JP2000174346A - 発光装置 - Google Patents

発光装置

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JP2000174346A JP34212498A JP34212498A JP2000174346A JP 2000174346 A JP2000174346 A JP 2000174346A JP 34212498 A JP34212498 A JP 34212498A JP 34212498 A JP34212498 A JP 34212498A JP 2000174346 A JP2000174346 A JP 2000174346A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 青色光、紫外線などの波長450nm以下の
短い波長の光により蛍光体が十分に励起されて高輝度の
発光が得られる発光装置を提供すること。 【解決手段】 波長450nm以下のレーザ光L1を発
するGaN系半導体レーザ1を励起光源として用い、レ
ーザ光L1で励起されて可視域の蛍光L2を発するよ
う、蛍光体2を前記レーザ1と組み合わせる。また、励
起光源にGaN系LEDを用いる場合には、LEDを構
成するGaN系結晶層からなる積層体に上面から凹部を
設け、該凹部の内部側面に発光層の発光部分を露出さ
せ、凹部内に蛍光体を配置する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、GaN系半導体発
光素子および蛍光体の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】発光ダイオード(LED)を用いた白色
光源には、LEDの発光色だけで白色をつくり出す構成
と、LEDに蛍光体を組み合わせた構成とがある。前者
の構成は、赤色光(AlGaAs系、AlInGaP
系、GaN系などのLED)、緑色光(GaN系LE
D)、青色光(GaN系LED)を混合し、白色光とす
るものである。一方、後者の構成には、GaN系の青色
LEDを励起光源として、青色と補色関係にある黄色系
の蛍光を発する蛍光体とで白色光をつくり出す発光装置
が実現されている。この発光装置では、蛍光体を通過し
て漏れ出る励起光源からの青色光と、蛍光体からの黄色
系の蛍光とによって、白色光としている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、従来の
青色LEDと蛍光体とを用いた発光装置の性能を検討
し、該装置から高輝度の発光が得られていないという点
を問題とした。さらにその原因を検討したところ、励起
光源として用いているGaN系の青色LEDの光取り出
し効率が低く、実使用上において有効な量の蛍光体を配
置しても、それが十分に励起されていないことがわかっ
た。これは、420nm以下の短波長LEDを使って、
多色の発光が可能な蛍光体を励起し、現在実用化されて
いる放電管式の蛍光灯に代わる照明灯を実現するときに
も問題となり、特に、前記LEDが面発光型の場合に
は、光取り出し効率の低さが致命的欠陥になることが分
かった。
【0004】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、青色光、紫外線などの波長450nm以下
の短い波長の光により蛍光体が十分に励起されて高輝度
の発光が得られる発光装置を提供することを課題として
いる。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下の特徴を有している。
【0006】(1)波長450nm以下のレーザ光を発
するGaN系半導体レーザを励起光源として有し、該励
起光源からの前記レーザ光によって励起されて可視域の
蛍光を発するよう、蛍光体が前記励起光源と組み合わさ
れた構成を有することを特徴とする発光装置。
【0007】(2)蛍光体より発せられる蛍光が、可視
域のスペクトルに2つ以上のピークを有するものである
上記(1)記載の発光装置。
【0008】(3)蛍光体が、GaN系半導体レーザの
レーザ光出射面に設けられているものである上記(1)
記載の発光装置。
【0009】(4)GaN系半導体レーザが、結晶基板
に垂直な方向に共振するよう構成された面発光レーザで
ある上記(3)記載の発光装置。
【0010】(5)GaN系半導体レーザが、ウエハを
共通の結晶基板として該ウエハ上に複数のレーザ素子部
が形成されてなるGaN系半導体レーザアレイであっ
て、蛍光体が、個々のレーザ素子部のレーザ光出射面に
設けられているものである上記(1)記載の発光装置。
【0011】(6)波長450nm以下の光を発する下
記(A)のGaN系発光ダイオードを励起光源として有
し、該励起光源からの前記光によって励起されて可視域
の蛍光を発するよう、蛍光体が下記(A)のGaN系発
光ダイオードの凹部内に配置された構成を少なくとも有
することを特徴とする発光装置。
【0012】(A)結晶基板上に、GaN系結晶からな
る積層体が発光層を含むように形成され、これに電極が
設けられた構造を有するGaN系発光ダイオードであっ
て、該積層体にはその上面から凹部が設けられ、該凹部
の内部側面には少なくとも発光層の発光部分が露出して
いるものであるGaN系発光ダイオード。
【0013】(7)蛍光体より発せられる可視域の蛍光
が、可視域のスペクトルに2つ以上のピークを有するも
のである上記(6)記載の発光装置。
【0014】(8)上記(A)のGaN系発光ダイオー
ドが、ウエハを共通の結晶基板として該ウエハ上に複数
の発光素子部が形成されてなるGaN系発光ダイオード
アレイである上記(6)記載の発光装置。
【0015】本発明でいう「GaN系」とは、式InX
GaY AlZ N(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦
1、X+Y+Z=1)で決定される化合物半導体である
ことを意味する。
【0016】
【作用】本発明では、課題を解決するための1つの態様
として、波長450nm以下のレーザ光を発するGaN
系半導体レーザを、蛍光体の励起光源として用いてい
る。これによって、波長450nm以下の短い波長の励
起光としては、従来にない強い光が得られることにな
り、これに伴い高輝度な蛍光が得られる。特に、従来の
面発光型の青色LEDにおける光取り出し効率の低さ
は、面発光レーザを用いることによって、顕著に改善さ
れ、好ましい面発光型の発光装置となる。
【0017】また、本発明では、課題を解決するための
他の態様として、蛍光体の励起光源としてGaN系LE
Dを用いる場合には、上記(A)および図4に示したよ
うに、本発明独自の構造を付与したGaN系LEDを用
いる。さらに該LEDに、本発明独自の組み合わせ方に
て蛍光体を取付けて発光装置を構成し、それによって蛍
光の独自の取出し方を得、青色LEDにおける光の取出
し効率の低さを改善し、青色LEDと蛍光体との組み合
わせ方に新たな態様を提供している。
【0018】上記、GaN系LEDに付与した本発明独
自の構造とは凹部であり、そして発光の主な部分を該凹
部の内部へ放出させようとした構造である。一般のLE
Dでこのような凹部を設けた構造としても、凹部内に放
出された光は減衰するだけである。また、本発明独自の
組み合わせ方、蛍光の独自の取出し方とは、凹部の内部
に蛍光体を配置したこと、およびそれによって凹部内か
ら上方へ蛍光を取り出したことである。
【0019】
【発明の実施の形態】先ず、本発明の発光装置の一態様
である、GaN系半導体レーザ(以下、単に「レーザ」
とも言う)を励起光源として用いた装置について説明す
る。本発明の発光装置は、図1に示すように、レーザ1
を励起光源として、このレーザ1と蛍光体2とが組み合
わされた構成を有するものである。レーザ1は、波長4
50nm以下のレーザ光L1を発するものであり、蛍光
体2はレーザ光L1によって励起されて可視域の蛍光L
2を発するものである。
【0020】図1(a)、(b)に示すように、レーザ
1と蛍光体2との組み合わせは、互いを密着させたもの
でも、分離したものでもよい。蛍光体2は、レーザ1か
らのレーザ光L1を受光し得るように、レーザ1に対し
て配置される。図1(a)に示すように、蛍光体を塗布
又はコーティングした面にレーザ光を照射する配置でも
良いし、レーザ光と光学的結合性(カップリング)の良
好な球状体又は光ファイバ状に加工した蛍光体を配置し
てもよい。図1(b)に示すように、レーザ1に蛍光体
2を直接取り付けた態様は、コンパクトであり、作製も
装置の取扱いも容易である。
【0021】GaN系半導体レーザは、波長450nm
以下のレーザ光を発するものであればよく、図2に示す
ような面発光型の素子、図3に示すようなストライプ型
の素子、これらのいずれかのタイプの素子がウエハ上に
配列されたレーザアレイなどが挙げられる。
【0022】レーザ光は、その一部を蛍光体を通過させ
て蛍光と共に利用してもよいが、本発明の発光装置を照
明などに用いる場合、レーザ光を外界へ放出させるのは
人体に対して好ましくない。その場合には、蛍光体で全
て吸収させるか、或いはフィルターなどで外界へ放出さ
せないようにするのが好ましい態様となる。
【0023】レーザ光の波長は、波長450nm以下で
あればよく、蛍光体の励起に必要な波長を用いる。従っ
て、レーザ光の波長は、下記蛍光体との組み合わせを考
慮して決定すればよい。特に、上記解決すべき問題とし
て挙げたように、従来の青色LEDと蛍光体とを組み合
わせた装置で得られる白色光は、充分な光強度が得られ
ていない。従って、白色光またはそれに近い色の光を、
半導体発光素子で得るときには、本発明の有用性は特に
顕著となる。白色光またはそれに近い色の光を得るため
には、発せられる蛍光が、例えば、2色を混合された
光、3色を混合された光など、可視域のスペクトルに2
つ以上のピークを有する光となるように、蛍光体を選択
すればよい。
【0024】本発明でいう蛍光とは、光励起によって放
出されるルミネセンスを意味する。また、本発明でいう
蛍光体とは、蛍光物質と媒体との混合物をも包含する。
蛍光体は、励起光源からの光で励起されて可視域の蛍光
を発するものであればよく、透明な媒体(特にガラスや
結晶などの固体)中に発光中心となる物質が局在したも
のや、純粋な状態で固有の発光を示す物質など、公知の
ものを用いてよい。具体的には、放電管式の蛍光灯で使
用されている蛍光体、カラーテレビのブラウン管で使用
される蛍光体が例示される。450nm以下の短い光で
励起され、可視光を放出する半導体材料は、本発明でい
う蛍光体に含まれる。
【0025】蛍光を、白色光に近づけるべく、可視域の
スペクトルに2つ以上のピークを有する光とするために
は、次の態様が挙げられる。 1つのピーク光を発する物質を、必要なピークの分だ
け集めて1つの蛍光体とし、複数のピーク光を混合する
態様。 多数のエネルギー準位を有し、求める2つ以上のピー
ク光が、1つの物質から発せられるようなものを蛍光体
として用いる態様。 上記を複合した態様。 上記〜のうちでも、及びは発色を自在に調整で
き有用である。
【0026】上記の態様において、各物質から発せら
れる固有のピーク光を混合するには、各物質を、原料レ
ベルで化合、混合するか、各物質を励起光が照射される
面にマトリクス状に配列するか、各物質を励起光が順に
通過するよう積層する態様などが挙げられる。
【0027】蛍光体(または蛍光物質)としては、例え
ば、(社)電気学会発行、電気学会大学講座「照明工
学」(改訂第20版)の78頁に記載の蛍光体や、特開
平10−163535号公報に記載の蛍光体などから選
ばれる1種以上の蛍光体を用いることができる。蛍光体
の好ましい態様としては、焼結体となされたもの、石英
のような透明な板状物に塗布されたもの、ガラス状の物
体に溶かし、球体、円柱状、ファイバ状に固化、加工、
成形されたもの等の態様が挙げられる。
【0028】蛍光体を、図1(a)に示すように、レー
ザ1と蛍光体2とを分離して組み合わせる場合、蛍光体
は単独の部材、部品となる。例えば、蛍光体2を、蛍光
物質が塗布又はコーティングされた透明部材、蛍光物質
が分散したガラス部材などとし、レーザ素子と組み合わ
せて用いればよい。この場合、レーザには、面発光レー
ザが好ましい態様として挙げられる。
【0029】蛍光体を、図1(b)、図2、図3、図4
に示すように、レーザの出射部分に直接設ける場合、出
射面へ蛍光体を形成する方法としては、例えば、ゾル−
ゲル法などの液状のガラス前駆体物質に混合して製膜に
使用する方法や、蛍光物質をバインダーや溶剤などと混
合して塗布する方法や、材料によっては、スパッタリン
グ、真空蒸着などの成膜法が挙げられる。
【0030】図2の例は、図1(b)に示す発光装置の
具体的な態様の一例であって、GaN系半導体レーザに
面発光レーザを用いたものである。同図の例では、面発
光レーザ1の出射面に、蛍光体2が膜状に形成されてい
る。同図の面発光レーザ1は、結晶基板(例えば、サフ
ァイア結晶基板)B上に、バッファ層(図示せず)を介
して、n−AlGaN層(コンタクト層)S1、下側の
反射器H1、発光層を含むGaN系結晶層(n−AlG
aNクラッド層S2、InGaN活性層S3、p−Al
GaNクラッド層S4、p−AlGaNコンタクト層S
5)が順に積層され、n型電極P2、p型電極P1が設
けられた構造となっている。
【0031】p型電極P1の中央部分には円形の開口が
設けられ、p−AlGaNコンタクト層S5が開口内に
露出しており、この部分に上側の反射器H2が設けら
れ、H1とH2とで光共振器が構成されている。蛍光体
2は、上側の反射器H2の上面に設けられている。積層
体の上側をp型とするのは、導電型の形成工程上の理由
から好ましい態様であるが、これに限定されず、n型が
上側でもよい。
【0032】図2に示した構成によって、活性層で発せ
られた光は基板面に垂直方向に発振し、レーザ光が蛍光
体2内に出射され、蛍光L2が外界に出射され、強い蛍
光が得られる。
【0033】発光部分の材料、例えば、図2では活性層
の材料は、GaN系材料であって波長450nm以下の
光を放出し得る材料であればよく、蛍光体の励起に必要
な波長に応じて組成を決定すればよい。
【0034】図2の例では、活性層S3のうちレーザ発
振の光路上となる部分に集中的に電流が流れるように、
電流狭窄構造が付与されている。電流狭窄構造は、p型
電極の形成パターンに対応する形成パターンにて、例え
ば、低キャリア濃度のGaN系結晶層やSiO2 層など
の高抵抗層S6、または、n−GaN層等の逆導電型の
層S6を設けることで達成されている。
【0035】図2の例における蛍光体は、特に、限定は
されないが、目的とする色温度、色調に相応しいもの
を、公知のまたは市販の材料の中から選択して使用され
る。形成方法としては、例えば、溶剤や樹脂などと混合
し、塗布および乾燥することで薄膜を形成する方法、ゾ
ル−ゲル法により蛍光体含有のガラス薄膜を形成する方
法等が挙げられる。
【0036】光共振器の構成は限定されないが、下側の
反射器は、上層の結晶成長に耐え、GaN系結晶層によ
って構成し得るブラッグ反射層とするのが好ましい。ま
た、上側の反射器は、ブラッグ反射層、誘電体多層膜な
どでよい。
【0037】面発光レーザ1自体のその他の構造、各部
の形状、材料、各部の形成方法については、公知技術を
参照してもよい。また、レーザ光を基板側から出射させ
る場合には、結晶基板の裏面のうち出射される光の光路
に当たる部分に開口を設ける等、必要に応じて加工を施
してもよい。
【0038】また、上記説明の面発光レーザは、例え
ば、外径2インチのサファイア結晶基板ウエハ上に素子
として2次元マトリクス状に多数形成し、GaN系面発
光レーザアレイとしてもよい。そのとき、図2の態様の
ように蛍光体を個々の素子に個別に設けてもよいし、ま
た、大面積の板状の蛍光体をアレイの出射側に取り付け
て個々のレーザ光全てを1つの蛍光体で受ける態様とし
てもよい。
【0039】図2の構成によって、面発光レーザ素子1
から強い青色光であるレーザ光が蛍光体2に照射され、
従来にない高輝度な白色の蛍光を発する面発光型の発光
装置が得られる。
【0040】図3の例は、図1(b)に示す発光装置の
他の態様の一例である。同図のGaN系半導体レーザ1
は、公知のストライプ構造と同様、活性層の両端に劈開
による共振器を形成し、活性層に平行に共振させて出射
する構造である。同図の例では、共振方向は紙面に垂直
であり、レーザ光は紙面の裏から表の向きに出射される
とする。従って、劈開面や蛍光体は図面には現れていな
いが、説明のために、出射されるレーザ光のビームの中
心を活性層S3の中央部に「×」印で示し、出射面に形
成する蛍光体2を太線の一点鎖線で図に重ねて表現して
いる。この構成によって、レーザ光は紙面に垂直に発振
し、蛍光体2内に出射され、蛍光が外界に出力される。
【0041】図3のレーザ1は、光共振器、p型電極、
マスク層Mの存在以外の他の構造は図2と略同様であ
り、結晶基板B、バッファ層、n−GaN系コンタクト
層S1、n−GaN系クラッド層S2、GaN系活性層
S3、p−GaN系クラッド層S4、電流狭窄構造S
6、p−GaN系コンタクト層S5が順に積層され、こ
れに、n型電極P2、p型電極P1が形成された構造と
なっている。
【0042】蛍光体は出射側の劈開面に形成し、出射さ
れるレーザ光のビームを包含する大きさ以上であればよ
く、素子の側面全体にわたって形成してもよい。蛍光体
の材料の構成、形成方法は図1、図2の説明で挙げたも
のが利用できる。
【0043】電流狭窄構造S6は、活性層の中央の紙面
に垂直なストライプ状部分に電流を集中させる構造であ
り、活性層その部分で集中的に発光し、紙面に垂直にレ
ーザ発振し、レーザ光が出射される。
【0044】図3のレーザ1の構造中に設けられたマス
ク層Mは、コンタクト層S1以降のGaN系結晶層を、
低転位な結晶層として成長させるために設けられたもの
である。このマスク層を用いた結晶成長方法を概略的に
説明すると、GaN系結晶が実質的に成長しないSiO
2 などの材料を用いて、基板上にマスクパターンを形成
し、マスク層が形成されていない領域(非マスク領域)
を出発面としてGaN系結晶を成長させ、該結晶がマス
ク層を埋め込んで覆うまで成長を継続するという方法で
ある。図3の例では、マスク層を埋め込んで覆うGaN
系結晶層は、n−コンタクト層S1として用いられてい
る。このマスク層Mによる低転位化の構造と、高抵抗層
S6による電流狭窄構造とによって、活性層内には低転
位なストライプ状の発光部分を生じさせることができ
る。
【0045】また、図3で説明したレーザは、大面積の
1枚の結晶基板上に隣合った素子同士が連なるように多
数設けてレーザアレイとしてもよい。そのとき、蛍光体
は、個々の素子に個別に設けてもよいし、また、隣同士
連なった素子からのレーザ光全てを1枚で受ける板状部
材として該アレイの出射側に取り付けてもよい。
【0046】次に、本発明の他の態様として、GaN系
LEDを励起光源として用いた装置について説明する。
図4の例では、GaN系LEDは、結晶基板B上に、バ
ッファ層を介して、発光層を含むGaN系結晶層(n−
AlGaNコンタクト層S1、n−クラッド層S2、活
性層S3、p−クラッド層S4、p−コンタクト層S
5)の積層体が形成され、これに、n型電極P2、p型
電極P1が形成され、p型電極P1の上面から積層体の
内部まで達する凹部(u1、u2、u3)が設けられた
構造となっている。凹部の内部側面には、活性層S3の
断面が露出しており、活性層からの光L1が凹部内に放
出される構造となっている。
【0047】図4の発光装置では、凹部内に蛍光体2
1、22、23が充填されており、さらに、積層体の外
側の壁面にも蛍光体24、25が設けられている。ま
た、図4の例では、p型電極が積層体の上面全体を覆っ
ており、活性層から積層体の上方へ向かう光はp型電極
によって遮られる構造となっている。この構成によっ
て、活性層から凹部内に放出された光は、各蛍光体を励
起し、蛍光体から発せられる蛍光L2が、凹部内から外
界に向かって発せられる。
【0048】蛍光体の態様、蛍光のピークの数、蛍光の
波長、LEDの発光波長、およびこれらの関係は、励起
光源をレーザとする場合についての上記説明と同様であ
る。また素子に蛍光体を設ける方法としては、励起光源
をレーザとする場合で挙げた方法が挙げられる。
【0049】凹部の態様は、限定されず、角穴や丸穴な
ど種々の開口形状の穴を凹部としてこれが2次元配列さ
れた態様であっても、積層体部分を分断する溝を凹部と
してこれが格子状や縞状に設けられた態様などが挙げら
れる。
【0050】凹部の深さは、少なくとも発光する部分
(例えば、pn接合における空乏層部分や、井戸型のポ
テンシャル構造における井戸の部分)が凹部の内壁に露
出するような深さであればよい。図4の例では、凹部の
深さは、n−AlGaNクラッド層S2に達しており、
活性層S3は完全に凹部の内壁に露出している。
【0051】凹部の開口形状の大きさ、例えば、丸穴の
場合の直径、角穴の場合の一辺、溝の場合の溝幅など、
図4で示す寸法w1は、限定されないが、2μm〜20
0μm程度が好ましい寸法である。一方、2つの凹部に
挟まれた積層体の幅(図4で示す寸法w2)は、限定さ
れないが、発光の強度を考慮して2μm〜400μm程
度とするのが好ましい。上記凹部の寸法w1と、積層体
の幅w2との比率は、最も効率よく強い蛍光が外部(上
方)へ放出されるように決定すればよい。
【0052】図4の例は、p型電極で積層上部を完全に
覆い、発光層で発せられた光をほとんど蛍光体だけに入
射させ、蛍光だけを外部への光源として用いることを意
図する態様である。しかしそのような態様だけではな
く、p型電極の占有面積やp型電極の透明度を調整し
て、発光層で発せられた光を直接外界へ放出させて、蛍
光と共に用いてもよい。
【0053】図4の例は、1つの素子に凹部を設けた例
として示しているが、このような素子を大面積の1枚の
結晶基板上に2次元マトリクス状に多数形成し、GaN
系LEDアレイとしてもよい。また、アレイとする場
合、個々の素子という区別を設けず、大面積の1枚の結
晶基板上に、結晶基板と同じ大きさで各GaN系結晶層
を積層し、凹部を必要なだけ形成するという態様でもよ
い。
【0054】図2〜図4のいずれの態様も、結晶基板、
電極材料などは同様のものが用いられる。結晶基板に
は、サファイア結晶基板の他、SiC、水晶など、Ga
N系結晶が成長可能な公知の基板を用いることができ
る。
【0055】発光に係る構造は、レーザの発光と発振、
LEDの発光に好ましい構造とすればよく、ダブルヘテ
ロ接合構造、SQW(Single Quantum Well)、MQW
(Multiple Quantum Well)、量子ドットを含む構造など
が好ましいものとして挙げられる。さらに、LEDの場
合には、ホモ接合、ヘテロ接合による単純な2層による
pn接合であってもよい。
【0056】
【実施例】実施例1 本実施例では、図2に示す態様、即ち、面発光レーザに
蛍光体を設けてなる発光装置を製作した。以下の説明に
おいて、単位〔cm-3〕のものは、キャリア濃度であ
る。 〔面発光レーザの作製〕図2に示すように、C面サファ
イア結晶基板上に、低温GaNバッファ層(厚さ30n
m)を介して、n−Al0.05Ga0.95Nコンタクト層S
1(厚さ3μm、1×1018cm-3)、ブラッグ反射層
H1、n−Al0.15Ga0.85Nクラッド層S2(厚さ
0.4μm、8×1017cm-3)、In0.02Ga0.98
活性層S3(厚さ4nm、2×1017cm-3、発光波長
370nm)、p−Al0.2 Ga0. 8 Nクラッド層S4
(厚さ0.2μm、5×1017cm-3)、アンドープの
Al 0.5 Ga0.5 N(厚さ80nm)からなる電流狭窄
構造S6、p−Al0.05Ga 0.95Nコンタクト層S5
(厚さ0.2μm、8×1017cm-3)を順次成長させ
た。
【0057】前記ブラッグ反射層H1の仕様は、(Ga
N、厚さ38nm)と、(Al0.28Ga0.72N、厚さ4
3nm)とを1組として、25組積層した構造である。
【0058】次に、RIEによって部分的に積層体の上
層からエッチングしてn−AlGaNコンタクト層S1
の一部を露出させ、その部分にn型電極P2(Ti/A
l)を形成し、残されたp−AlGaNコンタクト層S
5の上面にはp型電極P1(Ni/Au)を形成した。
【0059】さらに、p型電極P1の中央部分を直径5
μmの円形に除去してp−AlGaNコンタクト層S5
を露出させ、誘電体多層膜による上側の反射層H2を形
成した。この誘電体多層膜による反射層H2の仕様は、
上層側(ZrO2 )と、下層側(SiO2 )とを1組と
して、40組積層した構造であって、電子ビーム蒸着法
によって形成した。これによって、波長370nmのレ
ーザ光を出射し得る面発光レーザを得た。
【0060】〔蛍光体の付与〕この面発光レーザの上側
の反射層H2の上面に、ゾルゲル法によって、蛍光物質
を分散したガラスを膜状(厚さ3μm)に形成し、本発
明の発光装置を得た。なお、前記蛍光体は、波長370
nmのレーザ光を受けて、青、緑、黄、赤の色成分を含
む蛍光を発するものであり、目視では、白色に近い色と
なる。
【0061】〔評価〕上記発光装置のレーザに電力を供
給し、レーザ発振させたところ、80〔lm/W〕のエ
ネルギー変換効率であった。
【0062】実施例2 本実施例では、図3に示す態様、即ち、ストライプ型の
レーザと蛍光体とを組み合わせてなる発光装置を製作し
た。 〔レーザの作製〕先ず、ストライプ型のGaN系レーザ
1として、C面サファイア結晶基板上に、低温GaNバ
ッファ層(厚さ30nm、図示せず)、GaN薄膜(厚
さ4μm、8×1017cm-3、図示せず)を形成してベ
ース基板Bとした。スパッタおよびパターニング技術に
よって、ベース基板Bの上に、低転位化用のSiO2
スク層M(縞模様パターン)を形成した。MOCVD装
置によって、非マスク領域を結晶成長の出発面として、
n−Al0.05Ga0.95N(1×1018cm-3)を成長さ
せ、SiO2 マスク層Mを覆うまで成長させ、n−コン
タクト層S1とした。
【0063】さらに、n−Al0.15Ga0.85Nクラッド
層S2(厚さ0.4μm、8×10 17cm-3)、MQW
構造からなる活性層S3、p−Al0.2 Ga0.8 Nクラ
ッド層S4(厚さ0.1μm、7×1017cm-3)を形
成した。前記MQW構造は、n−Al0.1 Ga0.9 Nを
バリヤー層とし、n−In0.02Ga0.98Nをウエル層と
したものである。
【0064】さらに、n−Al0.2 Ga0.8 N(厚さ7
0nm、4×1017cm-3)からなる電流狭窄構造S6
を形成し、電流狭窄構造の電流通過部をp−Al0.05
0. 95N(8×1017cm-3)で充填し、同じ材料で続
けて、p−コンタクト層S5(厚さ0.1μm)を順次
成長させ、p型電極P1(Ni/Au)、n型電極P2
(Ti/Al)を形成し、積層体の側面の劈開面を光共
振器として、図3の紙面に垂直に発振し、波長370n
mのレーザ光を出射し得るGaN系レーザを得た。
【0065】〔蛍光体の付与〕このレーザの出射面(図
3に示す素子の活性層の手前の面)に、選ばれた蛍光体
を含有せしめた球レンズ状のガラス(平均粒径50〜1
00μm)を出射レーザ光とカップリングするように配
置して、本発明の発光装置を得た。なお、前記蛍光体
は、波長370nmのレーザ光を受けて、青、緑、黄、
赤の色成分を含む蛍光を発するものであり、目視では、
白色に近い色となる。
【0066】〔評価〕上記発光装置のレーザに電力を供
給し、レーザ発振させたところ、蛍光体からは90〔l
m/W〕のエネルギー変換効率であった。
【0067】実施例3 本実施例では、図4に示す態様、即ち、GaN系LED
に蛍光体を設けてなる発光装置を製作した。 〔GaN系LEDの作製〕図4に示すように、C面サフ
ァイア結晶基板上に、低温GaNバッファ層(厚さ25
μm、図示せず)、アンドープAl0.05Ga0.95N(厚
さ3μm)を形成してベース基板Bとした。スパッタお
よびパターニング技術によって、ベース基板Bの上に、
低転位化用のSiO2 マスク層M(縞模様パターン)を
形成した。MOCVD装置によって、非マスク領域を結
晶成長の出発面として、n−Al0. 05Ga0.95N(1×
1018cm-3)を成長させ、SiO2 マスク層Mを覆う
まで成長させ、n−コンタクト層S1とした。
【0068】さらに、n−Al0.15Ga0.85Nクラッド
層S2(厚さ0.3μm、1×10 18cm-3)、In
0.02Ga0.98N活性層S3(厚さ3.5nm、発光波長
370nm)、p−Al0.2 Ga0.8 Nクラッド層S4
(厚さ0.2μm、7×1017cm-3)、p−Al0.05
Ga0.95Nコンタクト層S5(厚さ0.1μm、1×1
18cm-3)を順次成長させ積層体とした。
【0069】実施例1と同様に、RIEによって部分的
に積層体の上層からエッチングしてn−コンタクト層S
1の一部を露出させてn型電極P2(Ti/Al)を形
成し、p−コンタクト層S5上にはp型電極P1(材料
Ni/Au)を形成した。
【0070】上記で形成されたGaN系結晶層からなる
積層体に対し、RIE(Reactive Ion Etching )によっ
て、p型電極の上面から下方に掘り下げ、溝状の凹部u
1〜U3を形成し、励起光源として用いるLEDを得
た。各凹部の溝幅w1は15μm、積層体の幅w2は5
0μmである。各凹部の深さは、凹部側面に活性層の全
厚みが完全に現れ、底面にn−クラッド層が露出する深
さ(0.8μm)とした。
【0071】〔蛍光体の付与〕上記LEDの溝状の凹部
u1〜u3の内部、および活性層の外側の壁面に、スク
リーン印刷法によって、蛍光体を塗布し、300℃まで
の低温で焼結して蛍光体21〜25を膜状に形成し、本
発明の発光装置を得た。なお、前記蛍光体は、LEDか
らの波長370nmの光を受けて、青、緑、黄、赤の色
成分を含む蛍光を発するものであり、目視では、白色に
近い色となる。
【0072】〔評価〕上記発光装置のLEDに電力を供
給し、発光させたところ、80〔lm/W〕エネルギー
変換効率であった。
【0073】
【発明の効果】本発明の発光装置は、第一の態様とし
て、励起光源にレーザを用いており、これによって、波
長450nm以下の短い波長の光を励起光としても、蛍
光体が十分に励起されて高輝度の蛍光が得られる。ま
た、第二の態様として、励起光源にLEDを用いる場合
には、該LEDに凹部を設け、凹部内に蛍光体を配置す
るという特殊な構造として蛍光を外部に放出させる。こ
の構造によって、青色LEDにおける光の取出し効率の
低さを改善している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発光装置の構成の概要を示す図であ
る。
【図2】本発明の発光装置の一態様を示す図であって、
励起光源として面発光レーザを用いた例を示している。
【図3】本発明の発光装置の一態様を示す図であって、
励起光源としてストライプ型のレーザを用いた例を示し
ている。
【図4】本発明の発光装置の他の態様として、励起光源
としてGaN系LEDを用いた例を示している。
【符号の説明】
1 GaN系半導体レーザ 2 蛍光体 L1 レーザ光 L2 蛍光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大内 洋一郎 兵庫県伊丹市池尻4丁目3番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 湖東 雅弘 兵庫県伊丹市池尻4丁目3番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 Fターム(参考) 5F041 AA11 CA04 CA05 CA12 CA34 CA40 CA46 CA65 CB03 CB15

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 波長450nm以下のレーザ光を発する
    GaN系半導体レーザを励起光源として有し、該励起光
    源からの前記レーザ光によって励起されて可視域の蛍光
    を発するよう、蛍光体が前記励起光源と組み合わされた
    構成を有することを特徴とする発光装置。
  2. 【請求項2】 蛍光体より発せられる蛍光が、可視域の
    スペクトルに2つ以上のピークを有するものである請求
    項1記載の発光装置。
  3. 【請求項3】 蛍光体が、GaN系半導体レーザのレー
    ザ光出射面に設けられているものである請求項1記載の
    発光装置。
  4. 【請求項4】 GaN系半導体レーザが、結晶基板に垂
    直な方向に共振するよう構成された面発光レーザである
    請求項3記載の発光装置。
  5. 【請求項5】 GaN系半導体レーザが、ウエハを共通
    の結晶基板として該ウエハ上に複数のレーザ素子部が形
    成されてなるGaN系半導体レーザアレイであって、蛍
    光体が、個々のレーザ素子部のレーザ光出射面に設けら
    れているものである請求項1記載の発光装置。
  6. 【請求項6】 波長450nm以下の光を発する下記
    (A)のGaN系発光ダイオードを励起光源として有
    し、該励起光源からの前記光によって励起されて可視域
    の蛍光を発するよう、蛍光体が下記(A)のGaN系発
    光ダイオードの凹部内に配置された構成を少なくとも有
    することを特徴とする発光装置。 (A)結晶基板上に、GaN系結晶からなる積層体が発
    光層を含むように形成され、これに電極が設けられた構
    造を有するGaN系発光ダイオードであって、該積層体
    にはその上面から凹部が設けられ、該凹部の内部側面に
    は少なくとも発光層の発光部分が露出しているものであ
    るGaN系発光ダイオード。
  7. 【請求項7】 蛍光体より発せられる可視域の蛍光が、
    可視域のスペクトルに2つ以上のピークを有するもので
    ある請求項6記載の発光装置。
  8. 【請求項8】 上記(A)のGaN系発光ダイオード
    が、ウエハを共通の結晶基板として該ウエハ上に複数の
    発光素子部が形成されてなるGaN系発光ダイオードア
    レイである請求項6記載の発光装置。
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