層を備えていることを特徴とする。【００１４】
また、本発明は、レーザ光を発振する光源および蛍光体素子を備える照明装置であって、
前記蛍光体素子が、前記蛍光体素子であり、前記光導波路から白色光が放射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明者は、支持基板、クラッド層および蛍光体層を備えており、蛍光体層に励起光を入射させて蛍光を発振させるのに際して、蛍光強度の低下が観測される原因について検討し、以下の知見を得た。【００１６】
すなわち、蛍光体素子は、蛍光体層以外に、クラッド層、接着層、支持基板という、３種類の異なる熱膨張係数、弾性率の層から構成されている。ここで、励起光を蛍光体層に入射させて蛍光に変換するとき、蛍光体層に発熱が生ずる。しかし、通常は蛍光体層からの発熱による蛍光強度への影響は生じず、このため蛍光体層の発熱と蛍光強度との関係は認識されてこなかった。【００１７】
しかし、本発明者は、蛍光体層からの蛍光の発光効率を高くするために、蛍光体層の厚さを８０μｍ以下と小さくし、蛍光体層を薄くしてみた。すると、蛍光体層からの蛍光の発振を継続したときに、蛍光強度の低下が見られるようになった。こうした問題は、蛍光体層の厚さを小さくしたときに特有の問題と考えられる。そこで、この理由を探索したところ、蛍光体層と、その下のクラッド層、支持基板との間でそれぞれ熱膨張が異なることにより、蛍光体層に応力がかかり、蛍光への変換効率を低下させているものと考えられた。この理由も明らかではないが、加工や接合により蛍光体の表面にダメージが入り、これが変換効率を低下させているものと思われる。ただし、蛍光体層が通常の厚さの場合にはこうした問題は顕在化しないが、蛍光体層の厚さを８０μｍ以下と小さくすることで、蛍光への変換効率の低下が生ずるようになったものと思われる。【００１８】
そこで、本発明者は、支持基板とクラッド層との間に、熱膨張差による応力を緩和するための応力緩和層を設けてみた。応力緩和層は、例えば金属酸化物のアモルファス層や多孔質層を形成することによって得ることができる。この結果として、蛍光体からの蛍光の発振を継続しても、蛍光強度の低下を生じないことを見いだし、本発明に到達した。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の実施形態に係る蛍光体素子１、１Ａを模式的に示す図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の実施形態に係る蛍光体素子１Ｂ、１Ｃを模式的に示す図である。
【図３】本発明の蛍光体素子１Ａを模式的に示す斜視図である。
【図４】蛍光体素子１Ａと光源１１とからなる照明装置を示す側面図である。
【図５】蛍光体素子１Ｄと光源１１Ａとからなる照明装置を示す側面図である。
【図６】リッジ型光導波路を利用した蛍光体素子２１を模式的に示す斜視図である。
【図７】リッジ型光導波路を利用した蛍光体素子２１を模式的に示す断面図である。
【図８】リッジ型光導波路を利用した蛍光体素子２１Ａを模式的に示す断面図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、各蛍光体素子を模式的に示す横断面図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、各蛍光体素子を模式的に示す横断面図である。
【図１１】他の実施形態に係る照明装置を示す。
【図１２】更に他の実施形態に係る照明装置を示す。
【図１３】本発明の他の実施形態に係る照明装置を示し、回折格子によって光導波路の外側へと白色光を放射する例である。
【図１４】回折格子における入射光と放射光との関係を示す模式図である。
【図１５】自動車用ヘッドランプ用途に蛍光体ガラスを利用した参考例を示す模式図である。
【図１６】チャネル型光導波路の好適な平面的パターンを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１(ａ)に示すように、蛍光体素子１には、支持基板２、支持基板２上に設けられたクラッド層３、クラッド層３上に設けられた蛍光体層4を備えている。支持基板２とクラッド層３との間に応力緩和層１０が介在している。蛍光体層４は薄板状であり、励起光が入射する入射面４ａと白色光を出射する出射面４ｂを有する。４ｆは蛍光体層の上面であり、４ｇは底面である。蛍光体層の厚さは８０μｍ以下であり、これによってスラブ型光導波路として機能する。
【００２１】
図１（ａ）の素子１では、蛍光体層に回折格子が設けられていない。一方、図１（ｂ）および図３に示す素子１Ａにおいては、蛍光体層４の上面４ｆに、凹凸からなる回折格子５が形成されており、回折格子部４ｄを構成している。入射面４ａと回折格子部４ｄとの間に、回折格子のない入射側伝搬部４ｃが設けられており、出射面４ｂと回折格子部４ｄとの間に、回折格子のない出射側伝搬部４ｅが設けられている。
【００２２】
図２（ａ）の素子１Ｂにおいては、蛍光体層４の底面４ｇに、凹凸からなる回折格子５Ａが形成されており、回折格子部４ｄを構成している。入射面４ａと回折格子部４ｄとの間に、回折格子のない入射側伝搬部４ｃが設けられており、出射面４ｂと回折格子部４ｄとの間に、回折格子のない出射側伝搬部４ｅが設けられている。
【００２３】
図２（ｂ）の素子１Ｃにおいては、蛍光体層４の上面４ｆに、凹凸からなる回折格子５が形成されており、また蛍光体層４の底面４ｇに回折格子５Ａが形成されており、回折格子部４ｄを構成している。入射面４ａと回折格子部４ｄとの間に、回折格子のない入射側伝搬部４ｃが設けられており、出射面４ｂと回折格子部４ｄとの間に、回折格子のない出射側伝搬部４ｅが設けられている。
【００２４】
図４に示すように、蛍光体素子１Ａに対向して光源１１を設置する。光源１１は、基板１２と活性層１３とを有しており、活性層１３が、スラブ型光導波路として機能する蛍光体層４の入射面４ａに対向している。図３に示すように、活性層１３から出射したレーザ光は、矢印Ａのように蛍光体層４に入射し、蛍光体層４を伝搬する。このとき回折格子によって回折を受け、矢印Ｃのように反射し、レーザ光の波長が安定する。また、蛍光体層４の出射面４ｂから矢印Ｂのように白色光が出射する。
【００２５】
図５の蛍光体素子１Ｄには、支持基板９、支持基板９上に設けられたクラッド層３、クラッド層３と支持基板９との間に設けられた応力緩和層１０、クラッド層３上に設けられた蛍光体層４および蛍光体層４の上面にある上側クラッド層６を備えている。１１Ａは光源である。
【００２６】
図６〜図８は、リッジ型光導波路を用いた蛍光体素子を示す例である。
図６、図７の蛍光体素子２１には、支持基板２、支持基板２上に設けられたクラッド層３、クラッド層３上に設けられた蛍光体層２４、および蛍光体層２４の上面２４ａにある上側クラッド層６を備えている（図６では上側クラッド層６は図示省略している）。そして、支持基板２とクラッド層３との間には応力緩和層１０が設けられている。
【００２７】
蛍光体層２４の例えば上面２４ａにリッジ溝２６が形成されており、リッジ型光導波路２５が形成されている。リッジ溝２６は、底面２４ｂ側に形成することもできる。光導波路２５は、入射面２５ａ、出射面２５ｂ、回折格子５Ａが形成された回折格子部２５ｄ、回折格子部２５ｄと入射面２５ａとの間の入射側伝搬部２５ｃおよび回折格子部２５ｄと出射面２５ｂとの間の出射側伝搬部２５ｅを備えている。
【００２８】
図８に示す蛍光体素子２１Ａは、図７の蛍光体素子２１と同様のものであるが、蛍光体層２４の底面２４ｂ側にリッジ溝２６が形成されており、これによってリッジ型光導波路２５が形成されている。
【００２９】
他の好適な実施形態においては、光導波路が、光学材料からなるコアからなり、コアの周りをクラッドが包囲している。このコアの横断面（光の伝搬方向と垂直な方向の断面）形状は凸図形となるようにする。
【００３０】
凸図形とは、コアの横断面の外側輪郭線の任意の二点を結ぶ線分が、コアの横断面の外側輪郭線の内側に位置することを意味する。凸図形は、一般的な幾何学用語である。このような図形としては、三角形、四角形、六角形、八角形などの多角形、円形、楕円形などを例示できる。四角形としては、特に、上辺と下辺と一対の側面を有する四角形が好ましく、台形が特に好ましい。
【００３１】
たとえば図９（ａ）に示すように、支持基板３６上に下側クラッド層４３を介して、蛍光体よりなるリッジ型（チャネル型）光導波路４１が形成されている。光導波路４１の横断面形状は台形であり、上面４１ａが下面４１ｂよりも狭い。クラッド層４３と支持基板３６との間には応力緩和層１０が設けられている。
【００３２】
図９（ｂ）に示す素子では、支持基板３６上にクラッド層４２が設けられており、クラッド層４２内に、蛍光体よりなる光導波路４１が埋設されている。クラッド層４２は、光導波路の上面を被覆する上面被覆部４２ｂ、光導波路の側面を被覆する側面被覆部４２ｃおよび光導波路と支持基板との間に位置する底面被覆部４２ａを有する。クラッド層４２と支持基板３６との間に応力緩和層１０が設けられている。
【００３３】
図９（ｃ）に示す素子では、支持基板３６上にクラッド層４２が設けられており、クラッド層４２内に、蛍光体よりなる光導波路４１Ａが埋設されている。クラッド層４２は、光導波路の上面を被覆する上面被覆部４２ｂ、光導波路の側面を被覆する側面被覆部４２ｃおよび光導波路と支持基板との間にある底面被覆部４２ａを有する。クラッド層４２と支持基板３６との間に応力緩和層１０が設けられている。
【００３４】
また、図１０（ａ）に示す素子では、支持基板３６上に下側クラッド層４３を介して、蛍光体よりなる光導波路４１が形成されている。光導波路４１の側面および上面４１ａには、上側クラッド層４０が形成され、光導波路４１を被覆している。上側クラッド層４０は、光導波路４１の側面を被覆する側面被覆部４０ｂおよび上面を被覆する上面被覆部４０ａを有する。クラッド層４３と支持基板３６との間に応力緩和層１０が設けられている。
【００３５】
また、図１０（ｂ）に示す素子では、蛍光体よりなる光導波路４１Ａが形成されている。光導波路４１Ａの横断面形状は台形であり、下面４１ｂが上面４１ａよりも狭い。上側クラッド層４０は、光導波路４１Ａの側面を被覆する側面被覆部４０ｂおよび上面を被覆する上面被覆部４０ａを有する。クラッド層４３と支持基板３６との間に応力緩和層１０が設けられている。
【００３６】
図１１に示す発光装置は、光源モジュール５５と蛍光体素子１Ｅとを備えている。光源モジュール５５において、支持基板５１上に一つまたは複数の光源１１が実装されている。図１１では光源１１を一つ図示してあるが、光源の個数は限定されない。光源１１は、基板１２とその上の活性層１３とを備えている。活性層１３は、ワイヤー４９を通してパッド５０に接続されている。
【００３７】
蛍光体素子１Ｅは、支持基板２、支持基板２上に設けられた下側クラッド層３、下側クラッド層３上に設けられた蛍光体層５４を備えている。蛍光体層５４は、スラブ型光導波路として機能するものであり、この蛍光体層の入射面５４ａは、光源１１の出射面に対向している。下側クラッド層３と支持基板２との間に応力緩和層１０が設けられている。
【００３８】
本例では、蛍光体からなるスラブ型光導波路５４の上面５４ｆに、凹凸からなる回折格子５が形成されている。しかし、回折格子をスラブ型光導波路５４の下面５４ｇに設けることもできる。また、光導波路５４は、回折格子５が設けられた回折格子部５４ｄ、回折格子部５４ｄと入射面５４ａとの間に設けられた、回折格子のない入射側伝搬部５４ｃ、および回折格子部５４ｄと出射側端面５４ｂとの間に設けられた、回折格子のない伝搬部５４ｅを備えている。
【００３９】
本例では、光源１１の活性層１３から出射した光は、蛍光体からなるスラブ型光導波路５４の入射面５４ａに入射し、光導波路を矢印Ｄのように伝搬する。そして、蛍光体を通過した光は、出射側端面５４ｂから矢印Ｂのように白色光として出射する。
【００４０】
図１２に示す発光装置および蛍光体素子１Ｆは、図１１のものと類似のものである。しかし、図１２の例では、蛍光体からなる光導波路層５４中に一対のリッジ溝２６が形成されており、一対のリッジ溝２６の間にリッジ型光導波路２５が設けられている。光導波路２５は、入射面２５ａ、出射面２５ｂ、回折格子５Ａが形成された回折格子部２５ｄ、回折格子部２５ｄと入射面２５ａとの間の入射側伝搬部２５ｃおよび回折格子部２５ｄと出射面２５ｂとの間の出射側伝搬部２５ｅを備えている。
【００４１】
本例では、光源１１の活性層１３から出射した光は、蛍光体からなるリッジ型光導波路２５の入射面２５ａに入射し、光導波路を伝搬する。そして、蛍光体を通過した光は、出射側端面２５ｂから矢印Ｂのように白色光として出射する。
【００４２】
好適な実施形態においては、蛍光体層に入射する入射光の伝搬方向を回折格子によって変更して光導波路から放射させることができる。
【００４３】
図１３は、この実施形態に係るものである。
図１３に示す発光装置は、光源モジュール５５と蛍光体素子１Ｇとを備えている。光源モジュール５５は、支持基板５１上に一つの光源１１が実装されている。光源１１は、基板１２とその上の活性層１３とを備えている。活性層１３は、ワイヤー４９を通してパッド５０に接続されている。
【００４４】
蛍光体素子１Ｇは、支持基板２、支持基板２上に設けられた下側クラッド層３、下側クラッド層３上に設けられた蛍光体層４４を備えている。クラッド層３と支持基板２との間に応力緩和層１０が設けられている。蛍光体層４４は、スラブ型光導波路として機能するものであり、この蛍光体層の入射面４４ａは、光源１１の出射面に対向している。
【００４５】
本例では、スラブ型光導波路として機能する蛍光体層４４の上面４４ｆに、凹凸からなる回折格子５Ａが形成されている。しかし、回折格子を蛍光体層４４の下面４４ｇに設けることもできる。また、蛍光体層４４は、回折格子５Ａが設けられた回折格子部４４ｄ、回折格子部４４ｄと入射面４４ａとの間に設けられた、回折格子のない入射側伝搬部４４ｃ、および回折格子部４４ｄと端面４４ｂとの間に設けられた、回折格子のない伝搬部４４ｅを備えている。
【００４６】
本例では、光源１１の活性層１３から出射した光は、蛍光体層５４の入射面４４ａに入射し、蛍光体層を矢印Ｄのように伝搬する。このとき回折格子５によって回折を受け、矢印Ｅのように、蛍光体層４４の上面から外側へと向かって放射される。これとともに、蛍光体層４４を伝搬する光は波長変換を受け、白色光となるので、白色光Ｅが外部へと放射されることになる。
【００４７】
本例では、回折格子によって、光導波路を伝搬する光の進行方向を変更し、光導波路から外部へと放射する。このグレーティングカプラの原理について説明する。
【００４８】
図１４に示すように、蛍光体層に入射した入射光は、矢印Ｄのように例えばｚ方向に伝搬定数βｏで伝搬する。回折格子において、周期構造のピッチをΛとした場合、下式（１）の位相条件を満足する伝搬定数の光が伝搬する。
βｑ＝βｏ＋ｑＫ  （ｑ＝０、±１、±２、・・・）・・・・・・（１）
ここで、βｏは回折格子がない場合の導波路中の導波モードの伝搬定数である。Ｋ＝２π／Λである。
【００４９】
｜βｑ｜＜ｎａ・ｋ、または
｜βｑ｜＜ｎｓ・ｋ
を満たす次数ｑがある場合、導波路の上側と支持基板側との両方に放射する。
ここで、ｎａ、ｎｓはそれぞれ光導波路コアの上側クラッド、下側クラッドの屈折率を示す。またｋは波数を示す。
【００５０】
このときの放射角θａ、θｓは、下式（２）で決められる。
ｎａ・ｋ・ｓｉｎθａ＝ｎｓ・ｋ・ｓｉｎθｓ＝βｑ  ・・・・（２）
【００５１】
光導波路コア内における伝搬方向Ｄと、放射光の方向とのなす角度（９０−θａ）、（９０−θｓ）は特に制限されないが、通常は３０〜９０°が好ましく、４５〜９０°が更に好ましい。
上記から放射角は波長により異なることがわかり、特に、蛍光体に回折格子を形成する場合には、励起光と蛍光のそれぞれについて放射角の条件を満足する必要がある。
【００５２】
本発明においては、蛍光体層の厚さを８０μｍ以下とする。これによって蛍光体層中での光の閉じ込めを強くし、蛍光強度を高くすることができる。この観点からは、蛍光体層の厚さを５０μｍ以下とすることが好ましく、１０μｍ以下とすることが更に好ましい。また、蛍光体層を伝搬する光強度を高くするには、蛍光体層の厚さを０．２５μｍ以上とすることが好ましく、０．５μｍ以上とすることが更に好ましい。
蛍光体層の厚さとは、支持基板の表面に垂直な方向に見た蛍光体層の寸法であり、図４〜図１３に示すＴにあたる。
【００５３】
応力緩和層は、支持基板とクラッド層および蛍光体層との間の熱膨張差により薄い蛍光体層に加わる応力を緩和する層である。
【００５４】
好適な実施形態においては、応力緩和層がアモルファス状の金属酸化物であるか、または多孔質（ポーラス）構造の金属酸化物である。
【００５５】
多孔質（ポーラス）構造の金属酸化物からなる応力緩和層は、中空ビーズ（例えばシリカビーズ）をガラスや樹脂に分散させて硬化させることにより、形成することが可能である。
【００５６】
中空ビーズとして、日鉄鉱業製シリナッククス（中空ナノシリカ）などが開発されている。これらは、中空のバルーン構造を有するシリカ微粒子であり、粒子径は最大１００ｎｍまで可能である。この中空シリカビーズを東亜合成製アロンセラミックなどのシリカベース、あるいはアルミナベースの接着剤に分散させたものを使用して、支持基板とクラッド層とを接着することによって、応力緩和層を形成することが可能である。
【００５７】
ポーラス構造は、多孔質構造のことであり、細孔が非常に多数ある構造のことをいう。このような構造では、熱膨張による伸び縮みを吸収することができ、応力緩和層として機能する。
【００５８】
ポーラス構造の金属酸化物として、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化タンタル、酸化ケイ素、酸化ニオブ、酸化チタン、あるいは、これらの混晶材料であることが好ましい。
【００５９】
また、ポーラス構造の金属酸化物の細孔径のサイズは、１ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ以上が一層好ましい。また、入射する光の波長程度になると散乱して損失になることから、ポーラス構造の金属酸化物の細孔径のサイズは、励起光の波長λ１に対して半分以下であることが好ましい。例えば、λ１が４５０ｎｍの場合、細孔径の最大サイズは２２５ｎｍとなる。
【００６０】
ポーラス構造の金属酸化物の気孔率については、５％以上が好ましく、１０％以上が一層好ましい。気孔率が大きくなると、密着強度が弱くなることから６０％以下にすることが好ましい。
なお、ポーラス構造の金属酸化物の細孔径は水銀ポロシメーターによって測定することがＪＩＳ１６５５で規格化されているが、ＳＥＭによる微視的な観察によって細孔径を測定することもできる。また、気孔率はアルキメデス法によって測定することができ、ＪＩＳ１６３４で規格化されている。
【００６１】
一方、アモルファス構造の金属酸化物からなる応力緩和層は、直接接合により形成することができる。
直接接合は、一般的に金属／共有結合と拡散結合に分別されるが、高真空中での表面活性化処理を行う金属／共有結合を対象とする。さらに、本願では、接合界面にクラッド層の構成原子と支持基板の構成原子と異なる原子の混入を抑制するという観点から、表面活性化接合が好ましい。
【００６２】
表面活性化接合について述べる。高平坦な基板にアルゴンイオンを照射することにより表面の不純物原子を除去し、ダングリングボンドを残す。この状態は非常に活性化した表面状態であり、接合する相手と常温にて結合し、異種材料を接合することができる。
【００６３】
これに対して、原子間拡散接合法は、Ｔｉなどの金属層を例えば支持基板に成膜した後に接合するものである。表面活性化接合と同じように、常温から４００℃以下の低温で接合が可能であるが、結晶化した金属酸化物が残留し、アモルファス層は生じない。このため、接合面の熱膨張によってさらに熱応力を引き起してしまう問題がある。
【００６４】
接合界面は、結晶性がないアモルファス状態にすることが可能であり、結晶の異方性を消失させ、接合する双方の基板の平均的な物性を示すので、蛍光体素子を構成する材料の熱膨張差による熱応力を低減できるだけでなく、この結晶欠陥や応力の進展を防止する緩和層として機能する。
【００６５】
本実施形態では、アルゴンイオンの照射方法を工夫することにより、界面に真空チャンバーを形成する金属材料の混入を防ぐことができ、応力緩和層内には、クラッド層と支持基板を構成する原子以外の混入を防止でき、応力の緩和効果を高めることができる。
また、アルゴンイオンの照射時間を制御することにより、アモルファス層からなる応力緩和層の厚みを制御することが可能である。
クラッド層と支持基板にＳｉＯ２を使用する場合には、金属の混入を１０％以下に抑制すれば、応力緩和特性には問題なく、光学特性の劣化もなくすることができる。
【００６６】
アモルファス層を構成する金属酸化物として、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化タンタル、酸化ケイ素、酸化ニオブ、酸化チタン、あるいは、これらの組合せからなる材料を例示できる。アモルファス層の判断方法については、断面ＴＥＭ像（透過型電子顕微鏡によって撮影した断面像）を観察して倍率１０００万倍で分析した場合、原子配列が確認できないことで判定できる。
【００６７】
好適な実施形態においては、前記応力緩和層の厚みが０．１ｎｍ以上、１μｍ以下である。これによって、応力による蛍光変換効率の低下を効果的に抑制できる。この観点からは、応力緩和層の厚みは、０．５ｎｍ以上が更に好ましく、また、０．９μｍ以下が更に好ましい。
【００６８】
好適な実施形態においては、支持基板を構成する金属酸化物とクラッド層を構成する金属酸化物とが同種の金属元素からなる。こうした金属元素は一種類であってよく、あるいは二種類以上の金属元素の組み合わせであってよい。これによって、支持基板とクラッド層との間の熱膨張差に起因する蛍光変換効率の低下を一層抑制できる。この場合に特に好ましくは、支持基板を構成する金属酸化物の組成とクラッド層を構成する金属酸化物の組成が同じである。
【００６９】
また、好適な実施形態においては、クラッド層を構成する金属酸化物と応力緩和層を構成する金属酸化物とが同種の金属元素からなる。こうした金属元素は一種類であってよく、あるいは二種類以上の金属元素の組み合わせであってよい。これによって、応力緩和層とクラッド層との間の熱膨張差に起因する蛍光変換効率の低下を一層抑制できる。この場合に特に好ましくは、応力緩和層を構成する金属酸化物の組成とクラッド層を構成する金属酸化物の組成が同じである。
【００７０】
具体的には、クラッド層および応力緩和層の材質をＳｉＯ２とした場合には、支持基板の材質として石英、石英ガラス、水晶を例示できる。また，クラッド層、応力緩和層および支持基板の材質をアルミナとすることができる。
【００７１】
好適な実施形態においては、クラッド層の厚みが、λ１/ｎｐ以上、１μｍ以下（λ１は励起光の波長であり、ｎｐは前記蛍光体層の屈折率である）。これによって蛍光体層を伝搬する光の漏れを抑制できると共に、蛍光強度への影響も抑制できる。
【００７２】
支持基板の材質は、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材質が好ましく、具体的にはアルミナ、窒化アルミニウム、ＳｉＣ、Ｓｉが好ましい。
【００７３】
あるいは、後述するように支持基板側から励起光を照射する場合には、支持基板の材質は、励起光の透過性が高いことが好ましく、具体的には酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、石英、ガラスが好ましい。
【００７４】
クラッド層の材質は、光導波路を構成する蛍光体の屈折率よりも低い屈折率を有する材質であれば、特に限定はされない。しかし、光導波路を構成する蛍光体の屈折率とクラッド層の屈折率との差を大きくすることが好ましく、この差は０．１以上が好ましく、さらに０．２以上が好ましい。これらを満足する材料としてＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を例示できる。
【００７５】
好適な実施形態においては、光導波路下のクラッドと支持基板との間に、光導波路からの放射光を反射する反射膜を設ける。これによって、素子外に放射する放射光の光量を高くすることができる。こうした反射膜としては、金、アルミニウム、銅、銀、等の金属膜、あるいは、誘電体多層膜であってよい。
反射膜として金属膜を使用する場合には、その上に形成するクラッド層がはがれないようにするために、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、等の金属層を金属膜のバッファ層として形成することができる。
【００７６】
また、上側クラッド層と蛍光体層との間には、反射防止（ＡＲ）コートを設けたり、あるいは、モスアイ構造を設けたりすることにより、上側クラッド層と蛍光体層との間での反射を低減できる。
【００７７】
光源の蛍光体素子とは反対側の外側端面には、図示しない反射膜を設けることができる。活性層の蛍光体素子側の端面には、光源が単独でレーザ発振するために低反射膜を設けることができるが、無反射膜を形成することもできる。更に、蛍光体素子の光導波路の入射面、出射面には、それぞれ、図示しない低反射層を設けることができる。
【００７８】
これら低反射層の反射率は、グレーティング反射率よりも小さい値であればよく、さらに０．１％以下が好ましい。しかし、端面における反射率がグレーティング反射率よりも小さい値であれば、低反射層はなくてもよく、低反射層の代わりに反射膜を設けることもできる。
【００７９】
低反射層の反射率は、グレーティング反射率以下である必要があり、低反射層に成膜する膜材としては、二酸化珪素、五酸化タンタル、フッ化マグネシウムなどの酸化物で積層した膜が例示できる。
【００８０】
この場合、レーザ光の発振波長は、回折格子により反射される波長で決定される。回折格子による反射光と活性層の蛍光体素子側の端面からの反射光がレーザのゲイン閾値を上回れば、発振条件を満足する。これにより波長安定性の高いレーザ光を得ることができる。
【００８１】
波長安定性をより高くするには、回折格子からの帰還量を大きくすればよく、この観点から回折格子の反射率は活性層の端面における反射率よりも大きくする方が好ましい。
【００８２】
光源としては、照明用蛍光体の励起用として高い信頼性を有するＧａＮ材料による半導体レーザが好適である。また、一次元状に配列したレーザアレイ等の光源も実現可能である。スーパールミネッセンスダイオードや半導体光アンプ（ＳＯＡ）であってもよい。
【００８３】
なお、半導体レーザとグレーティング素子との組み合わせでパワー安定化を行う方法は、下記に開示されている。
（非特許文献２：  古河電工時報  平成12年1月  第105号  p24-29）
【００８４】
回折格子は以下のようにして物理的、あるいは化学的なエッチングにより形成することができる。
具体例として、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌなどの金属膜を蛍光体ガラス層上に成膜し、フォトリソグラフィーにより周期的に窓を形成しエッチング用マスクを形成する。その後、反応性イオンエッチングなどのドライエッチング装置で周期的な回折格子溝をクラッド層に形成する。次いで、金属マスクを除去する。
【００８５】
リッジ型光導波路は、例えば外周刃による切削加工やレーザアブレーション加工することによって物理的に加工し、成形することによって得られる。あるいは、リッジ型光導波路も、クラッド層上の回折格子溝と同じように、ドライエッチングによって形成することができる。
【００８６】
半導体レーザと蛍光体から白色光を発生する方法は、特には限定されないが、以下の方法が考えられる。
青色レーザと蛍光体により黄色の蛍光を発生し、白色光を得る方法
青色レーザと蛍光体により赤色と緑色の蛍光を発生し白色光を得る方法
また青色レーザや紫外レーザから蛍光体により赤色、青色、緑色の蛍光を発生し白色光を得る方法
青色レーザや紫外レーザから蛍光体により青色と黄色の蛍光を発生し白色光を得る方法
【００８７】
蛍光体としては、蛍光体ガラスや単結晶が好ましい。
蛍光体ガラスは、ベースとなるガラス中に希土類元素イオンを分散したものである。
ベースとなるガラスとしては、シリカ、酸化ホウ素、酸化カルシウム、酸化ランタン、酸化バリウム、酸化亜鉛、酸化リン、フッ化アルミニウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、塩化バリウムを含む酸化ガラスが例示でき、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）であってもよい。
【００８８】
蛍光体ガラス中に分散される希土類元素イオンとしては、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｎｄ、が好ましいが、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｌｕであってもよい。
蛍光体として、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、
ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）が例示できる。
【００８９】
蛍光体単結晶としてはＹ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｂａ５Ｓｉ１１Ａｌ７Ｎ２５、Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２が好ましい。また、蛍光体単結晶中にドープするドープ成分としては、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｎｄ等の希土類元素イオンとする。
【００９０】
また、光源素子、蛍光体素子の各端面は、それぞれ、端面反射を抑制するために斜めカットしていてもよい。また、蛍光体素子と支持基板の接合は、接着固定でもよく、直接接合でもよい。支持基板にスパッタ、ＣＶＤ等の成膜法により蛍光体素子を形成してもよい。
【００９１】
好適な実施形態においては、蛍光体層の入射面と出射面との少なくとも一方に誘電体多層膜からなるＡＲコートが形成されている。
他の好適な実施形態においては、蛍光体層を構成する材質の屈折率よりも低い屈折率を有する材質からなる単層膜が形成されている。こうした単層膜の厚さは、ＡＲコートのように厳密に決定する必要はなく、単に単層膜を形成することによって端面反射を低減することができる。ここで、多層膜にすると、多層膜間の屈折率と厚さの関係によっては、反射抑制の度合いが低下したり、無くなったりする可能性があり、多層膜の各層の厚さを制御する必要があるので、単層膜の方が優れている。これにより蛍光体素子の端面反射率は単層膜がない場合よりも確実に低減することができる。単層膜の厚みは、好適には１μｍ以下である。
【００９２】
好適な実施形態においては、光導波路が、リッジ型光導波路のようにチャネル型光導波路であり、光学素子の入射面における光導波路幅よりも出射面における光導波路幅のほうが大きい。これによって、蛍光体層に入射する光ビームを大きくし、蛍光体層の加熱を抑制することが可能である。この場合、特に好ましくは、光導波路の入射面と出射面の間にテーパ部を設け、テーパ部の幅を入射面側から出射面側へと向かって大きくする。これによって、光の伝搬損失を最小限とし、発光強度を高くできる。
【００９３】
図１６は、この実施形態に係るものであり、光学素子５０に形成されたチャネル型光導波路５１の平面的パターンを示す。光導波路５１は、入射部５１ａ、回折格子が設けられた回折格子部５１ｂ、テーパ部５１ｃおよび出射部５１ｄを備えている。入射部５１ａにおける光導波路幅Ｗｉｎよりも、出射部５１ｄにおける光導波路幅Ｗｏｕｔのほうが大きい。この場合、蛍光体層の発熱を抑制するという観点からは、Ｗｏｕｔ／Ｗｉｎは、２以上が好ましく、５以上が特に好ましい。また、上限値の制限は特にないが、大きくしても光が十分に広がらなくなることからは、Ｗｏｕｔ／Ｗｉｎは、１０００以下が好ましく、５００以下が特に好ましい。
【００９４】
回折格子部の幅Ｗｇｒは、横モードがマルチモードにしてスペックルノイズを抑制するという観点からは、３μｍ以上が好ましく、５μｍ以上が更に好ましい。また、回折格子部の幅Ｗｇｒは、レーザ発振を安定にするという観点から１０μｍ以下が好ましく、更に７μｍ以下が好ましい。なお、Ｗｇｒは、図７〜図１０に図示するように、回折格子部の幅（回折格子部における光導波路の幅）である。
【００９５】
Ｗｇｒが光源のスポットサイズ（ニアフィールド径）よりも大きい場合には、入力部にもテーパ部を設けて、ＷｉｎをＷｇｒよりも小さくすることができる。
【００９６】
本例では、回折格子部５１ｂの幅Ｗｇｒが入射部の幅Ｗｉｎと同じになっている。また、テーパ部５１ｃの幅は、入射側ではＷｉｎであり、出射面側ではＷｏｕｔになっており、その間では入射面５１ｅ側から出射面５１ｆ側へと向かって徐々に増大している。
なお、チャネル型光導波路がリッジ型光導波路である場合には、チャネル型光導波路の幅Ｗｉｎ、Ｗｏｕｔ、Ｗｇｒは、光導波路の長手方向に対して垂直な横断面における光導波路幅である。また、光導波路の幅は、光導波路の前記横断面における幅のうち最も狭い部分の幅とする。
【００９７】
光学素子の全長Ｌｗｇは、特に限定されないが、通常は１ｍｍ〜３０ｍｍが好ましい。また、回折格子部５１ｂの長さＬｇは、外部共振器としての機能という観点からは、１０μｍ以上が好ましい。テーパ部５１ｃの長さＬｔｐは、伝搬損失低減という観点からは、５０μｍ〜５０００μｍが好ましい。
【００９８】
光源素子は複数個アレイ上に並列に配置し、蛍光体に入力することにより、小型化、かつ高出力の照明装置を実現することができる。さらに、光源素子は1個で蛍光体ガラスの端面を折り返すことにより蛍光体ガラス内全域は励起光を伝搬させ、全域から白色光を発生する照明装置を実現することもできる。
【００９９】
上述の実施例では、例えば図１３にも示すように、光源モジュールを蛍光体素子の隣に配置し、光源から出射した光を蛍光体層の入射面に入射させている。しかし、本発明では、蛍光体素子の支持基板側から光を入射させ、支持基板を通して蛍光体層に光を入射させてもよい。この場合にも、支持基板から蛍光体層に入射した光は、蛍光体層内を伝搬し、蛍光体層の端面から出射したり，あるいは図１３のように回折格子の上方に出射する。
【０１００】
支持基板側から光を入射させる場合は、光源としては、前記した光源以外にもＬＥＤも使用することができ、光ファイバで励起光を伝搬し、蛍光体素子に入射させる構成であってもよい。
【０１０１】
なお、入射光を支持基板側から入射させる場合は、この光導波路の厚みは、蛍光体の屈折率ｎｐ、励起光の波長λｐに対して、λｐ／ｎｐ以上とすることが好ましい。例えば、蛍光体の屈折率が１．８、励起光の波長が４５０nmの場合、蛍光体の厚みは２５０ｎｍ以上とすることができる。
【実施例】
【０１０２】
（実施例１）
図１３に示すようなグレーティング素子１Ｇを作製した。
具体的には、単結晶ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体板上に、スパッタ装置にて、ＳｉＯ２からなるクラッド層３を厚さ０．５μｍ成膜し、石英からなる支持基板２を接着して貼り合せをした。この接着剤としては、中空ビーズとして日鉄鉱業製「シリナックス」を東亜合成製「アロンセラミックＥ」に混ぜたものを使用した。接着剤は、貼り合せ後に室温で乾燥し、９０℃で加熱脱水した後に１５０℃にて加熱して硬化した。これによって、接着剤からなる応力緩和層１０を形成した。応力緩和層の厚みは１μｍとした。【０１０３】
その後、単結晶ＹＡＧ蛍光体板を３μｍの厚みまで研磨して、スラブ型光導波路として機能する蛍光体層４４を形成した。次に、蛍光体層４４上にＮｉを成膜して、フォトリソグラフィー技術によりグレーティングパターンを作製した。その後、Ｎｉパターンをマスクにして反応性イオンエッチングにより、ピッチ間隔Λ３２５ｎｍ、長さ3000μｍの回折格子５Ａ用の溝を形成した。回折格子用の溝深さｔｄは100nmとした。【０１０４】
その後、ダイシング装置にてバー状に切断し、両端面を光学研磨し、両端面に０．１％のＡＲコートを形成し、最後にチップ切断を行い、蛍光体素子を作製した。素子サイズは幅１ｍｍ、長さLwg１０ｍｍとした。【０１０５】
チップ化した蛍光体素子に、波長４５０ｎｍ、出力３０ｍＷのＧａＮ系青色レーザ光源を光学的に結合し、AuSnはんだにて固定し、照明モジュールを作製した。モジュールの大きさは、幅１０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、高さ２ｍｍであった。【０１０６】
このときレーザ光の出力をモニター用フォトダイオードで測定した結果、出力変動は１％以内であった。また、レーザ光はグレーティング素子の蛍光体面の法線方向に対して７３°（θａ＝１７°）の方向に、蛍光体により発生した黄色は８９．４°（θａ＝０．６°）の方向に放射し、これらを集光することにより平均出力１０ｌｍの出力変動のない白色光を観測できた。【０１０７】
（実施例２）
実施例１と同様の蛍光体素子を作製した。
ただし、実施例１と異なり、蛍光体層の厚みを５００ｎｍに変更した。これ以外は実施例１と同様とし、得られた蛍光体素子を、波長４５０ｎｍ、出力３０ｍＷのＧａＮ系青色レーザ光源を光学的に結合し、AuSnはんだにて固定し、照明モジュールを作製した。モジュールの大きさは、幅１０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、高さ２ｍｍであった。【０１０８】
このときレーザ光の出力をモニター用フォトダイオードで測定した結果、出力変動は１％以内であった。また、レーザ光は、蛍光体素子の蛍光体面の法線方向に対して７３°（θａ＝１７°）の方向に、蛍光体により発生した黄色は８９．５°（θａ＝０．５°）の方向に放射し、これらを集光することにより平均出力４ｌｍの出力変動のない白色光を観測できた。なお、実施例１と平均出力が異なるのは励起光である青色レーザー光の結合効率の差によるもので、蛍光体の変換効率は同じであった。【０１０９】
（比較例１）
実施例１と同様のグレーティング素子を作製した。ただし、支持基板とクラッド層との接着は、エポキシ樹脂接着剤によって行った。これ以外は実施例１と同じ素子構造とした。【０１１０】
このときレーザ光の出力をモニター用フォトダイオードで測定した結果、出力変動は１％以内であった。また、レーザ光はグレーティング素子の蛍光体面の法線方向に対して７３°（θａ＝１７°）の方向に、蛍光体により発生した黄色は８９．４°（θａ＝０．６°）の方向に放射し、これらを集光することにより平均出力９ｌｍの出力変動のない白色光を観測できた。【０１１１】
ただし、平均出力は、実施例１と比較して１０％減となった。この原因は、蛍光体の変換損失による発熱によって支持基板、接着層、蛍光体の熱膨張差に起因する応力が薄い蛍光体にかかり変形によって蛍光体の変換効率が低下したためと考えられる。【０１１２】
（比較例２）
実施例２と同様のグレーティング素子を作製した。
ただし、支持基板とクラッド層との接着は、エポキシ樹脂接着剤によって行った。これ以外は実施例２と同じ素子構造とした。【０１１３】
このときレーザ光の出力をモニター用フォトダイオードで測定した結果、出力変動は１％以内であった。また、レーザ光はグレーティング素子の蛍光体面の法線方向に対して７３°（θａ＝１７°）の方向に、蛍光体により発生した黄色は８９．５°（θａ＝０．５°）の方向に放射し、これらを集光することにより平均出力８ｌｍの出力変動のない白色光を観測できた。【０１１４】
平均出力は、実施例２と比較して２０％減となった。この原因は、蛍光体の変換損失による発熱によって支持基板、接着層、蛍光体の熱膨張差に起因する応力が薄い蛍光体にかかり変形によって蛍光体の変換効率が低下したためと考えられる。【０１１５】
（実施例３）
図１３に示すようなグレーティング素子を作製した。
具体的には、単結晶ＹＡＧ蛍光体板上にスパッタ装置にて、ＳｉＯ２からなるクラッド層３を厚さ０．５μｍ成膜し、石英からなる支持基板を常温直接接合にて貼り合せた。【０１１６】
この貼り合せは、まず接合する支持基板と蛍光体板とを真空チャンバーに挿入し、１０−７Ｐａに真空吸引を行い、双方の基板をイオンガンによりアルゴンイオンを照射して表面を活性化した。このときチャンバ内の鉄やクロムが接合界面に数％程度付着するが、これによる熱膨張係数の変化はなく接合には影響がない。接合後に接合界面の断面ＴＥＭ観察した結果、アモルファスからなる応力緩和層１０は、厚さ１０ｎｍ形成されていた。【０１１７】
その後、単結晶ＹＡＧ蛍光体板を３μｍの厚みまで研磨して、スラブ型光導波路として機能する蛍光体層５４を形成した。次に、蛍光体層上にＮｉを成膜して、フォトリソグラフィー技術によりグレーティングパターンを作製した。その後、Ｎｉパターンをマスクにして反応性イオンエッチングにより、ピッチ間隔Λ３２５nm、長さ3000μｍの回折格子５用の溝を形成した。この溝深さｔｄは100nmとした。【０１１８】
その後、ダイシング装置にてバー状に切断し、両端面を光学研磨し、両端面に０．１％のＡＲコートを形成し、最後にチップ切断を行い、蛍光体素子を作製した。素子サイズは幅１ｍｍ、長さLwg１０ｍｍとした。【０１１９】
チップ化した蛍光体素子に、波長４５０ｎｍ、出力３０ｍＷのＧａＮ系青色レーザ光源を光学的に結合し、AuSnはんだにて固定し、照明モジュールを作製した。モジュールの大きさは、幅１０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、高さ２ｍｍであった。【０１２０】
このときレーザ光の出力をモニター用フォトダイオードで測定した結果、出力変動は１％以内であった。また、レーザ光はグレーティング素子の蛍光体面の法線方向に対して７３°（θａ＝１７°）の方向に、蛍光体により発生した黄色は８９．４°（θａ＝０．６°）の方向に放射し、これらを集光することにより平均出力１０ｌｍの出力変動のない白色光を観測できた。【０１２１】
（実施例４）
実施例３と同様のグレーティング素子を作製した
ただし、単結晶ＹＡＧ蛍光体からなる蛍光体層の厚みを５００ｎｍに変更した。これ以外は実施例３と同じ素子構造とし、チップ化した蛍光体素子に、波長４５０ｎｍ、出力３０ｍＷのＧａＮ系青色レーザ光源を光学的に結合し、AuSnはんだにて固定し、照明モジュールを作製した。モジュールの大きさは、幅１０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、高さ２ｍｍであった。【０１２２】
このときレーザ光の出力をモニター用フォトダイオードで測定した結果、出力変動は１％以内であった。また、レーザ光はグレーティング素子の蛍光体面の法線方向に対して７３°（θａ＝１７°）の方向に、蛍光体により発生した黄色は８９．５°（θａ＝０．５°）の方向に放射し、これらを集光することにより平均出力４ｌｍの出力変動のない白色光を観測できた。実施例３と平均出力が異なるのは励起光である青色レーザー光の結合効率の差によるもので、蛍光体の変換効率は同じであった。【０１２３】
（比較例３）
実施例３と同様のグレーティング素子を作製した。ただし、支持基板とクラッド層との接合は、原子拡散接合を使用して支持基板と蛍光体を接合した。これ以外は実施例３と同じ素子構造とした。原子拡散接合の際には、支持基板にＴｉをドープして蛍光体と接合し、３００℃で加熱することにより直接接合した。このため、接合部には支持基板とクラッド層を構成するＳｉと酸素以外にＴｉが混入しており、Ｓｉ−ＯとＴｉ−Ｏの混晶多結晶状態になっている。【０１２４】
このときレーザ光の出力をモニター用フォトダイオードで測定した結果、出力変動は１％以内であった。また、レーザ光はグレーティング素子の蛍光体面の法線方向に対して７３°（θａ＝１７°）の方向に、蛍光体により発生した黄色は８９．４°（θａ＝０．６°）の方向に放射し、これらを集光することにより平均出力８．５ｌｍの出力変動のない白色光を観測できた。【０１２５】
平均出力は、実施例３と比較して１５％減となった。この原因は、蛍光体の変換損失による発熱によって支持基板、接着層、蛍光体の熱膨張差に起因する応力が薄い蛍光体にかかり変形によって蛍光体の変換効率が低下したためと考えられる。【０１２６】
（比較例４）
実施例４と同様のグレーティング素子を作製した。ただし、支持基板とクラッド層との接合は、原子拡散接合を使用した。これ以外は実施例４と同じ素子構造とした。【０１２７】
このときレーザ光の出力をモニター用フォトダイオードで測定した結果、出力変動は１％以内であった。また、レーザ光はグレーティング素子の蛍光体面の法線方向に対して７３°（θａ＝１７°）の方向に、蛍光体により発生した黄色は８９．５°（θａ＝０．５°）の方向に放射し、これらを集光することにより平均出力７．５ｌｍの出力変動のない白色光を観測できた。【０１２８】
平均出力は実施例４と比較して２５％減となった。この原因は、蛍光体の変換損失による発熱によって支持基板、接着層、蛍光体の熱膨張差に起因する応力が薄い蛍光体にかかり変形によって蛍光体の変換効率が低下したためと考えられる。
【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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【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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【国際調査報告】
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