WO2013164991A1

WO2013164991A1 - 光学材料及びその製造方法並びに光学材料を用いた発光装置、光アイソレータ及び光加工器

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Publication number: WO2013164991A1
Application number: PCT/JP2013/062514
Authority: WO
Inventors: 島村　清史; ビジョラエンカルナシオンアントニアガルシア
Original assignee: 独立行政法人物質・材料研究機構
Priority date: 2012-05-01
Filing date: 2013-04-27
Publication date: 2013-11-07
Also published as: US20150009562A1; EP2789672A1; EP2789672A4; US9617470B2; EP2789672B1

Abstract

　大電流を流し、高輝度で発光させても、安定して高効率で黄色発光させることが可能なＵＶ光励起黄色発光材料や光アイソレータに使用される光材料及びその製造方法並びに長期間、高効率で高輝度発光させることが可能な黄色発光又は白色発光可能な発光装置、光アイソレータ及び光加工器を提供する。ＵＶ光励起黄色発光材料２や光アイソレータ２１０に使用される光学材料は、Ｃｅを含有する酸化物からなり、Ｃｅを含有する酸化物は、テルビウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶のテルビウムの一部がセリウムで置換されているテルビウム・セリウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶である。テルビウムとセリウムの総モル数に対するセリウムのモル数の比、即ちセリウムの組成比は、好ましくは、０．０１ｍｏｌ％以上５０ｍｏｌ％以下である。アルミニウムの一部がスカンジウムで置換されてもよい。アルミニウムあるいはスカンジウムの一部がテルビウム、セリウム、イットリウム、ルテチウム、イッテルビウム、ツリウムのいずれか１種又は２種以上で置換されてもよい。

Description

光学材料及びその製造方法並びに光学材料を用いた発光装置、光アイソレータ及び光加工器

　本発明は、光学材料とその製造方法に係り、さらにはこの光学材料を用いて作製した発光装置、光アイソレータ及び光加工器に関する。

　照明等に用いられる蛍光体や光アイソレータ等の光学部品に用いる光学材料の需要が増大している。近年、照明応用の需要の増加とともに、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）の高輝度化が進んでいる。高輝度ＬＥＤでは、光強度の高い光を放出するとともに、大電流に伴う熱が多量に放出される。ＬＥＤの各構成部材は、長期間、強い光に曝され、高温下に配置されることとなるので、高い耐光性及び高い耐熱性を具備することが必要とされる。

　代表的な白色発光装置（以下、白色ＬＥＤともいう。）には、大別して、次の３つのタイプがある（非特許文献１参考）。第１のタイプは、一つのパッケージの中に赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子を備えた白色ＬＥＤである。このタイプは、一つのパッケージの中にエポキシ樹脂等の結合剤（バインダー）を必要とせず、発光素子のみで構成できるので、高い耐光性及び高い耐熱性を具備するようにできる。しかし、３色の発光素子の輝度・色調の調整が難しく、回路構成が複雑となり、製造コストが高くなるという問題がある。

　第２のタイプは、一つのパッケージの中に紫外（以下、ＵＶともいう。）発光素子と、発光素子を覆うエポキシ樹脂等の結合剤（バインダー）中に紫外光励起赤色蛍光体、紫外光励起緑色蛍光体、紫外光励起青色蛍光体を分散させた白色ＬＥＤである。また、第３のタイプは、一つのパッケージの中に青色発光素子と、発光素子を覆うエポキシ樹脂等の結合剤（バインダー）中に青色光励起赤色蛍光体、青色光励起緑色蛍光体を分散させた白色ＬＥＤである。

　これらのタイプは、一つのパッケージの中に１個の発光素子しか用いない構成なので、第１のタイプと比較して輝度・色調調整が容易であり、回路を単純化でき、製造コストを安くできるという利点がある。また、色温度の調整幅も広くできるという利点がある。しかし、これらのタイプはいずれも、バインダーを備える構成であり、バインダーが、長期間、強い光に曝され、高温下に配置されることにより、劣化し、着色を生じ、光の透過率を低下させ、発光効率を低下させるという問題がある。また、大電流を流し、高輝度で発光させた場合、バインダーの劣化だけでなく、蛍光体の特性低下の発生も生じる場合がある（非特許文献２）。

　白色ＬＥＤは、前記３色の発光色を用いる構成に限られるものではなく、白色のＣＩＥ色度座標（０．３３、０．３３）を通過する補色関係にある２色の発光色を用いて構成してもよく、例えば一つのパッケージの中に青色発光素子と、エポキシ樹脂等の結合剤（バインダー）中に分散させた粒状の青色光励起黄色蛍光体を組み合わせた白色ＬＥＤがあるが（特許文献１）、このような白色ＬＥＤでも、バインダーの劣化による発光効率の低下という問題がある。

　エポキシ樹脂の劣化に対して、代わりにシリコーン系の樹脂を使う試みもなされているが、根本的な解決には至っていない。

　従来、光学材料のうち、磁気光学材料はファラデー回転子とも呼ばれ、アイソレータやサーキュレータ等に使用されている。光アイソレータは光通信に用いられている。近年、光加工器にも光アイソレータが用いられてきている。光加工器は金属等へのマーキングや溶接・切断に用いられる場合が増えており、それに伴い、発振波長が１０８０ｎｍのＹｂドープファイバレーザの光加工器が主流となってきた。Ｙｂドープファイバレーザは、レーザダイオード（ＬＤ）からなる光源とファイバー増幅器とを組み合わせたものであり、パワーの弱いＬＤからの光出力をファイバー増幅器で増幅したものである。

　そのため、１０８０ｎｍの波長の反射戻り光を効率よくカットし、光源の劣化を防止できるとともに、高出力の光に対する耐久性の高い光アイソレータが求められるようになった。このような光アイソレータには、（１）１０８０ｎｍの波長の光透過性が高いこと、（２）大きなファラデー回転角を備えること、（３）大きな単結晶が得られること、が必要とされる。この波長に適した材料として、近年、テルビウム・ガリウム・ガーネット（ＴＧＧ：Ｔｂ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）単結晶が開発され実用化されている（非特許文献３）。

　しかしながら、ＴＧＧは、原料成分である酸化ガリウムの蒸発が激しく、結晶の大型化や高品質化、その再現性が難しく、このことが、コストが下がらない原因となっていた。ゆえに、非特許文献３で摘示しているように、ＴＧＧよりも大きなファラデー回転角（ベルデ定数）を持ち、低コストで生産可能な材料の開発が望まれている。しかし、前記の条件を満たす単結晶が得られておらず、依然として、ＴＧＧだけが市場で利用されている状況であった。

　上記ＴＧＧの課題を解決すべく、テルビウム・アルミニウム・ガーネット（ＴＡＧ：Ｔｂ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）単結晶の開発がすすめられた。ＴＡＧの育成法としては、加熱源としてレーザを用いる改良型の浮融帯溶融法（Ｆｌｏａｔｉｎｇ　Ｚｏｎｅ法：ＦＺ法）による製造方法が知られている（非特許文献４）。しかし、非特許文献４に記載のＴＡＧは、ＴＧＧよりも大きなベルデ定数を持つため、ＴＧＧよりも優れるとされる反面、非調和溶融組成を持つ（非特許文献３）ため大型の結晶育成が困難であり、実用に至っていない。

　また、テルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット（ＴＳＡＧ：Ｔｂ_３Ｓｃ_２Ａｌ_３Ｏ_１２）単結晶の育成についても研究が行われ、ＴＳＡＧ単結晶は、大型化に優位との報告もある（特許文献２）。しかし、特許文献２に記載のＴＳＡＧは、ＴＧＧより大きなベルデ定数を有し、ＴＡＧに比べて大型の単結晶を育成できるものの、ＴＧＧに比べると、単結晶の大型化が困難である。

　その後、テルビウム・スカンジウム・ルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＴＳＬＡＧ）単結晶が開発された。ＴＳＬＡＧ単結晶は、ＴＧＧ単結晶を越えるファラデー回転角を備え、大型化を実現できた。ところがＴＳＬＡＧ単結晶は高価なＬｕを含有するため、コストが高いことが問題となっている。更に、ファラデー回転角もＴＧＧ単結晶よりは大きいが、更に大きなファラデー回転角を持つ材料も必要とされている。

特開２０１０－１５５８９１号公報特開２００２－２９３６９３号公報

「高輝度ＬＥＤ材料のはなし」日刊工業新聞社刊、ｐ４４（２００５）Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒ，７１（２０１０）１－３４Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ　３０６（２００７）１９５－１９９Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ　２６７（２００４）１８８－１９３

　本発明は、大電流を流し、高輝度で発光させても、安定して高効率で黄色発光させることが可能なＵＶ光励起黄色発光材料や、５００～１１００ｎｍの波長域の光透過性が高く、ＴＧＧ単結晶及びＴＳＬＡＧ単結晶よりも大きなファラデー回転角を備え、かつコストダウンと大型・高品質単結晶育成を再現性良く実現する光アイソレータ材料等の光学材料及びその製造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、長期間、高効率で高輝度発光させることが可能な黄色発光又は白色発光可能な発光装置、光アイソレータ及び光加工器を提供することを目的とする。

　本発明者らは、様々な実験を繰り返すことにより、セリウムを添加したテルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット（以下、Ｃｅ：ＴＳＡＧ又はＴＣＳＡＧとも表記する。）型単結晶を新規に開発した。この単結晶はＵＶ光を励起光として高輝度で安定して黄色発光させることが可能であった。そして、この単結晶をＵＶ発光素子に組み合わせることにより、エポキシ樹脂を用いることなく、高輝度・高効率であり、回路も単純で製造コストも安い黄色発光又は白色発光可能な発光装置を提供できることに想到して、本発明を完成した。

　さらに、先に開発された前記ＴＳＬＡＧは、Ｔｂをベースとしたガーネット型単結晶という観点から考えると、光アイソレータ材料としては優れた結晶である。そこで、本発明者らは、ＴＳＬＡＧよりも大きなファラデー回転角を有し、かつ大型単結晶が育成可能である材料を開発するためには、Ｔｂよりも大きなファラデー回転角を有する元素を見出す必要があると考えた。その結果、ＣｅがＴｂよりも大きなファラデー回転角を持つ可能性を有することを見出した。
　さらに、本発明者らは、Ｃｅをできるだけ高い濃度で含有し、かつ大型単結晶を育成可能な組成を探索した結果、テルビウム・セリウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶を見出し、光アイソレータ及び光加工器を提供できることに想到して本発明を完成した。

　上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を有する。
（１）本発明の光学材料は、Ｃｅを含有する酸化物であることを特徴とする。
（２）本発明の光学材料は、テルビウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶のテルビウム（Ｔｂ）の一部がセリウム（Ｃｅ）で置換されているテルビウム・セリウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶であることが好ましい。
（３）本発明の光アイソレータ材料は、テルビウムとセリウムの総モル数に対するセリウムのモル数、すなわちセリウムの組成比が０．０１ｍｏｌ％以上５０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。
（４）本発明の光学材料は、セリウムの組成比が、好ましくは、５ｍｏｌ％以下である。

（５）本発明の光学材料は、アルミニウムの一部がスカンジウムで置換されていてもよい。
（６）本発明の光学材料は、アルミニウム又はスカンジウムの一部がテルビウム、セリウム、イットリウム、ルテチウム、イッテルビウム、ツリウムのいずれか１種又は２種以上で置換されていてもよい。
（７）本発明の光学材料は、アルミニウム又はスカンジウムの一部が＋２価と＋４価の元素の組み合わせで置換されても良い。
（８）本発明の光学材料は、下記化学式（Ｉ）で表されることが好ましい。

　（（Ｔｂ_１－ｚＣｅ_ｚ）_１－ｙＬ_ｙ）_ａ（Ｍ_１－ｘＮ_ｘ）_ｂＡｌ_ｃＯ_１２－ｗ…（Ｉ）

　上記化学式（Ｉ）中、ＬはＳｃ、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｈｆ又はＺｒのいずれか１種又は２種以上を表し、ＭはＳｃを表し、ＮはＴｂ、Ｃｅ、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｈｆ又はＺｒのいずれか１種又は２種以上を表す。ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚ及びｗは下記式を満たす。

２．５≦ａ≦３．５…（ＩＩ）
０≦ｂ≦２．５…（ＩＩＩ）
２．５≦ｃ≦５．５…（ＩＶ）
０≦ｘ≦１…（Ｖ）
０≦ｙ≦０．５…（ＶＩ）
０．０００１≦ｚ≦０．５…（ＶＩＩ）
０≦ｗ≦０．５…（ＶＩＩＩ）

（９）本発明の光学材料の製造方法は、融液成長法による単結晶の製造方法であって、少なくとも酸化テルビウム、酸化アルミニウム及び酸化セリウムを含む粉末原料を加熱溶解し、得られた溶液から種結晶を引き上げてテルビウム・セリウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶を育成することを特徴とする。
（１０）本発明の光学材料の製造方法は、前記粉末原料に、更に、酸化スカンジウムを添加してから、加熱溶解して、溶液を調整することが好ましい。
（１１）本発明の光学材料の製造方法は、テルビウムとセリウムの総モル数に対するセリウムの組成比が５ｍｏｌ％以下となるように単結晶を育成することが好ましい。

（１２）本発明の発光装置は、上記（１）～（８）のいずれかに記載の光学材料をＵＶ光励起黄色発光材料とした板材と、光出射面を有するＵＶ発光素子と、を有し、板材の一面と光出射面が対向するように、ＵＶ発光素子に対してＵＶ光励起黄色発光材料が配置されていることを特徴とする。
（１３）ＵＶ発光素子の発光ピーク波長は、好ましくは、２５０ｎｍ～４２５ｎｍの範囲にある。
（１４）好ましくは、ＵＶ発光素子の光出射面に接してＵＶ光励起黄色発光材料が配置されている。
（１５）好ましくは、ＵＶ発光素子の光出射面に離間してＵＶ光励起黄色発光材料が配置されている。
（１６）好ましくは、前記ＵＶ光励起黄色発光材料に加え、さらにＵＶ光励起青色発光材料が配置されている。
（１７）ＵＶ光励起青色発光材料は、好ましくは、Ｃｅ：Ｒ_２ＳｉＯ_５（ＲはＬｕ、Ｙ、Ｇｄのいずれか１種又は２種以上）単結晶である。

（１８）本発明の光アイソレータは、上記（１）～（８）のいずれかに記載の光学材料を有し、偏光依存型又は偏光無依存型であることを特徴とする。
（１９）本発明の光アイソレータは、偏光無依存型であることが好ましい。

（２０）本発明の光加工器は、上記（１８）又は（１９）に記載の光アイソレータと、レーザ光源と、を有し、光アイソレータが、レーザ光源から出射されるレーザ光の光路上に配置されていることを特徴とする。
（２１）本発明の光加工器は、レーザ光源の発振波長が１０８０ｎｍであることが好ましい。

　本発明の光学材料は、ＵＶ光励起黄色発光材料として利用できる。ＵＶ光励起黄色発光材料は、セリウム添加テルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶の構成でなるので、大電流を流し、ＵＶ光励起により、高輝度で発光させても、安定して高効率で黄色発光させることができる。

　本発明のＵＶ光励起黄色発光材料の製造方法は、酸化テルビウム、酸化スカンジウム、酸化アルミニウム及び酸化セリウムを含む粉末原料を調整する工程と、前記粉末原料を加熱溶解して得られた溶液から種結晶を引き上げ、融液成長法により、Ｔｂ元素とＣｅ元素の総モル数に対するＣｅ元素の組成比が５ｍｏｌ％以下となるようにセリウム添加テルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶を育成する工程と、を有する構成である。これにより、長期間安定して、高輝度・高効率で黄色発光可能な発光材料を容易に製造することができる。

　本発明の発光装置は、先に記載のＵＶ光励起黄色発光材料からなる板材と、光出射面を有するＵＶ発光素子と、を有し、前記板材の一面と前記光出射面が対向するように、前記ＵＶ発光素子に対して前記ＵＶ光励起黄色発光材料が配置されている構成である。これにより、前記ＵＶ発光素子からの発光が前記ＵＶ光励起黄色発光材料に入射され、前記ＵＶ発光素子からの発光が前記ＵＶ光励起黄色発光材料を励起して発光させる。従って、本発明の発光装置によれば、バインダーを用いることなく、長期間、高効率・高輝度で黄色発光させることが可能な発光装置を提供することができる。また、回路を単純化でき、製造コストを安くできる。

　本発明の発光装置は、前記ＵＶ光励起黄色発光材料に接してさらにＵＶ光励起青色発光材料が配置されている構成であってもよい。この場合は、前記ＵＶ発光素子からの発光が前記ＵＶ光励起黄色発光材料に加えて、前記ＵＶ光励起青色発光材料を励起して発光させる。これにより、エポキシ樹脂を用いることなく、長期間、高効率・高輝度で白色発光させることが可能な発光装置を提供することができる。また、回路を単純化でき、製造コストが安くできる。

　本発明の光学材料は、光アイソレータ材料にも利用できる。本発明の光アイソレータ材料は、Ｃｅを含有する酸化物材料、好ましくは単結晶であるので、テルビウムよりも大きなファラデー回転角を有するＣｅを含有することとなり、ファラデー回転角を大きくすることができる。また、波長５００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長域において、ＴＧＧ単結晶及びＴＳＬＡＧ単結晶を超える大きなファラデー回転角を備える材料とすることができる。また、同波長域の透過率（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）を７９％以上にできる。これはコーティングを施すことにより更なる増加が可能である。更に、１０ｍｍ径以上の大径化を実現でき、上記特性を有する単結晶を大径化することで、光アイソレータに容易に加工することができる。

　本発明の光アイソレータ材料は、テルビウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶のテルビウム（Ｔｂ）の一部がセリウム（Ｃｅ）で置換されているテルビウム・セリウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶である。これにより、本発明の光アイソレータ材料は、テルビウムよりも大きなファラデー回転角を有するＣｅを含有することとなり、ファラデー回転角を大きくすることができる。また、波長５００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長域において、ＴＧＧ単結晶及びＴＳＬＡＧ単結晶を超える大きなファラデー回転角を備える材料とすることができる。また、同波長域の透過率（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）を７９％以上にできる。これはコーティングを施すことにより更なる増加が可能である。更に、１０ｍｍ径以上の大径化を実現でき、大径化により、光アイソレータに容易に加工することができる。

　本発明の光アイソレータ材料の製造方法は、融液成長法による単結晶の製造方法であって、少なくとも酸化テルビウム、酸化アルミニウム及び酸化セリウムを含む粉末原料を加熱溶解し、得られた溶液から種結晶を引き上げてテルビウム・セリウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶を育成する。これにより、先に記載の光アイソレータ材料を、容易に製造でき、量産も容易であり、製造コストを低減できる。１０ｍｍ径以上の大径化も容易であるので、製造コストをより低減できる。

　本発明の光アイソレータは、先に記載の光アイソレータ材料を有し、偏光依存型又は偏光無依存型である。これにより、発振波長が１０８０ｎｍのＹｂドープファイバレーザに対して、また、５００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長域であっても、光アイソレータによりレーザ光源の出力の低下を防止できる。また、同波長域において、ＴＧＧ単結晶及びＴＳＬＡＧ単結晶を超えるファラデー回転角を備えるようにできる。これにより、ＴＧＧ単結晶及びＴＳＬＡＧ単結晶を用いた場合よりも光アイソレータを小型化できる。更にＴＳＬＡＧ単結晶に対してＬｕを含まない構成にできるので、大幅なコストダウンができる。また、１０ｍｍ径以上の大径化と高品質化ができる単結晶を備えるので、光アイソレータに加工できる。
以上により、反射戻り光を効率よくカットし、光源の劣化を防止できるとともに、高出力の光に対する耐久性の高い光アイソレータとすることができる。

　本発明の光加工器は、先に記載の光アイソレータと、レーザ光源とを有し、前記光アイソレータが、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の光路上に配置されている。これにより、本発明の光加工器は、光源として発振波長が１０８０ｎｍのＹｂドープファイバレーザを用いたときに、反射戻り光を効率よくカットし、光源の劣化を防止できるとともに、高出力の光に対して耐久性を高く使用できる。また、光アイソレータの小型化により、光加工器を小型化できる。

本発明の実施形態に係るＵＶ光励起黄色発光材料の製造方法の一例を示す工程図である。本発明の第１の実施形態に係る発光装置の模式図であり、（ａ）は発光装置の断面図、（ｂ）は発光装置を構成する発光素子及びその周辺部の断面図である。第２の実施形態に係る発光装置の模式図であり、（ａ）は発光装置の断面図、（ｂ）は発光装置を構成する発光素子及びその周辺部の断面図、（ｃ）は発光装置を構成する発光素子の平面図である。第３の実施形態の発光装置の断面図である。第４の実施形態の発光装置の断面図である。第５の実施形態の発光装置の模式図であり、（ａ）は発光装置の断面図、（ｂ）は発光装置を構成する発光素子の断面図である。第６の実施形態の発光装置の断面図である。第７の実施形態の発光装置の断面図である。第８の実施形態の発光装置の断面図である。第９の実施形態の発光装置の断面図である。第１０の実施形態の発光装置の断面図である。本発明の光アイソレータの一例を第１１の実施形態として示す概略図である。本発明に係る単結晶を用いた光加工器の一例を示す概略図である。結晶Ａ（実施例１サンプル）の写真を示す図である。結晶Ａ（実施例１サンプル）の蛍光スペクトルを示す図である。結晶Ａ（実施例１サンプル）の励起スペクトルを示す図である。実施例１のＴＣＳＡＧ２％単結晶及び実施例２のＴＣＳＡＧ２０％単結晶の透過スペクトルを示すグラフである。実施例１（ＴＣＳＡＧ２％単結晶）、実施例２（ＴＣＳＡＧ２０％単結晶）及び比較例１（ＴＧＧ単結晶）、比較例２（ＴＳＬＡＧ単結晶）のベルデ定数（Ｖｅｒｄｅｔ　ｃｏｎｓｔａｎｔ）と波長との関係を示すグラフである。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｊ…発光装置
２…ＵＶ光励起黄色発光材料
２ａ…第１の面
２ｂ…第２の面（光出射面）
３…セラミック基板
４，５…本体、
４Ａ，５Ａ…開口部
４ｂ…上面
６…透明基板
７，１０，１０Ａ…ＵＶ発光素子
１１…素子基板
１１ａ…第１の主面
１１ｂ…第２の主面（光出射面）
１２…ｎ型ＡｌＧａＮ：Ｓｉ層、
１３…発光層
１４…ｐ型ＡｌＧａＮ：Ｍｇ層、
１５Ａ…ｎ側電極
１５Ｂ…ｐ側電極
１６…バンプ
２０…結晶引上げ炉
２１…ルツボ
２２…筒状容器
２３…高周波コイル
２４…溶液
２５…種結晶
２６…育成結晶、
３１，３２…配線部、
４０，５０…反射面、
５１…保持部
６１，６２…配線部
７０…Ｇａ_２Ｏ_３基板
７１…バッファ層
７２…ｎ^＋－ＧａＮ層
７３…ｎ－ＡｌＧａＮ層
７４…ＭＱＷ層
７５…ｐ－ＡｌＧａＮ層
７６…ｐ^＋－ＧａＮ層
７７…ｐ電極
７８…ｎ電極
９５，９６，９７…ＵＶ光励起青色発光材料
１２１，１２２…ＵＶ光励起黄色発光材料
１２１ａ，１２２ａ…第１の面
１２１ｂ，１２２ｂ…第２の面
１４０…透明電極
１４０ｂ…表面（光出射面）
２０１…偏光子
２０２…検光子
２０３…光アイソレータ材料（ファラデー回転子）
２１０…光アイソレータ
２１１…レーザ光源
２２０…光加工器
３１１，３２１，６１１，６２１…ボンディングワイヤ
Ｌ…レーザ光
Ｐ…光路
Ｑ…被加工体

　以下、本発明を幾つかの実施形態及び実施例により詳細に説明する。
［第１の実施形態］
＜ＵＶ光励起黄色発光材料＞
　まず、本発明の実施形態である光学材料としてのＵＶ光励起黄色発光材料について説明する。
　本発明の実施形態であるＵＶ光励起黄色発光材料は、セリウム添加テルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶（以下、Ｃｅ：ＴＳＡＧ又はＴＣＳＡＧ型単結晶とも称する。）である。

　本発明の実施形態であるＵＶ光励起黄色発光材料は、Ｔｂ（テルビウム）元素とＣｅ（セリウム）元素の総モル数に対して５ｍｏｌ％以下の組成比でＣｅ元素が添加されていることが好ましい。これにより、２５０～４２５ｎｍの範囲に励起ピーク波長を有し、５００～６３０ｎｍの範囲に発光ピーク波長を有する黄色発光材料とすることができる。ＵＶ光励起黄色発光材料は、２５０～４２５ｎｍの範囲に発光ピーク波長を有するＵＶ発光素子と組み合わせることにより、高輝度・高効率の黄色発光装置とすることができる。

　本発明の実施形態であるＵＶ光励起黄色発光材料は、スカンジウム（Ｓｃ）の一部がテルビウム、セリウム、イットリウム（Ｙ）、ルテチウム（Ｌｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ツリウム（Ｔｍ）のいずれか１種又は２種以上で置換されていてもよい。また、前記スカンジウムの一部が＋２価と＋４価の元素の組み合わせで置換されてもよい。このようにしても、２５０～４２５ｎｍの範囲に励起ピーク波長を有し、５００～６３０ｎｍの範囲に発光ピーク波長を有する黄色発光材料とすることができる。

　本発明の実施形態であるＵＶ光励起黄色発光材料は、化学式（Ｉ）で表されることが好ましい。
　（（Ｔｂ_１－ｚＣｅ_ｚ）_１－ｙＬ_ｙ）_ａ（Ｍ_１－ｘＮ_ｘ）_ｂＡｌ_ｃＯ_１２－ｗ…（Ｉ）
　式（Ｉ）中、Ｌは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｈｆ（ハフニウム）及びＺｒ（ジルコニウム）のうちのいずれか１種又は２種以上を表し、ＭはＳｃを表し、Ｎは、Ｔｂ、Ｃｅ、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｈｆ及びＺｒのうちいずれか１種又は２種以上を表す。ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚ及びｗはそれぞれ、
２．５≦ａ≦３．５…（ＩＩ）
０≦ｂ≦２．５…（ＩＩＩ）
２．５≦ｃ≦５．５…（ＩＶ）
０≦ｘ≦１…（Ｖ）
０≦ｙ≦０．５…（ＶＩ）
０．０００１≦ｚ≦０．５…（ＶＩＩ）
０≦ｗ≦０．５…（ＶＩＩＩ）
を満たす。

　上記範囲とすることにより、単結晶作製時のクラックなどの欠陥を抑制できる。また、２５０～４２５ｎｍの範囲に励起ピーク波長を有し、５００～６３０ｎｍの範囲に発光ピーク波長を有する黄色発光材料とすることができ、ＵＶ光励起により、高輝度・高効率で黄色発光させることができる。

　Ｔｂ元素とＣｅ元素の総モル数に対するＣｅ元素の組成比が５ｍｏｌ％以下となる組成範囲では、Ｔｂ元素に対してＣｅ元素を添加することにより、黄色発光を得て、蛍光強度を飛躍的に向上させることができる。一方、Ｃｅ元素の組成比を５ｍｏｌ％超とした場合には、濃度消光により、蛍光強度が低下する。

＜ＵＶ光励起黄色発光材料の作製方法＞
　次に、本発明の実施形態に係るＵＶ光励起黄色発光材料の製造方法について説明する。
　図１は、ＵＶ光励起黄色発光材料の製造方法の一例を示す工程図である。図１には、ＵＶ光励起黄色発光材料（単結晶）育成の為に用いられる結晶引上げ炉２０が示されている。結晶引上げ炉２０は、イリジウム（Ｉｒ）製のルツボ２１と、ルツボ２１を収容するセラミック製の筒状容器２２と、筒状容器２２の周囲に巻回される高周波コイル２３とを主として備えている。高周波コイル２３は、ルツボ２１に誘導電流を生じさせ、ルツボ２１を加熱する。

　結晶引上げ炉２０を用いて、融液成長法により、ガーネット型単結晶のＵＶ光励起黄色発光材料２（図２に示している。）を育成する。まず、育成すべき単結晶組成に基づく配合率で、Ｔｂ_４Ｏ_７粉末、Ｓｃ_２Ｏ_３粉末、Ａｌ_２Ｏ_３粉末、ＣｅＯ_２粉末を湿式混合してから乾燥して、粉末原料を調整する。この粉末原料には、必要に応じ、他の粉末原料を少なくとも１種以上さらに混合してもよい。なお、湿式混合の代わりに乾式混合させてもよい。

　上記粉末原料をルツボ２１に詰める。高周波コイル２３に高周波電流を印加して、ルツボ２１を加熱し、ルツボ２１内の粉末原料を室温から、粉末原料を溶解可能な温度まで加熱する。これにより粉末原料が溶解され、溶液２４が得られる。

　次に、棒状の結晶引き上げ軸として用いる種結晶２５を用意する。種結晶２５としては、例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）などのガーネット型単結晶を用いることができる。

　種結晶２５の先端を溶液２４に接触させた後、種結晶２５を所定の回転数で回転させながら、所定の引上げ速度で引き上げる。種結晶２５の回転数は、好ましくは３～５０ｒｐｍとし、より好ましくは３～１０ｒｐｍとする。種結晶２５の引き上げ速度は、好ましくは０．１～１０ｍｍ／ｈとし、より好ましくは０．５～３ｍｍ／ｈとする。種結晶２５の引上げは、不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましく、不活性ガスとしては、Ａｒ、窒素などを用いることができる。酸素をわずかに混合してもよい。種結晶２５を不活性ガス雰囲気下にするためには、密閉ハウジング中に不活性ガスを所定の流量で導入しながら排出すればよい。

　上記条件で、種結晶２５を引き上げることにより、種結晶２５の先端にバルク状の育成結晶２６を得ることができる。育成結晶２６は、Ｔｂの一部がＣｅで置換されているセリウム添加テルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶で、上記化学式（Ｉ）で表される単結晶であり、本発明の実施形態であるＵＶ光励起黄色発光材料２、１２１、１２２（後述する図２、図３、図４を参照）である。
　以上の工程により、本発明の実施形態であるＵＶ光励起黄色発光材料２、１２１、１２２である育成結晶２６を容易に作製することができるとともに、本融液成長法では、育成結晶２６の大型化も容易に実現できる。

＜発光装置＞
　次に、本発明の第１の実施形態である発光装置について説明する。
　図２は、本発明の第１の実施形態である発光装置１の模式図であり、（ａ）は、発光装置１の断面図、（ｂ）は、発光装置１を構成するＵＶ発光素子１０及びその周辺部の断面図である。

　図２（ａ）に示すように、発光装置１は、セラミック基板３と、セラミック基板３上に配置されたＵＶ発光素子（ＵＶ－ＬＥＤ）１０と、セラミック基板３上で、ＵＶ発光素子１０の周囲に壁状に設けられた本体４とを備えて概略構成されている。
　セラミック基板３は、Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミックからなる板状部材である。セラミック基板３の表面には、タングステン等の金属からなる配線部３１、３２がパターン形成されている。本体４は、セラミック基板３上に形成された白色の樹脂からなる部材であり、その中央部に開口部４Ａが形成されている。開口部４Ａは、セラミック基板３側から外部に向かって徐々に開口幅が大きくなるテーパ状に形成されている。開口部４Ａの内面は、ＵＶ発光素子１０からの光を外部に向かって反射する反射面４０とされている。

　図２（ｂ）に示すように、ＵＶ発光素子１０は、そのｎ側電極１５Ａ及びｐ側電極１５Ｂがセラミック基板３の配線部３１、３２にバンプ１６，１６によってセラミック基板３に実装され、電気的に接続されている。

＜ＵＶ発光素子＞
　ＵＶ発光素子１０は、２５０～４２５ｎｍの範囲に発光ピーク波長を有する紫外（ＵＶ）光を発光させることが可能なフリップチップ型素子が用いられている。材料としては、ＡｌＧａＮ系半導体化合物を用いることができる。

　図２（ｂ）に示すように、ＵＶ発光素子１０は、サファイア等からなる素子基板１１の第１の主面１１ａに、バッファ層及びｎ^＋－ＧａＮ：Ｓｉ層を介したｎ型ＡｌＧａＮ：Ｓｉ層１２、多重量子井戸構造を備えるＡｌＧａＮ発光層１３、及びｐ^＋－ＧａＮ：Ｍｇ層をｐ型電極側に介したｐ型ＡｌＧａＮ：Ｍｇ層１４がこの順に形成されている。ｎ型ＡｌＧａＮ：Ｓｉ層１２の露出部分にはｎ側電極１５Ａが、ｐ型ＡｌＧａＮ：Ｍｇ層１４の表面にはｐ側電極１５Ｂが、それぞれ形成されている。

　発光層１３は、ｎ型ＡｌＧａＮ：Ｓｉ層１２及びｐ型ＡｌＧａＮ：Ｍｇ層１４からキャリアが注入されることにより、ＵＶ光を発する。このＵＶ光は、ｎ型ＡｌＧａＮ：Ｓｉ層１２及び素子基板１１を透過して、素子基板１１の第２の主面１１ｂから出射される。すなわち、素子基板１１の第２の主面１１ｂは発光素子１０の光出射面である。なお、光出射面は、ＵＶ発光素子の面であって、素子の内部から外部に光出射される面である。特に、出射される光の量が多い面である。

　本発明の実施形態によるＵＶ光励起黄色発光材料２は、ＵＶ発光素子１０の光出射面である素子基板１１の第２の主面１１ｂに接して、第２の主面１１ｂの全体を覆うように、配置されている。

　本発明の実施形態に係るＵＶ光励起黄色発光材料２は、単一の単結晶からなる平板状なので、素子基板１１に対向する第１の面２ａを、素子基板１１の第２の主面１１ｂとの間にエポキシ樹脂を介在させることなく、素子基板１１に直接接触させて固定することができる。なお、ＵＶ光励起黄色発光材料２の固定方法としては、金属片を用いて固定する方法等がある。ここで、単一の単結晶とは、第２の主面１１ｂと同等もしくはそれ以上の大きさを有し、実質的に全体が一つの単結晶とみなせるものをいう。第１の面２ａを、素子基板１１の第２の主面１１ｂとの間にエポキシ樹脂を介在させることなく、素子基板１１に直接接触させて固定することにより、ＵＶ発光素子１０からの光の損失を少なくしてＵＶ光励起黄色発光材料２に入射させることができる。これにより、ＵＶ光励起黄色発光材料２の発光効率を向上させることができる。

＜発光装置の発光機構＞
　図２に示す第１の実施形態に係る発光装置１で、ＵＶ発光素子１０に通電すると、配線部３１、ｎ側電極１５Ａ、及びｎ型ＡｌＧａＮ：Ｓｉ層１２を介して電子が、発光層１３に注入される。配線部３２、ｐ側電極１５Ｂ、及びｐ型ＡｌＧａＮ：Ｍｇ層１４を介して正孔が、発光層１３に注入されて、発光層１３がＵＶ発光する。発光層１３のＵＶ光は、ｎ型ＡｌＧａＮ：Ｓｉ層１２及び素子基板１１を透過して素子基板１１の第２の主面１１ｂから出射され、ＵＶ光励起黄色発光材料２の第１の面２ａに入射する。

　第１の面２ａから入射したＵＶ光は、励起光としてＵＶ光励起黄色発光材料２を励起する。ＵＶ光励起黄色発光材料２は、ＵＶ発光素子１０からのＵＶ光を吸収し、吸収したＵＶ光を例えば５００～６３０ｎｍの範囲に発光ピーク波長を有する黄色系の光に波長変換する。これにより、発光装置１は黄色光を放射する。

　第１の実施形態による発光装置１は、単一の単結晶からなる平板状のＵＶ光励起黄色発光材料２を用い、粒状の蛍光体を保持するエポキシ樹脂等の結合剤（バインダー）を用いない構成なので、結合剤の劣化、特に、高出力の励起光の照射による劣化を抑制でき、発光効率の低下を抑制することができる。また、粒状の多数の蛍光体を結合した場合に比較して、単一の単結晶からなる平板状のＵＶ光励起黄色発光材料２は表面積を小さくでき、外部環境の影響による特性劣化を抑制できる。単一の単結晶からなる平板状のＵＶ光励起黄色発光材料２を用いる構成なので、ＵＶ光励起黄色発光材料２の量子効率を高めて、発光装置の発光効率を高めることができる。第１の実施形態の発光装置１は、ＵＶ光励起黄色発光材料２としてＣｅ：ＴＳＡＧ型単結晶を用いるので、ＵＶ発光素子からのＵＶ光をＵＶ光励起黄色発光材料２に効率よく吸収させて、高量子効率で、黄色系の光を高輝度で発光させることができる。

［第２の実施形態］
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
　図３は、第２の実施形態に係る発光装置１Ａの模式図であり、（ａ）は発光装置１Ａの断面図、（ｂ）は発光装置１Ａを構成するＵＶ発光素子１０Ａ及びその周辺部の断面図、（ｃ）は、ＵＶ発光素子１０Ａの平面図である。

　第２の実施形態の発光装置１Ａは、ＵＶ発光素子１０Ａの発光光を単一の単結晶からなるＵＶ光励起黄色発光材料１２１に入射して波長変換する構成は第１の実施形態による発光装置１と共通する。しかしながら、ＵＶ発光素子１０Ａの構成及びＵＶ発光素子に対するＵＶ光励起黄色発光材料１２１の配置位置が第１の実施形態とは異なっている。以下、第１の実施形態について説明したものと同一の機能及び構成を有する発光装置１Ａの構成要素については共通する符号を付して説明を省略し、主として相違する構成を説明する。

　図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、発光装置１Ａは、ＵＶ発光素子１０Ａの素子基板１１がセラミック基板３側を向くように配置されている。また、ＵＶ発光素子１０Ａの開口部４Ａ側に、Ｃｅ：ＴＳＡＧ系の単一の単結晶からなるＵＶ光励起黄色発光材料１２１が接合されている。ＵＶ光励起黄色発光材料１２１としては、本発明の実施形態において記載した組成と同一のものを用いることができる。

　図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ＵＶ発光素子１０Ａは、素子基板１１、ｎ型ＡｌＧａＮ：Ｓｉ層１２、発光層１３、ｐ型ＡｌＧａＮ：Ｍｇ層１４を有している。さらに、ＵＶ発光素子１０Ａは、ｐ型ＡｌＧａＮ：Ｍｇ層１４の上にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ：酸化インジウムスズ）からなる透明電極１４０を有している。透明電極１４０の上にはｐ側電極１５Ｂ（図３（ｃ）に示す。）が形成されている。透明電極１４０は、ｐ側電極１５Ｂから注入されたキャリアを拡散してｐ型ＡｌＧａＮ：Ｍｇ層１４に注入する。

　ＵＶ光励起黄色発光材料１２１は、図３（ｃ）に示すように、ｐ側電極１５Ｂ、及びｎ型ＡｌＧａＮ：Ｓｉ層１２上に形成されたｎ側電極１５Ａに対応する部分に切り欠きを有する略四角形状に形成されている。ＵＶ光励起黄色発光材料１２１の組成は、本発明の実施形態におけるＵＶ光励起黄色発光材料の組成と同様である。

　図３（ａ）に示すように、ＵＶ発光素子１０Ａのｎ側電極１５Ａは、ボンディングワイヤ３１１によってセラミック基板３の配線部３１に接続されている。また、ＵＶ発光素子１０Ａのｐ側電極１５Ｂは、ボンディングワイヤ３２１によってセラミック基板３の配線部３２に接続されている。

　以上のように構成されたＵＶ発光素子１０Ａに通電すると、配線部３１、ｎ側電極１５Ａ、及びｎ型ＡｌＧａＮ：Ｓｉ層１２を介して電子が発光層１３に注入される。また配線部３２、ｐ側電極１５Ｂ、透明電極１４０、及びｐ型ＡｌＧａＮ：Ｍｇ層１４を介して正孔が発光層１３に注入されて、発光層１３がＵＶ発光する。

　発光層１３のＵＶ光は、ｐ型ＡｌＧａＮ：Ｍｇ層１４及び透明電極１４０を透過して透明電極１４０の表面１４０ｂから出射される。すなわち、透明電極１４０の表面１４０ｂはＵＶ発光素子１０Ａの光出射面である。透明電極１４０の表面１４０ｂから出射された光は、ＵＶ光励起黄色発光材料１２１の第１の面１２１ａに入射する。

　第１の面１２１ａからＵＶ光励起黄色発光材料１２１に入射したＵＶ光は、励起光としてＵＶ光励起黄色発光材料１２１を励起する。ＵＶ光励起黄色発光材料１２１は、ＵＶ発光素子１０ＡからのＵＶ光を吸収し、吸収した光を主として黄色光に波長変換する。より詳細には、ＵＶ光励起黄色発光材料１２１は、発光素子１０Ａからの２５０～４２５ｎｍの範囲に発光ピーク波長を有するＵＶ光で励起されて５００～６３０ｎｍの範囲に発光ピーク波長を有する黄色系の光を発する。このように、発光装置１Ａは、黄色光を放射する。本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の作用及び効果が得られる。

［第３の実施形態］
　次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
　図４は、第３の実施形態に係る発光装置１Ｂの断面図である。この発光装置１Ｂでは、ＵＶ発光素子１０の発光光を単一の単結晶からなるＵＶ光励起黄色発光材料１２２に入射して波長変換する構成は第１の実施形態に係る発光装置１と共通する。しかしながら、ＵＶ光励起黄色発光材料１２２の配置位置が第１の実施形態とは異なっている。以下、第１又は第２の実施形態について説明したものと同一の機能及び構成を有する発光装置１Ｂの構成要素については共通する符号を付して説明を省略し、主として相違する構成を説明する。

　図４に示すように、発光装置１Ｂは、セラミック基板３上に、第１の実施形態と同様の構成を有するＵＶ発光素子１０を備えている。ＵＶ発光素子１０は、本体４の開口部４Ａ側に位置する素子基板１１（図２（ｂ）参照）の第２の主面１１ｂから本体４の開口部４Ａ側に向かってＵＶ光を出射する。

　本体４には、その開口部４Ａを覆うように、ＵＶ光励起黄色発光材料１２２が接合されている。ＵＶ光励起黄色発光材料１２２は平板状に形成され、本体４の上面４ｂに結合されている。ＵＶ光励起黄色発光材料１２２としては、本発明の実施形態において記載した各組成のものを用いることができる。また、ＵＶ光励起黄色発光材料１２２は、ＵＶ発光素子１０よりも大きく、全体が実質的に一つの単結晶である。

　以上のように構成された発光装置１Ｂに通電すると、ＵＶ発光素子１０が発光し、第２の主面１１ｂからＵＶ光励起黄色発光材料１２２に向かってＵＶ光を出射する。ＵＶ光励起黄色発光材料１２２は、ＵＶ発光素子１０の出射面に面した第１の面１２２ａから発光素子１０のＵＶ光を入射し、このＵＶ光によって励起された黄色光を第２の面１２２ｂから外部に放射する。このように、発光装置１Ｂは、黄色光を放射する。

　本実施形態によっても、第１の実施形態について説明したのと同様の作用及び効果が得られる。また、ＵＶ発光素子１０とＵＶ光励起黄色発光材料１２２とが離間しているので、ＵＶ発光素子１０の出射面にＵＶ光励起黄色発光材料を接合する場合に比較して大型のＵＶ光励起黄色発光材料１２２を用いることができ、発光装置１Ｂの組み付けの容易性が高まる。

［第４の実施形態］
　次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
　図５は、第４の実施形態に係る発光装置１Ｃの断面図である。図５に示すように、この発光装置１Ｃは、ＵＶ発光素子１０Ａと、ＵＶ発光素子１０Ａが実装される基板６及びＵＶ光励起黄色発光材料１２２との位置関係が第３の実施形態とは異なっている。以下、第１、第２又は第３の実施形態について説明したものと同一の機能及び構成を有する発光装置１Ｃの構成要素については共通する符号を付して説明を省略し、主として相違する構成を説明する。

　第４の実施形態に係る発光装置１Ｃは、白色の樹脂からなる本体５と、本体５に形成されたスリット状の保持部５１に保持された透明基板６と、本体５の開口部５Ａを覆うように配置されたＣｅ：ＴＳＡＧ系の単一の単結晶からなるＵＶ光励起黄色発光材料１２２と、透明基板６のＵＶ光励起黄色発光材料１２２側の面とは反対側の面に実装されたＵＶ発光素子１０Ａと、ＵＶ発光素子１０Ａに通電するための配線部６１，６２とを備えて構成されている。ＵＶ光励起黄色発光材料１２２の組成は、本発明の実施形態に係るＵＶ光励起黄色発光材料と同様である。

　本体５は、その中心部に曲面上の凹部が形成され、この凹部の表面がＵＶ発光素子１０Ａの発光光をＵＶ光励起黄色発光材料１２２側に反射する反射面５０とされている。
　透明基板６は、例えばシリコーン樹脂やアクリル樹脂、ＰＥＴ等透光性をもつ樹脂、又はガラス状物質、サファイア、セラミックス、石英、ＡｌＮ等単結晶若しくは多結晶からなる透光性をもつ部材からなる。透明基板６は、ＵＶ発光素子１０ＡのＵＶ光を透過させる透光性及び絶縁性を有している。また、透明基板６には、配線部６１，６２の一部が接合されている。ＵＶ発光素子１０Ａのｎ側電極及びｐ側電極と配線部６１，６２の一端部との間は、ボンディングワイヤ６１１，６２１により電気的に接続されている。

　以上のように構成された発光装置１Ｃに通電すると、ＵＶ発光素子１０Ａが発光し、ＵＶ光の一部は透明基板６を透過してＵＶ光励起黄色発光材料１２２の第１の面１２２ａに入射する。また、ＵＶ光の他の一部は、本体５の反射面５０で反射して透明基板６を透過し、ＵＶ光励起黄色発光材料１２２の第１の面１２２ａに入射する。ＵＶ光励起黄色発光材料１２２に入射したＵＶ光は、ＵＶ光励起黄色発光材料１２２に吸収されて波長変換される。このように、発光装置１Ｃは、ＵＶ光励起黄色発光材料１２２で波長変換された黄色光を放射する。

　本実施形態によっても、第３の実施形態の効果と同様の効果を有する。また、ＵＶ発光素子１０ＡからＵＶ光励起黄色発光材料１２２側とは反対側に出射した光が反射面５０で反射して透明基板６を透過し、ＵＶ光励起黄色発光材料１２２に入射するので、発光装置１Ｃの光取り出し効率が高くなる。

［第５の実施形態］
　次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
　図６は、第５の実施形態に係る発光装置１Ｄの模式図であり、（ａ）は発光装置１Ｄの断面図、（ｂ）は発光装置１Ｄを構成するＵＶ発光素子７の断面図である。
　図６（ａ）に示すように、この発光装置１Ｄでは、ＵＶ発光素子７の構成及びその配置が第３の実施形態とは異なっている。以下、第１、第２又は第３の実施形態について説明したものと同一の機能及び構成を有する発光装置１Ｄの構成要素については共通する符号を付して説明を省略し、主として相違する構成を説明する。

　発光装置１Ｄには、セラミック基板３に設けられた配線部３２上に、ＵＶ発光素子７が配置されている。

　ＵＶ発光素子７は、図６（ｂ）に示すように、β‐Ｇａ_２Ｏ_３基板７０、バッファ層７１、Ｓｉドープのｎ^＋－ＧａＮ層７２、Ｓｉドープのｎ－ＡｌＧａＮ層７３、ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌ）層７４、Ｍｇドープのｐ－ＡｌＧａＮ層７５、Ｍｇドープのｐ^＋－ＧａＮ層７６、ｐ電極７７が、この順に積層して形成されている。また、β‐Ｇａ_２Ｏ_３基板７０のバッファ層７１と反対側の面には、ｎ電極７８が設けられている。

　β‐Ｇａ_２Ｏ_３基板７０は、ｎ型の導電性を示すβ－Ｇａ_２Ｏ_３からなる。ＭＱＷ層７４は、Ａｌ_ａＧａ_１－ａＮ／Ａｌ_ｂＧａ_１－ｂＮ（ａ，ｂは異なる０以上の数）の多重量子井戸構造を有する発光層である。ｐ電極７７は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）からなる透明電極であり、配線部３２と電気的に接続されている。ｎ電極７８は、ボンディングワイヤ３２１によってセラミック基板３の配線部３１に接続されている。なお、素子基板としては、β－Ｇａ_２Ｏ_３に替えて、ＳｉＣを用いてもよい。

　以上のように構成されたＵＶ発光素子７に通電すると、ｎ電極７８、β‐Ｇａ_２Ｏ_３基板７０、バッファ層７１、ｎ^＋－ＧａＮ層７２、及びｎ－ＡｌＧａＮ層７３を介して電子がＭＱＷ層７４に注入される。また、ｐ電極７７、ｐ^＋－ＧａＮ層７６、ｐ－ＡｌＧａＮ層７５を介して正孔がＭＱＷ層７４に注入されて、ＵＶ光を発する。このＵＶ光は、β‐Ｇａ_２Ｏ_３基板７０等を透過してＵＶ発光素子７の光出射面７ａから出射され、ＵＶ光励起黄色発光材料１２２の第１の面１２２ａに入射する。ＵＶ光励起黄色発光材料１２２は、ＵＶ発光素子７の光出射面に面した第１の面１２２ａからＵＶ発光素子７のＵＶ光を入射し、このＵＶ光によって励起された黄色光を第２の面１２２ｂから外部に放射する。このように、発光装置１Ｄは、黄色光を放射する。本実施形態によっても、第３の実施形態と同様の作用及び効果が得られる。

［第６の実施形態］
　次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
　図７は、第６の実施形態に係る発光装置１Ｅの断面図である。図７に示すように、本実施形態では、ＵＶ発光素子１０上のＵＶ光励起黄色発光材料２上にＵＶ光励起青色発光材料９５が配置された他は、第１の実施形態の構成と同様とされている。以下、前に説明したものと同一の機能及び構成を有する発光装置の構成要素については共通する符号を付して説明を省略し、主として、相違する構成を説明する。

　発光装置１Ｅには、ＵＶ発光素子１０上のＵＶ光励起黄色発光材料２上にＵＶ光励起青色発光材料９５が配置されている。これにより、ＵＶ光励起黄色発光材料２は、ＵＶ発光素子１０からのＵＶ光の一部により黄色光を放射し、ＵＶ光励起青色発光材料９５は、ＵＶ発光素子１０からのＵＶ光の残りにより青色光を放射する。青色と黄色は補色関係にあるので、発光装置１Ｅは、白色光を放射する。

［第７の実施形態］
　次に、本発明の第７の実施形態について説明する。
　図８は、第７の実施形態に係る発光装置１Ｆの断面図である。図８に示すように、本実施形態では、ＵＶ発光素子１０Ａ上のＵＶ光励起黄色発光材料１２１上にＵＶ光励起青色発光材料９６が配置された他は、第２の実施形態の構成と同様とされている。以下、前に説明したものと同一の機能及び構成を有する発光装置の構成要素については共通する符号を付して説明を省略し、主として、相違する構成を説明する。

　発光装置１Ｆには、ＵＶ発光素子１０Ａ上のＵＶ光励起黄色発光材料１２１上にＵＶ光励起青色発光材料９６が配置されている。これにより、ＵＶ光励起黄色発光材料１２１は、ＵＶ発光素子１０ＡからのＵＶ光の一部により黄色光を放射し、ＵＶ光励起青色発光材料９６は、ＵＶ発光素子１０ＡからのＵＶ光の残りにより青色光を放射する。青色と黄色は補色関係にあるので、発光装置１Ｆは、白色光を放射する。

［第８の実施形態］
　次に、本発明の第８の実施形態について説明する。
　図９は、第８の実施形態に係る発光装置１Ｇの断面図である。図９に示すように、本実施形態では、ＵＶ光励起黄色発光材料１２２上にＵＶ光励起青色発光材料９７が配置された他は第３の実施形態の構成と同様とされている。以下、前に説明したものと同一の機能及び構成を有する発光装置の構成要素については共通する符号を付して説明を省略し、主として、相違する構成を説明する。

　発光装置１Ｇには、ＵＶ光励起黄色発光材料１２２上にＵＶ光励起青色発光材料９７が配置されている。これにより、ＵＶ光励起黄色発光材料１２２は、ＵＶ発光素子１０からのＵＶ光の一部により黄色光を放射し、ＵＶ光励起青色発光材料９７は、ＵＶ発光素子１０からのＵＶ光の残りにより青色光を放射する。青色と黄色は補色関係にあるので、発光装置１Ｇは、白色光を放射する。

［第９の実施形態］
　次に、本発明の第９の実施形態について説明する。
　図１０は、第９の実施形態に係る発光装置１Ｈの断面図である。図１０に示すように、本実施形態では、ＵＶ光励起黄色発光材料１２２上にＵＶ光励起青色発光材料９７が配置された他は第４の実施形態の構成と同様とされている。以下、前に説明したものと同一の機能及び構成を有する発光装置の構成要素については共通する符号を付して説明を省略し、主として、相違する構成を説明する。

　発光装置１Ｈには、ＵＶ光励起黄色発光材料１２２上にＵＶ光励起青色発光材料９７が配置されている。これにより、ＵＶ光励起黄色発光材料１２２は、ＵＶ発光素子１０ＡからのＵＶ光の一部により黄色光を放射し、ＵＶ光励起青色発光材料９７は、ＵＶ発光素子１０ＡからのＵＶ光の残りにより青色光を放射する。青色と黄色は補色関係にあるので、発光装置１Ｈは、白色光を放射する。

［第１０の実施形態］
　次に、本発明の第１０の実施形態について説明する。
　図１１は、第１０の実施形態に係る発光装置１Ｊの断面図である。図１１に示すように、本実施形態では、ＵＶ光励起黄色発光材料１２２上にＵＶ光励起青色発光材料９７が配置された他は、第５の実施形態の構成と同様とされている。以下、前に説明したものと同一の機能及び構成を有する発光装置の構成要素については共通する符号を付して説明を省略し、主として、相違する構成を説明する。

　発光装置１Ｊには、ＵＶ光励起黄色発光材料１２２上にＵＶ光励起青色発光材料９７が配置されている。これにより、ＵＶ光励起黄色発光材料１２２は、ＵＶ発光素子７からのＵＶ光の一部により黄色光を放射し、ＵＶ光励起青色発光材料９７は、ＵＶ発光素子７からのＵＶ光の残りにより青色光を放射する。青色と黄色は補色関係にあるので、発光装置１Ｊは、白色光を放射する。

　本発明の上記第６～第１０の実施形態では、ＵＶ光励起青色発光材料９６，９７はＣｅ：Ｒ_２ＳｉＯ_５（ＲはＬｕ、Ｙ、Ｇｄのいずれか１種又は２種以上）単結晶であることが好ましい。高輝度発光するとともに、所定の大きさへの加工及びＵＶ発光素子又は発光装置への取り付けが容易だからである。

　なお、本発明の第６～第１０の実施形態では、ＵＶ光励起黄色発光材料２，１２１，１２２の外部側、即ち、ＵＶ発光素子１０，１０Ａ，７と反対側にＵＶ光励起青色発光材料９５，９６，９７を取り付けた例を示したが、これに限定されるものではなく、ＵＶ光励起黄色発光材料２，１２１，１２２の内部側、即ち、ＵＶ発光素子１０，１０Ａ，７側にＵＶ光励起青色発光材料９５，９６，９７を取り付けてもよい。

　本発明の第６～第１０の実施形態では、白色光のＣＩＥ色度座標は（０．３３，０．３３）の近傍となるように、ＵＶ光励起黄色発光材料２，１２１，１２２及びＵＶ光励起青色発光材料９５，９６，９７の板厚を調製することが好ましい。これにより、青みがかった白や黄色みがかった白を純白とするように色純度を向上させることができる。

　本発明の第１～第１０の実施形態では、ＵＶ発光素子１０，１０Ａ，７からの発光がＵＶ光励起黄色発光材料２，１２１，１２２に入射されるように、前記ＵＶ発光素子１０，１０Ａ，７に対して前記ＵＶ光励起黄色発光材料２，１２１，１２２が配置されている構成を有している。これにより、ＵＶ発光素子１０，１０Ａ，７からの発光により、効率よく、ＵＶ光励起黄色発光材料２，１２１，１２２を励起させ、高輝度発光させることができる。

　なお、発光装置の形状は上記形状に限定されるものではない。また、一つの発光装置が複数のＵＶ発光素子を有する構成としてもよい。更に色調の異なる赤色蛍光体、緑色蛍光体等の単結晶材料を組み合わせても良い。あるいは効率は多少劣ることになるが、各色、あるいは一部の色の蛍光体単結晶を粉砕することで得られる粉末状の蛍光体としてこれらをバインダーやガラスなどで封じ込める構成としてもよい。セラミックスの合成手法を用いて得られた蛍光体粉末よりも、単結晶を粉砕して得られる蛍光体粉末の方が発光効率、量子効率、温度特性、いずれにおいても優っているためである。これにより、少なくとも蛍光体の特性改善が可能である。

　本発明の実施形態に係るＵＶ光励起黄色発光材料、その製造方法及び発光装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で、種々変更して実施することができる。
本実施形態の光学材料を応用した具体例を以下に示すが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。

［第１１の実施形態］
＜光アイソレータ＞
　本発明の光学材料としての光アイソレータ材料、その製造方法、光アイソレータ及び光加工器について、添付図面を参照して詳細に説明する。

　図１２は、光アイソレータ２１０の一実施形態を示す概略図であり、これを本発明の第１１の実施形態として説明する。
　図１２に示すように、光アイソレータ２１０は、偏光子２０１と、検光子２０２と、偏光子２０１と検光子２０２との間に配置されるファラデー回転子（光アイソレータ材料）２０３とを備えている。ここで、偏光子２０１及び検光子２０２は、それらの透過軸同士が互いに非平行となるように、例えば４５°の角度をなすように配置されている。

　ファラデー回転子２０３には、例えば偏光子２０１から検光子２０２に向かう方向、即ち光Ｌの入射方向に沿って磁束密度Ｂが印加されるようになっている。ファラデー回転子２０３は、磁束密度Ｂの印加により、偏光子２０１を通過した光Ｌについて、その偏光面を回転させて、検光子２０２の透過軸を通過させるようになっている。

　ここで、光アイソレータ２１０は上記構成に限られるものではなく、偏光子２０１又は検光子２０２の少なくともいずれか一つを有する構成であればよい。即ち、偏光子２０１の代わりに検光子２０２を用いて、２枚とも検光子２０２としてもよい。検光子２０２の代わりに偏光子２０１を用いて、２枚とも偏光子２０１としてもよい。上記構成は偏光依存型と呼ばれるが、光アイソレータ２１０の構成はこれに限られることはなく、例えば偏光無依存型としても良い。偏光無依存型は、偏光子２１０及び検光子２０２の代わりに、複屈折結晶からなるくさびを配置した光アイソレータ２１０である。光入射側の複屈折結晶からなるくさびによって偏光を常光と異常光に分離し、ファラデー回転子２０３内を通過させてから、光出射側の複屈折結晶からなるくさびに入射し、この中で、１つの光としてから出射する。しかし、逆方向の光は、最終的に１つの光とならない。入射光の状態を問わず使用でき、汎用性の高いアイソレータとして使用できる。

＜光アイソレータ材料（ファラデー回転子）＞
　次に、ファラデー回転子２０３について詳細に説明する。

　ファラデー回転子２０３は、本発明の光学材料からなる光アイソレータ材料で構成されている。即ち、Ｃｅを含有する酸化物で構成されている。より具体的には、ファラデー回転子２０３は、テルビウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶のテルビウム（Ｔｂ）の一部がセリウム（Ｃｅ）で置換されたテルビウム・セリウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶で構成されている。この構成を有することにより、本発明の実施形態である光アイソレータ材料２０３は、（１）５００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長域の透過率（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）が７９％以上であり（コーティングにより更なる増加が可能）、（２）同波長域のベルデ定数がＴＧＧ単結晶及びＴＳＬＡＧ単結晶より大きく、ＴＧＧ単結晶及びＴＳＬＡＧ単結晶を越えるファラデー回転角を備え、（３）１０ｍｍ径以上の大径化を実現可能である。

　本発明の光アイソレータ材料２０３は、テルビウムに対して０．０１ｍｏｌ％以上５０ｍｏｌ％以下の組成比でテルビウムの一部がセリウムで置換されていることが好ましい。

　この光アイソレータ材料２０３は、アルミニウムの一部がスカンジウムで置換されていてもよい。スカンジウムが含有されていても、前記（１）～（３）の特性を備えた単結晶とすることができる。

　また、この光アイソレータ材料２０３は、アルミニウム、あるいはスカンジウムの一部がテルビウム、セリウム、イットリウム、ルテチウム、イッテルビウム、ツリウムのいずれか１種又は２種以上で置換されていてもよい。これらの元素を含有していても、前記（１）～（３）の特性を備えた単結晶とすることができる。

　上記光アイソレータ材料２０３は、下記化学式（Ｉ）で表されることが好ましい。

　上記の化学式（Ｉ）中、Ｌは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｈｆ及びＺｒのうちのいずれか１種又は２種以上を表し、ＭはＳｃを表し、Ｎは、Ｔｂ、Ｃｅ、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｈｆ及びＺｒのうちのいずれか１種又は２種以上を表す。ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚ及びｗは下記式を満たす。

　上記化学式（Ｉ）中、ａは通常３であるが、構成元素の種類や欠陥等の発生、結晶の安定性により２．５～３．５の範囲で変動し得る。また、ｂは通常２であるが、構成元素の種類や欠陥等の発生、結晶の安定性により、０～２．５の範囲で変動し得る。更にまた、ｃは通常３であるが、構成元素の種類や欠陥等の発生、結晶の安定性により、２．５～５．５の範囲で変動し得る。

　上記化学式（Ｉ）中、Ｎは、Ｔｂ、Ｃｅ、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｈｆ及びＺｒのうちのいずれか１種のみで構成されていてもよく、前記１種のほか更に別のＴｂ、Ｃｅ、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｈｆ及びＺｒのいずれか１種以上を含むものであってもよい。

　ｘが上記範囲内にあると、Ｍ、即ち、ＳｃのサイトへのＮ、即ち、Ｔｂ、Ｃｅ、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｈｆ及びＺｒのうちのいずれか１種又は２種以上の置換効果がより充分に得られ、ｘが１より大きい場合に比べて結晶を安定化させることができ、育成がより容易になる。

　また、ｙが上記範囲内にあると、ｙが上記範囲を外れる場合に比べて、結晶内の歪を小さく抑えられる。ここで、ｙは小さい値であればある程好ましい。即ち、Ｔｂ及びＣｅのサイトは、Ｌ、即ち、Ｓｃ、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｈｆ及びＺｒのうちのいずれか１種又は２種以上の元素でできるだけ置換されていないことが好ましい。ｙが小さい程ベルデ定数を向上させることができる。

　ｚは、Ｔｂに対するＣｅの置換量を示す数である。ＴｂとＣｅの総モル数に対するＣｅのモル数、すなわちＣｅの組成比は０．０１ｍｏｌ％以上５０ｍｏｌ％以下とすることが好ましく、０．０００１≦ｚ≦０．５を満たすことが好ましい。Ｃｅの濃度が高い方がベルデ定数は大きくなるが、あまり濃度が高いと結晶育成が難しくなる。

　アルミニウム、あるいはスカンジウムの一部は＋２価と＋４価の元素の組み合わせで置換されても良い。例えば、Ｃａ^２＋とＭｇ^２＋、Ｚｒ^４＋、Ｈｆ^４＋のような元素の組み合わせで置換されても良い。

＜光アイソレータ材料（ファラデー回転子）の製造方法＞
　次に、上記光アイソレータ材料（ファラデー回転子３）の製造方法について説明する。
　まず、本発明の光学材料からなるファラデー回転子２０３の結晶引き上げ炉を用いた育成方法について、図１を参照しながら説明する。

　まず、Ｔｂ_４Ｏ_７粉末、Ａｌ_２Ｏ_３粉末、ＣｅＯ_２粉末を含む粉末原料を用意する。このとき、粉末原料は、必要に応じ、Ｓｃ_２Ｏ_３粉末、Ｌｕ_２Ｏ_３粉末及びＹ_２Ｏ_３粉末の少なくとも１種をさらに含んでもよい。上記粉末原料は、例えば上記Ｔｂ_４Ｏ_７粉末、Ａｌ_２Ｏ_３粉末及びＣｅＯ_２粉末を乾式混合して得ることができる。乾式混合の代わりに、湿式混合した後、乾燥させてもよい。

　粉末原料中のＴｂ_４Ｏ_７粉末、Ａｌ_２Ｏ_３粉末、ＣｅＯ_２粉末の配合率は、育成すべき単結晶２６の組成に基づいて決定する。

　そして、上記粉末原料をルツボ２１に詰めた後、高周波コイル２３に高周波電流を印加する。すると、ルツボ２１が加熱され、ルツボ２１内で粉末原料が室温から所定の温度まで加熱される。ここで、所定の温度は、粉末原料を溶解させることが可能な温度である。こうして粉末原料が溶解され、溶液２４が得られる。続いて、溶液２４を融液成長法によって成長させる。具体的には、まず棒状の結晶引き上げ軸、即ち種結晶２５を用意する。そして、種結晶２５の先端を溶液２４に接触させた後、種結晶２５を所定の回転数で回転させながら、所定の引上げ速度で引き上げる。

　このとき、種結晶２５としては、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）などのガーネット型単結晶を用いる。種結晶２５の回転数は、好ましくは３～５０ｒｐｍとし、より好ましくは３～１０ｒｐｍとする。種結晶２５の引き上げ速度は、好ましくは０．１～３ｍｍ／ｈとし、より好ましくは０．５～１．５ｍｍ／ｈとする。種結晶２５の引上げは、不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。不活性ガスとしては、Ａｒ、窒素などを用いることができる。種結晶２５を不活性ガス雰囲気下にするためには、密閉ハウジング中に不活性ガスを所定の流量で導入しながら排出すればよい。

　こうして種結晶２５を引き上げると、種結晶２５の先端に、上記化学式（Ｉ）で表されるバルク状の育成結晶２６を得ることができる。このとき、Ｔｂの一部がＣｅで置換されているテルビウム・セリウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶からなる単結晶２６を容易に育成することができ、結晶２６の大型化を実現することができる。

［第１２の実施形態］
＜光加工器＞
　次に、本発明の第１２の実施形態に係る光加工器２２０について図１３を参照しながら詳細に説明する。なお、図１３において、図１２と同一又は同等の構成要素については重複する説明を省略する。

　図１３は、本発明の光加工器２２０の一実施形態を示す概略図である。図１３に示すように、光加工器２２０は、レーザ光源２１１と、レーザ光源２１１から出射されるレーザ光Ｌの光路Ｐ上に配置される光アイソレータ２１０とを備えている。この光加工器２２０によれば、レーザ光源２１１から出射されたレーザ光Ｌが光アイソレータ２１０を通って出射され、その出射光により被加工体Ｑを加工することが可能となっている。

　ここで、光アイソレータ２１０に用いられる光アイソレータ材料２０３は、テルビウム・セリウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶が一例として挙げられる。上述したように、（１）５００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長域の透過率（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）が７９％以上であり（コーティングにより増加可能）、（２）同波長域のベルデ定数がＴＧＧ単結晶及びＴＳＬＡＧ単結晶より大きく、同波長域でＴＧＧ単結晶及びＴＳＬＡＧ単結晶を越えるファラデー回転角を備え、（３）十分な大型化を実現することも可能である。

　従って、レーザ光源２１１としては、発振波長が１０８０ｎｍのＹｂドープファイバレーザを用いることが好適である。しかし、これに限られるものではなく、５００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長域のレーザ光源を使用してもよい。これにより、反射戻り光を効率よくカットし、光源の劣化を防止できるとともに、高出力の光に対して耐久性を高く使用できる。また、光アイソレータ２１０の小型化により、光加工器２２０を小型化できる。

　上記実施形態では、テルビウム・セリウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶からなる光アイソレータ材料２０３を、光加工器２２０の光アイソレータ２１０に使用しているが、光アイソレータ２１０に限らず、ファラデー回転子２０３を使用し、ファラデー回転角の変化を計測することで磁界の変化を観測する光磁界センサなどにも適用可能である。

　本発明の光アイソレータ材料２０３、その製造方法、光アイソレータ２１０及び光加工器２２０は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で、種々変更して実施することができる。本実施形態の具体例を以下の実施例で示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１：ＴＣＳＡＧ２％サンプル）
　まず、純度９９．９９％の酸化テルビウム（Ｔｂ_４Ｏ_７）原料粉末と、純度９９．９９％の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）原料粉末と、純度９９．９９％の酸化スカンジウム（Ｓｃ_２Ｏ_３）原料粉末と、純度９９．９９％の酸化セリウム（ＣｅＯ_２）原料粉末とを準備した。

　次に、上記各原料粉末を乾式混合して混合粉末を得た。このとき、ＣｅＯ_２原料粉末は、Ｔｂ元素とＣｅ元素の合計モル数を基準（１００モル％）としてＣｅ元素が２モル％の割合で含まれる、つまりモル比でＴｂ_４Ｏ_７：ＣｅＯ_２：Ｓｃ_２Ｏ_３：Ａｌ_２Ｏ_３＝１．４７：０．１２：２：３となるようにした。次に、上記混合粉末（粉末原料）をＩｒ製のルツボ２１に充填した。ルツボ２１の形状は円筒形であり、直径は約４０ｍｍ、高さは約４０ｍｍであった。

　次に、粉末原料を室温から約１９５０℃まで加熱して溶解させて溶液を得た。この溶液に、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）からなる３ｍｍ×３ｍｍ×７０ｍｍの角棒状の種結晶の先端を接触させ、種結晶を１０ｒｐｍの回転数で回転させながら、種結晶を１時間当たり１ｍｍの速度で引き上げ、バルク状の単結晶を育成した。この結晶の育成はＮ_２ガス雰囲気下で行い、Ｎ_２ガスの流量は１．０（ｌ／ｍｉｎ）とした。

　こうして直径約１．４ｃｍ、長さ約４．５ｃｍの透明な単結晶２６（結晶Ａ：実施例１サンプル）を得た。実施例１で得た単結晶を以降ではＣｅ：ＴＳＡＧ又はＴＣＳＡＧ２％と呼ぶこともある。

　ＴＣＳＡＧ２％単結晶の外観を観察した。観察結果を図１４に示し、後述する。結晶ＡについてＸ線回折を行ったところ、ガーネット型単結晶が単相で得られていることが確認された。また、Ｔｂの一部がＣｅで、Ａｌの一部がＳｃで置換されていることが確認された。

　さらに、上記ＴＣＳＡＧ２％単結晶について、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）による化学分析を行い、単結晶の組成（Ｔｂ、Ｓｃ、Ａｌ及びＣｅの原子数比）を確認した。この結果、式：Ｔｂ_{２．８７３}Ｃｅ_{０．０１８}Ｓｃ_{１．８５９}Ａｌ_{３．２５０}Ｏ_１２で表される組成を有する単結晶が得られていることが確認された。

　このＴＣＳＡＧ２％単結晶の蛍光スペクトルと励起スペクトルを測定した。測定結果を図１５及び図１６に示す。

　ＴＣＳＡＧ２％単結晶を、Ｗ［ｍｍ］×Ｈ［ｍｍ］×Ｌ［ｍｍ］＝３．５ｍｍ×３．５ｍｍ×１２ｍｍとなるように角棒状に切り出し、この切り出した結晶について、広い波長域（２００～２５００ｎｍ）における透過率を測定した。測定結果を図１７に示す。

　次に、角棒状に切り出されたＴＣＳＡＧ２％単結晶について、４００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長域におけるファラデー回転角を測定した。ファラデー回転角の測定は以下のようにして行った。即ち、まず偏光子と偏光子との間に単結晶２６を配置しない状態で偏光子を回転させて消光状態にした。

　角棒状に切り出したＴＣＳＡＧ２％単結晶を、偏光子と偏光子との間に配置し、単結晶の長手方向に沿って０．４２Ｔの磁束密度を印加した状態で光を入射し、再度偏光子を回転させて消光状態にした。
　そして、偏光子と偏光子との間にＴＣＳＡＧ２％単結晶を挟む前の偏光子の回転角と、ＴＣＳＡＧ２％単結晶を挟んだ後の偏光子の回転角との差を算出し、この角度差をファラデー回転角とした。光源の波長は４００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長域で変化させた。

　次に、ファラデー回転角θと、光の通過距離Ｌ_{ｌｉｇｈｔ}、磁界の強さＨから、ファラデー効果においてθ＝γＬ_{ｌｉｇｈｔ}Ｈと表される式の比例定数γであるベルデ定数（Ｖｅｒｄｅｔ　ｃｏｎｓｔａｎｔ）を算出した。結果を図１８に示す。

（実施例２：ＴＣＳＡＧ２０％サンプル）
　混合粉末を得る際、ＣｅＯ_２原料が、Ｔｂ元素とＣｅ元素の合計モル数を基準（１００モル％）としてＣｅ元素が２０モル％の割合で含まれるようにしたこと以外は実施例１と同様にして、直径約１．３ｃｍ、長さ約４．３ｃｍの透明な単結晶２６（ＴＣＳＡＧ２０％単結晶）を得た。

　こうして得られたＴＣＳＡＧ２０％単結晶についてＸ線回折を行ったところ、ガーネット型単結晶が単相で得られていることが確認された。また、得られた結晶Ｂについて、Ｘ線回折による構造解析を行った結果、Ｔｂの一部がＣｅで、Ａｌの一部がＳｃで置換されていることが確認された。

　さらに、上記ＴＣＳＡＧ２０％単結晶について、実施例１と同様にしてＩＣＰ（誘導結合プラズマ）による化学分析を行った。
　その結果、下記式：
Ｔｂ_{２．６９９}Ｃｅ_{０．１９５}Ｓｃ_{１．９１５}Ａｌ_{３．１９１}Ｏ_１２
で表される組成を有する単結晶２６が得られていることが確認された。

　実施例１と同様に、ＴＣＳＡＧ２０％単結晶の外観を観察した。実施例１と同様に、ＴＣＳＡＧ２０％単結晶を角棒状に切りだし、これについて透過率及びファラデー回転角を測定した。結果を図１７及び図１８に示す。

（比較例１）
　比較例１として、Ｆｕｊｉａｎ　Ｃａｓｔｅｃｈ　Ｃｒｙｓｔａｌｓ社製Ｔｂ_３Ｇａ_５Ｏ_１２（ＴＧＧ）を使用した。実施例１及び２と同様に、ＴＧＧを角棒状に切りだし、これについてファラデー回転角を測定した。結果を図１８に示す。

（比較例２）
　比較例２として、以下の方法で生成したＴｂ_３（Ｓｃ，Ｌｕ，Ａｌ）_５Ｏ_１２（ＴＳＬＡＧ）を使用した。

　まず、純度９９．９９％の酸化テルビウム（Ｔｂ_４Ｏ_７）原料粉末と、純度９９．９９％の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）原料粉末と、純度９９．９９％の酸化スカンジウム（Ｓｃ_２Ｏ_３）原料粉末と、純度９９．９９％の酸化ルテチウム（Ｌｕ_２Ｏ_３）原料粉末とを準備した。

　上記各原料粉末を乾式混合して混合粉末を得た。このとき、Ｌｕ_２Ｏ_３原料粉末は、Ｓｃ_２Ｏ_３原料粉末及びＬｕ_２Ｏ_３原料粉末の合計モル数を基準（１００モル％）として２．５モル％の割合で含まれるようにした。次いで、上記混合粉末をＩｒ製のルツボ２１に投入した。ルツボ２１の形状は円筒形であり、直径は約５０ｍｍ、高さは約５０ｍｍであった。

　そして、粉末原料を室温から１９５０℃まで加熱して溶解させることにより溶液を得た。次いで、この溶液に、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）からなる３ｍｍ×３ｍｍ×７０ｍｍの角棒状の種結晶の先端を接触させ、種結晶を、１０ｒｐｍの回転数で回転させながら、種結晶を１時間当たり１ｍｍの速度で引き上げ、バルク状の結晶を育成した。このとき、結晶の育成はＮ_２ガス雰囲気下で行い、Ｎ_２ガスの流量は２．０（ｌ／ｍｉｎ）とした。こうして直径約２．５ｃｍ、長さ約１２ｃｍの透明な単結晶を得た。実施例１及び２と同様に、ＴＳＬＡＧを角棒状に切りだし、これについてファラデー回転角を測定した。結果を図１８に示す。

　図１４は、ＴＣＳＡＧ２％単結晶の写真である。図１４によれば、ＴＣＳＡＧ２％単結晶は、黄色みがかった透明であった。図示しないが、ＴＣＳＡＧ２０％単結晶も同様であった。

　図１５は、ＴＣＳＡＧ２％単結晶の蛍光スペクトルである。比較のため、Ｃｅ：ＹＡＧのスペクトルデータも合わせて示す。Ｃｅ：ＹＡＧと蛍光スペクトル形状は類似していた。５５０ｎｍ付近に発光ピーク波長を有する黄色の蛍光スペクトルが得られた。

　図１６は、ＴＣＳＡＧ２％単結晶の励起スペクトルである。比較のため、Ｃｅ：ＹＡＧのスペクトルデータも合わせて示す。Ｃｅ：ＹＡＧと励起スペクトル形状は大きく異なっていた。３６０～３９０ｎｍの範囲に、Ｃｅ：ＹＡＧにはない励起ピーク波長が見られた。

　以上より、本発明の光学材料は、紫外線により励起されて、５００ｎｍ～６３０ｎｍの範囲に発光ピーク波長を有する黄色発光材料となることが分かった。

　図１７は、実施例１のＴＣＳＡＧ２％単結晶及び実施例２のＴＣＳＡＧ２０％単結晶の透過率と波長との関係、即ち透過スペクトルを示すグラフである。

　なお、図１７において、実施例１の透過スペクトルは実線で、実施例２の透過スペクトルは破線で示した。実施例１、２のいずれの単結晶２６も５００～１５００ｎｍの波長域で７９％以上の透過率を示した。

　図１８は、実施例１（ＴＣＳＡＧ２％単結晶）、実施例２（ＴＣＳＡＧ２０％単結晶）、比較例１（ＴＧＧ単結晶）及び比較例２（ＴＳＬＡＧ単結晶）のベルデ定数（Ｖｅｒｄｅｔ　ｃｏｎｓｔａｎｔ）と波長との関係を示すグラフである。

　図１８に示すように、比較例１（ＴＧＧ）が４００～１１００ｎｍの波長域で最も小さなベルデ定数を示した。また、比較例２（ＴＳＬＡＧ）が４００～１１００ｎｍの波長域でＴＧＧに次いで小さなベルデ定数を示した。また、実施例１（ＴＣＳＡＧ２％）は、５００～１１００ｎｍの波長域で、比較例２（ＴＳＬＡＧ）よりわずかに大きいベルデ定数を示した。そして、実施例２（ＴＣＳＡＧ２０％）は、５００～１１００ｎｍの波長域で、比較例１（ＴＧＧ）、比較例２（ＴＳＬＡＧ）及び実施例１（ＴＣＳＡＧ２％）のいずれよりも大きいベルデ定数を示した。

　図１８に示す結果より、以下の点が明らかとなった。
（１）Ｔｂの一部がＣｅで置換されたテルビウム・セリウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶からなる実施例１、２の単結晶２６はいずれも、５００～１５００ｎｍの波長域で７９％以上の透過率を示した。即ち、１０８０ｎｍ近傍の範囲で高い透過率が維持された。
（２）５００～１１００ｎｍの波長域において、実施例１、２の単結晶２６はベルデ定数がＴＧＧ単結晶及びＴＳＬＡＧ単結晶に比べて大きかった。
（３）実施例１、２において、直径約１．３～１．４ｃｍ、長さ約４．３～４．４ｃｍの大型で且つ透明な単結晶２６を得ることができた。

　以上の結果より、Ｔｂの一部をＣｅで置換させたテルビウム・セリウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶は、１０８０ｎｍの波長において、ＴＧＧ単結晶及びＴＳＬＡＧ単結晶を超えるファラデー回転角を持つことが分かった。ゆえに、本発明は、発振波長が１０８０ｎｍのＹｂドープファイバレーザを用いた光加工器２２０の光アイソレータ用単結晶として好適である。

　また本発明に係る光アイソレータ材料２０３は、テルビウム・セリウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶を一例とするように、十分な大型化を実現することができる。このため、得られた単結晶２６から、多数の単結晶２６を切り出すことができ、光アイソレータ２１０の価格を低下させることができる。また高価なＬｕを用いないため、ＴＳＬＡＧに比べて原料代のコストダウンもできる。

（実施例３：黄色発光装置の作製・評価）
　まず、ＡｌＧａＮ層を発光層とするＵＶ発光素子を用意した。次に、実施例１で作製したＴＣＳＡＧ２％単結晶を軸方向に垂直な面でダイシングして平面視円形状のＴＣＳＡＧ２％単結晶板を作製した。これをＵＶ発光素子の素子基板の第２の主面の大きさに合わせ、更に切断した。次に、切断したＴＣＳＡＧ２％単結晶板を、このＵＶ発光素子の素子基板の第２の主面に接合した。ＵＶ発光素子の電極をバンプにより、セラミック基板に形成した配線部に接合した。

　以上の工程により、図２に示した構成の実施例３の発光装置を作製した。配線部から通電することにより、高輝度な黄色発光を得た。

（実施例４：白色発光装置の作製・評価）
　まず、ＡｌＧａＮ層を発光層とするＵＶ発光素子を用意した。次に、実施例１で作製したＴＣＳＡＧ２％単結晶を軸方向に垂直な面でダイシングして平面視円形状のＴＣＳＡＧ２％単結晶板を作製した。これをＵＶ発光素子の素子基板の第２の主面の大きさに合わせ、更に切断した。切断したＣｅ：ＴＳＡＧ単結晶板を、このＵＶ発光素子の素子基板の第２の主面に接合した。次に、青色蛍光体であるＣｅ：Ｌｕ_２ＳｉＯ_５（ＬＳＯ）単結晶板を用意し、これをＵＶ発光素子の素子基板の第２の主面の大きさに合わせ、更に切断した。切断したＬＳＯ単結晶板を、このＴＣＳＡＧ２％の単結晶板に接合した。ＵＶ発光素子の電極をバンプにより、セラミック基板に形成した配線部に接合した。

　以上の工程により、図７に示した構成の実施例４の発光装置１Ｅを作製した。配線部３１，３２から通電することにより、高輝度な白色発光を得た。

（実施例５：光アイソレータ・光加工機器）
　実施例１で作製したＴＣＳＡＧ２％単結晶２６を、実施例５の光アイソレータ２１０及び光加工器２２０に用いた。

　上述してきたように本発明の光学材料は、紫外線に励起されて５００ｎｍ～６３０ｎｍの範囲に発光ピーク波長を有するＵＶ光励起黄色発光材料として好適に使用することができ、このようなＵＶ光励起黄色発光材料は、発光装置に適用される。また、本発明の光学材料は、発振波長が１０８０ｎｍのＹｂドープファイバレーザを用いた光加工器の光アイソレータ材料として好適に使用することができ、光加工産業、光デバイス産業等において利用可能性がある。更に、本発明はファラデー回転子を使用しファラデー回転角の変化を計測することで磁界の変化を観測する光磁界センサなどにも適用可能である。

Claims

　Ｃｅを含有する酸化物からなることを特徴とする、光学材料。
　前記Ｃｅを含有する酸化物は、テルビウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶のテルビウムの一部がセリウムで置換されているテルビウム・セリウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶であることを特徴とする、請求項１に記載の光学材料。
　前記テルビウムと前記セリウムの総モル数に対するセリウムのモル数の比、即ち前記セリウムの組成比が０．０１ｍｏｌ％以上５０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする、請求項２に記載の光学材料。
　前記セリウムの組成比が、５ｍｏｌ％以下であることを特徴とする、請求項２に記載の光学材料。
　前記アルミニウムの一部がスカンジウムで置換されていることを特徴とする、請求項２～４のいずれか１項に記載の光学材料。
　前記アルミニウム又は前記スカンジウムの一部がテルビウム、セリウム、イットリウム、ルテチウム、イッテルビウム、ツリウムのいずれか１種又は２種以上で置換されていることを特徴とする、請求項２～５のいずれか１項に記載の光学材料。
　前記アルミニウム又は前記スカンジウムの一部が＋２価と＋４価の元素の組み合わせで置換されていることを特徴とする、請求項６に記載の光学材料。
　下記化学式（Ｉ）で表されることを特徴とする、請求項１～７のいずれか１項に記載の光学材料。
　（（Ｔｂ_１－ｚＣｅ_ｚ）_１－ｙＬ_ｙ）_ａ（Ｍ_１－ｘＮ_ｘ）_ｂＡｌ_ｃＯ_１２－ｗ…（Ｉ）
上記式（Ｉ）中、ＬはＳｃ、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｈｆ又はＺｒのいずれか１種又は２種以上を表し、ＭはＳｃを表し、ＮはＴｂ、Ｃｅ、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｈｆ又はＺｒのいずれか１種又は２種以上を表す。ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚ及びｗは下記式を満たす。
２．５≦ａ≦３．５…（ＩＩ）
０≦ｂ≦２．５…（ＩＩＩ）
２．５≦ｃ≦５．５…（ＩＶ）
０≦ｘ≦１…（Ｖ）
０≦ｙ≦０．５…（ＶＩ）
０．０００１≦ｚ≦０．５…（ＶＩＩ）
０≦ｗ≦０．５…（ＶＩＩＩ）
　融液成長法による単結晶の製造方法であって、酸化テルビウム、酸化アルミニウム及び酸化セリウムを含む粉末原料を加熱溶解し、得られた溶液から種結晶を引き上げてテルビウム・セリウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶を育成することを特徴とする、光学材料の製造方法。
　前記粉末原料に、更に、酸化スカンジウムを添加してから、加熱溶解して、溶液を調整することを特徴とする、請求項９に記載の光学材料の製造方法。
前記テルビウムと前記セリウムの総モル数に対するセリウムの組成比が５ｍｏｌ％以下となるように前記単結晶を育成することを特徴とする、請求項９又は１０に記載の光学材料の製造方法。
　請求項１～８のいずれか１項に記載の光学材料をＵＶ光励起黄色発光材料とした板材と、光出射面を有するＵＶ発光素子と、を有し、前記板材の一面と前記光出射面が対向するように、配置されていることを特徴とする、発光装置。
　前記ＵＶ発光素子の発光ピーク波長が２５０～４２５ｎｍの範囲にあることを特徴とする、請求項１２に記載の発光装置。
　前記ＵＶ発光素子の光出射面に接して前記ＵＶ光励起黄色発光材料が配置されていることを特徴とする、請求項１２に記載の発光装置。
　前記ＵＶ発光素子の光出射面に離間して前記ＵＶ光励起黄色発光材料が配置されていることを特徴とする、請求項１２に記載の発光装置。
　前記ＵＶ光励起黄色発光材料に加えてさらにＵＶ光励起青色発光材料が配置されていることを特徴とする、請求項１２に記載の発光装置。
　前記ＵＶ光励起青色発光材料がＣｅ：Ｒ_２ＳｉＯ_５（ＲはＬｕ、Ｙ、Ｇｄのいずれか１種又は２種以上）単結晶からなることを特徴とする、請求項１６に記載の発光装置。
　請求項１～８のいずれか一項に記載の光学材料を有し、偏光依存型又は偏光無依存型であることを特徴とする、光アイソレータ。
　偏光無依存型であることを特徴とする、請求項１８に記載の光アイソレータ。
　請求項１８又は１９に記載の光アイソレータと、レーザ光源とを有し、該光アイソレータが、上記レーザ光源から出射されるレーザ光の光路上に配置されていることを特徴とする、光加工器。
　前記レーザ光源の発振波長が１０８０ｎｍであることを特徴とする、請求項２０に記載の光加工器。