屈折率変調構造及びＬＥＤ素子
【課題】光の変調速度を向上させることのできる屈折率変調構造及びＬＥＤ素子を提供する。
【解決手段】表面に凹部又は凸部が周期的に形成された材料を含むモスアイ構造体と、前記材料に電界を生じさせ、当該材料の屈折率を変化させる電界調整部と、を有し、モスアイ構造体の屈折率の変化を利用して回折の透過条件を変化させる。
【解決手段】表面に凹部又は凸部が周期的に形成された材料を含むモスアイ構造体と、前記材料に電界を生じさせ、当該材料の屈折率を変化させる電界調整部と、を有し、モスアイ構造体の屈折率の変化を利用して回折の透過条件を変化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屈折率変調構造及びＬＥＤ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化物半導体による短波長のＬＥＤ素子と蛍光体の組み合わせによる白色ＬＥＤが実用化され、白色ＬＥＤは今後の照明用光源として期待されている。白色ＬＥＤは、従来の照明光源である白熱電球や蛍光灯とは異なり、比較的高速での光の変調が可能であり、この特徴を生かした可視光通信への応用が見込まれている。照明装置からの１〜１０Ｍｂｐｓの可視光通信によって、インターネットをはじめとするオフィス、家庭内の情報通信網を構築することを目指した研究プロジェクトが国内外で活発に推進されている。
【０００３】
また、この種の可視光通信用装置として、送信データに基づいて生成された駆動電流信号に基づいて青色光励起型白色ＬＥＤを駆動し、可視光信号を受信機に対して出力するものが提案されている。特許文献１には、この可視光通信用装置は、送信データの立ち上がり時に立ち上がりパルスを付加するとともに、送信データの立ち下がり時に立ち下がりパルスを付加して、多階調の駆動電流信号を生成する多階調駆動手段を備えると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０３９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、現在の光ファイバーなどによるブロードバンド通信は、１０００Ｍｂｐｓにも達しており、これと比較すると、従来のＬＥＤや白熱電球の光の変調速度は十分とは言い難い。
【０００６】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光の変調速度を向上させることのできる屈折率変調構造及びＬＥＤ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、表面に凹部又は凸部が周期的に形成された材料を含むモスアイ構造体と、前記材料に電界を生じさせ、当該材料の屈折率を変化させる電界調整部と、を有する屈折率変調構造が提供される。
【０００８】
上記屈折率変調構造において、前記電界調整部は、前記モスアイ構造体の前記材料に電圧を印加する一対の屈折率変化用電極を有してもよい。
【０００９】
上記屈折率変調構造において、前記モスアイ構造体の前記材料は、圧電性を有する等方性結晶であってもよい。
【００１０】
また、本発明では、上記屈折率変調構造を備え、前記屈折率変化用電極の少なくとも一方は、アノード電極又はカソード電極であるＬＥＤ素子が提供される。
【００１１】
上記ＬＥＤ素子において、前記モスアイ構造体は、支持基板と発光層の間に介在してもよい。
【００１２】
上記ＬＥＤ素子において、前記モスアイ構造体は、支持基板について発光層と反対側に設けられてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のＬＥＤ素子によれば、光の変調速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態を示すＬＥＤ素子の模式断面図である。
【図２】図２は、異なる屈折率の界面における光の回折作用を示す説明図であり、（ａ）は界面にて反射する状態を示し、（ｂ）は界面を透過する状態を示す。
【図３】図３は、III属窒化物半導体層からサファイア基板へ入射する光の回折作用を示す説明図である。
【図４】図４は、変形例を示すＬＥＤ素子の拡大断面図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態を示す屈折率変調器の模式断面図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態を示すＬＥＤ素子の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１から図３は本発明の第１の実施形態を示すものであり、図１はＬＥＤ素子の模式断面図である。
【００１６】
図１に示すように、ＬＥＤ素子１００は、サファイア基板１０２上に、第１電極層１０４、モスアイ構造層１０６、第２電極層１０８、及び、III族窒化物半導体層からなる半導体積層部１１９がこの順で形成されたものである。本実施形態においては、モスアイ構造層１０６は、サファイア基板１０２と活性層１１４の間に介在している。半導体積層部１１９は、バッファ層１１０、ｎ型ＧａＮ層１１２、多重量子井戸活性層１１４、電子ブロック層１１６、ｐ型ＧａＮ層１１８を第２電極層１０８側からこの順に有している。ｐ型ＧａＮ層１１８上にはｐ側電極１２０が形成されるとともに、ｎ型ＧａＮ層１１２上にはｎ側電極１２４が形成されている。また、モスアイ構造層１０６には、屈折率変調用電極１２６が形成されている。このＬＥＤ素子１００は、フリップチップ型であり、サファイア基板１０２の裏面（図１中は上面）から主として光が取り出される。
【００１７】
第１電極層１０４は、サファイア基板１０２の表面に全面的に形成される。本実施形態においては、第１電極層１０４は、ＡｌＮモル分率が０．２以下のｎ＋−ＡｌＧａＮ層からなる。尚、第１電極層１０４は、モスアイ構造層１０６よりもシート抵抗が小さい材料であれば、他の材料を用いてもよい。
【００１８】
モスアイ構造層１０６は、第１電極層１０４上に形成され、半導体積層部１１９側へ突出する凸部１０７が周期的に形成される。本実施形態においては、各凸部１０７は、平面視にて、中心が正三角形の頂点の位置となるように、所定の周期で仮想の三角格子の交点に整列して形成される。各凸部１０７の周期は、半導体積層部１１９の多重量子井戸活性層１１４から発せられる光の光学波長より大きく、当該光のコヒーレント長より小さくなっている。尚、ここでいう周期とは、隣接する凸部１０７における深さのピーク位置の距離をいう。また、光学波長とは、実際の波長を屈折率で除した値を意味する。さらに、コヒーレント長とは、所定のスペクトル幅のフォトン群の個々の波長の違いによって、波の周期的振動が互いに打ち消され、可干渉性が消失するまでの距離に相当する。コヒーレント長ｌｃは、光の波長をλ、当該光の半値幅をΔλとすると、おおよそｌｃ＝（λ２／Δλ）の関係にある。ここで、各凸部１０７の周期は、多重量子井戸活性層１１４から発せられる光の光学波長の２倍より大きいことが好ましい。また、各凸部１０７の周期は、多重量子井戸活性層１１４から発せられる光のコヒーレント長の半分以下であることが好ましい。尚、第１電極層１０４上の一部領域には、後述する屈折率変調用電極１２６を設けるために、モスアイ構造層１０６が形成されていない。
【００１９】
本実施形態においては、各凸部１０７の周期は、５００ｎｍである。活性層１１４から発せられる光の波長は４５０ｎｍであり、III族窒化物半導体層の屈折率が２．４であることから、その光学波長は１８７．５ｎｍである。また、活性層１１４から発せられる光の半値幅は６３ｎｍであることから、当該光のコヒーレント長は、３２１４ｎｍである。すなわち、各凸部１０７の周期は、活性層１１４の光学波長の２倍より大きく、かつ、コヒーレント長の半分以下となっている。
【００２０】
また、本実施形態においては、各凸部１０７は、円錐状に形成される。具体的に、各凸部１０７は、基端部の直径が２００ｎｍであり、深さは２５０ｎｍとなっている。モスアイ構造層１０６の表面は、各凸部１０７の他は平坦となっており、半導体積層部１１９の横方向成長が助長されるようになっている。
【００２１】
モスアイ構造体としてのモスアイ構造層１０６は、ポッケルス効果の大きい材料が好ましい。具体的には、圧電性を有することが好ましく、等方性結晶であることがより好ましい。モスアイ構造層１０６は、例えばＳｉＯ２、ＡｌＮ、ＬｉＮｂＯ３、ＺｎＯ、ＩＴＯ等から形成することができ、本実施形態においてはＡｌＮから形成される。各凸部１０７の形状は、円錐、多角錘等の形状とすることができる。本実施形態においては、周期的に配置される各凸部１０７により、光の回折作用を得ることができる。
【００２２】
第２電極層１０８は、モスアイ構造層１０６の表面に沿って形成される。本実施形態においては、第２電極層１０８は、ＡｌＮモル分率が０．２以下のｎ＋−ＡｌＧａＮ層からなる。尚、第２極層１０８は、モスアイ構造層１０６よりもシート抵抗が小さい材料であれば、他の材料を用いてもよい。
【００２３】
バッファ層１１０は、第２電極層１０８上に形成され、ＧａＮで構成されている。本実施形態においては、バッファ層１１０は、後述するｎ型ＧａＮ層１１２等よりも低温にて成長されている。また、バッファ層１１０は、各凸部１０７に沿って周期的に形成される複数の錘状の凹部を第２電極層１０８側に有している。第１導電型層としてのｎ型ＧａＮ層１１２は、バッファ層１１０上に形成され、ｎ−ＧａＮで構成されている。発光層としての多重量子井戸活性層１１４は、ｎ型ＧａＮ層１１２上に形成され、ＧａｌｎＮ／ＧａＮで構成され、電子及び正孔の再結合により青色光を発する。ここで、青色光とは、例えば、ピーク波長が４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の光をいうものとする。本実施形態においては、多重量子井戸活性層１１４の発光のピーク波長は４５０ｎｍである。
【００２４】
電子ブロック層１１６は、多重量子井戸活性層１１４上に形成され、ｐ―ＡＩＧａＮで構成されている。第２導電型層としてのｐ型ＧａＮ層１１８は、電子ブロック層１１６上に形成され、ｐ−ＧａＮで構成されている。第１電極層１０４からｐ型ＧａＮ層１１８までは、III族窒化物半導体のエピタキシャル成長により形成される。ここで、第２電極層１０８にモスアイ構造層１０６の凸部１０７に起因して凹凸が形成されているが、III族窒化物半導体の横方向成長による平坦化が図られる。尚、第１導電型層、活性層及び第２導電型層を少なくとも含み、第１導電型層及び第２導電型層に電圧が印加されると、電子及び正孔の再結合により活性層にて光が発せられるものであれば、半導体層の層構成は任意である。
【００２５】
アノード電極としてのｐ側電極１２０は、ｐ型ＧａＮ層１１８上に形成され、ｐ側ＧａＮ層１１８側の面が反射面１２２をなしている。ｐ側電極１２０は、多重量子井戸活性層１１４から発せられる光に対して高い反射率を有する。ｐ側電極１２０は、活性層１１４から発せられる光に対して８０％以上の反射率を有することが好ましい。本実施形態においては、ｐ側電極１２０は、例えばＡｇ系、Ｒｈ系の材料からなり、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により形成される。
【００２６】
カソード電極としてのｎ側電極１２４は、ｐ型ＧａＮ層１１８からｎ型ＧａＮ層１１２をエッチングして、露出したｎ型ＧａＮ層１１２上に形成される。ｎ側電極１２４は、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから構成され、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成される。
【００２７】
屈折率変調用電極１２６は、ｐ型ＧａＮ層１１８からモスアイ構造層１０６をエッチングして、露出した第１電極層１０４上に形成される。屈折率変調用電極１２６は、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから構成され、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成される。
【００２８】
以上のように構成されたＬＥＤ素子１００は、ｐ側電極１２０とｎ側電極１２４に順方向の電圧を印加すると、活性層１１４から青色光が発せられる。青色光のうち、ｐ側電極１２０側へ向かう光は、反射面１２２にて反射してモスアイ構造層１０６側へ向かう。活性層１１４から発せられた青色光は、その殆どがモスアイ構造層１０６へ直接的又は間接的に入射する。
【００２９】
ここで、図２（ａ）に示すように、ブラッグの回折条件から、モスアイ構造層１０６の界面にて光が反射する場合において、入射角θｉｎに対して反射角θｒｅｆが満たすべき条件は、
ｄ・ｎ１・（ｓｉｎθｉｎ−ｓｉｎθｒｅｆ）＝ｍ・λ・・・（１）
である。ここで、ｎ１は入射側の媒質の屈折率、λは入射する光の波長、ｍは整数である。本実施形態では、ｎ１は、バッファ層１１０の屈折率となる。
【００３０】
一方、図２（ｂ）に示すように、ブラッグの回折条件から、モスアイ構造層１０６の界面にて光が透過する場合において、入射角θｉｎに対して透過角θｏｕｔが満たすべき条件は、
ｄ・（ｎ１・ｓｉｎθｉｎ−ｎ２・ｓｉｎθｏｕｔ）＝ｍ’・λ・・・（２）
である。ここで、ｎ２は出射側の媒質の屈折率であり、ｍ’は整数である。本実施形態では、ｎ２は、モスアイ構造層１０６の屈折率となる。すなわち、モスアイ構造層１０６の屈折率が変化すると、光の透過条件が変化する。
【００３１】
上記（１）式及び（２）式の回折条件を満たす反射角θｒｅｆ及び透過角θｏｕｔが存在するためには、各凸部１０７の周期は、素子内部の光学波長である（λ／ｎ１）や（λ／ｎ２）よりも大きくなければならない。一般的に知られているモスアイ構造は、周期が（λ／ｎ１）や（λ／ｎ２）よりも小さく設定されており、回折光は存在しない。そして、各凸部１０７の周期は、光が波としての性質を維持できるコヒーレント長より小さくなければならず、コヒーレント長の半分以下とすることが好ましい。コヒーレント長の半分以下とすることにより、回折による反射光及び透過光の強度を確保することができる。
【００３２】
図３に示すように、ＬＥＤ素子１００において活性層１１４から等方的に放出される光のうち、モスアイ構造層１０６へ入射角θｉｎで入射する光は、上記（１）式を満たす反射角θｒｅｆで反射するとともに、上記（２）式を満たす透過角θｏｕｔで透過する。ここで、全反射臨界角以上の入射角θｉｎでは、強い反射光強度となる。反射光は、ｐ側電極１２０の反射面１２２にて反射して、再びモスアイ面１０２ａへ入射するが先に入射したときの入射角θｉｎと異なる入射角θｉｎで入射するため、先の入射条件とは異なる透過特性となる。
【００３３】
このように、活性層１１４から発せられる光の光学波長より大きく、当該光のコヒーレント長より小さい周期で凸部１０７が形成され、各凸部１０７が形成されたモスアイ構造層１０６の回折面にて反射した光を反射して回折面へ再入射させる反射面１２０と、を備えることにより、全反射臨界角を超える角度で入射する光についても回折作用を利用して素子外部へ光を取り出すことができる。
【００３４】
そして、ｎ側電極１２４と屈折率変調用電極１２６に電圧を印可して、モスアイ構造層１０６に電界を生じさせると、モスアイ構造層１０６の材料の屈折率が変化する。本実施形態においては、モスアイ構造層１０６は、圧電性を有することから、ポッケルス効果を利用して効率よく屈折率を変化させることができる。モスアイ構造層１０６の屈折率が変化すると、上記（２）式のｎ２が変化して回折の透過条件が変化する。これにより、ＬＥＤ素子１００の発光時、屈折率変調用電極１２６の電位を変化させて、ＬＥＤ素子１００から取り出される光量を変化させることができる。
【００３５】
従って、モスアイ構造層１０６にて生じる電界に応じて光を変調させることができ、ｎ側電極１２４及びｐ側電極１２６から注入される電子と正孔の量を調整して変調する従来の方式よりも、格段に変調速度を向上させることができる。
【００３６】
また、モスアイ構造層１０６に電圧を印加するための一対の電極のうち、一方についてはｎ側電極１２４を利用するようにしたので、ＬＥＤ素子１００に設けられる電極の数を少なくすることができる。尚、ＬＥＤ素子１００の形態に応じて、ｎ側電極１２４でなくｐ側電極１２０を利用してもよいことは勿論であるし、アノード電極及びカソード電極とは別個に屈折率変調用に一対の電極を設けても良い。
【００３７】
また、モスアイ構造層１０６を、モスアイ構造層１０６よりもシート抵抗の小さな一対の層で挟むようにしたので、モスアイ構造層１０６に確実に電界を生じさせることができる。さらに、本実施形態においては、第１電極層１０４、モスアイ構造層１０６及び第２電極層１０８を、半導体積層部１１９と同じIII属窒化物半導体で構成したので、素子の作製が比較的容易である。
【００３８】
尚、前記実施形態においては、ｐ側電極１２０が反射面１２２をなすものを示したが、反射面１２２として機能しなかったり、反射面１２２が存在しない場合であっても、モスアイ構造層１０６に生じる電界により、ＬＥＤ素子１００からの光取り出し量が変化する。要は、モスアイ構造層１０６と、モスアイ構造層１０６の材料に電界を生じさせて屈折率を変化させる電界調整部とを備えていればよい。
【００３９】
また、前記実施形態においては、モスアイ構造層１０６をＡｌＮから形成したものを示したが、例えば図４に示すように、ｎ型ＧａＮ層１０６ｂとＡｌＮ層１０６ａを交互に積層して形成してもよい。この場合、各ＡｌＮ層１０６ａに生じる電界が強くなるため、モスアイ構造層１０６の屈折率変化を大きくすることができる。尚、光の変調には、ポッケルス効果を利用してモスアイ構造層１０６の屈折率を変えることが好ましいが、ポッケルス効果より屈折率の変化量は小さいものの、カー効果を利用して屈折率を変えることもできる。
【００４０】
また、前記実施形態においては、屈折率変調構造をＬＥＤ素子１００に設けたものを示したが、例えば図５に示すように、活性層１１４等を省略して屈折率変調器２００とすることもできる。この屈折率変調器２００は、屈折率変調器２００を透過する光の変調を行うことができ、例えば、白熱電球等の発光体と組み合わせ使用することで、発光体から発せられる光の変調が可能となる。
【００４１】
図６は本発明の第３の実施形態を示すものであり、図６はＬＥＤ素子の模式断面図である。
【００４２】
図６に示すように、ＬＥＤ素子３００は、ＳｉＣ基板３０２と、ＳｉＣ基板３０２上に形成される半導体積層部３１９と、を備えている。半導体積層部３１９は、バッファ層３１０、ｎ型ＧａＮ層３１２、多重量子井戸活性層３１４、電子ブロック層３１６、ｐ型ＧａＮ層３１８をＳｉＣ基板３０２側からこの順に有している。ｐ型ＧａＮ層３１８上にはｐ側電極３２０が形成されるとともに、ｎ型ＧａＮ層３１２上にはｎ側電極３２４が形成されている。多重量子井戸活性層３１４から発せられる光が紫外光である点を除いては、半導体積層部３１９、ｐ側電極３２０及びｎ側電極３２４は、第１の実施形態と同様の構成であるので、ここでは説明を省略する。
【００４３】
このＬＥＤ素子３００は、フリップチップ型であり、ＳｉＣ基板３０２の裏面（図５中は上面）から主として光が取り出される。ＳｉＣ基板３０２の裏面には、モスアイ構造層３０６、電極層３０８がこの順に形成される。本実施形態においては、モスアイ構造層３０６は、ＳｉＣ基板３０２について活性層３１４と反対側に設けられている。電極層３０８上には、屈折率変調用のパッド電極３２６が形成される。
【００４４】
ＳｉＣ基板３０２は、Ｎ及びＢが添加された単結晶６Ｈ型ＳｉＣからなり、紫外光により励起されると、ドナー・アクセプタ・ペア発光により、電球色の可視光を発する。ＳｉＣ基板３０２は、例えば、５００ｎｍ〜６５０ｎｍにピークを有する５００ｎｍ〜７５０ｎｍの波長の光を発する。本実施形態においては、ＳｉＣ基板３０２は、ピーク波長が５８０ｎｍの光を発するよう調整されている。ＳｉＣ基板３０２におけるＢ及びＮのドーピング濃度は、１０１５／ｃｍ３〜１０１９／ｃｍ３である。ここで、ＳｉＣ基板３０２は、４０８ｎｍ以下の光により励起可能である。
【００４５】
モスアイ構造層３０６は、ＳｉＣ基板３０２の光取り出し面側に形成され、凸部３０７が周期的に形成される。本実施形態においては、モスアイ構造層３０６は、ＳｉＣ基板３０２に直接設けられていることから、ＳｉＣ基板３０２よりシート抵抗が小さな材料を選択する必要がある。また、モスアイ構造層３０６は、圧電体からなり、例えば、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４：potassium titanyl phosphate）、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３等の可視光に対して透明な材料を用いることが好ましい。各凸部３０７の形状は、円錐、多角錘等の形状とすることができる。本実施形態においては、周期的に配置される各凸部３０７により、光の回折作用を得ることができる。
【００４６】
本実施形態においては、各凸部３０７は、平面視にて、中心が正三角形の頂点の位置となるように、所定の周期で仮想の三角格子の交点に整列して形成される。各凸部３０７の周期は、ＳｉＣ基板３０２から発せられる光の光学波長より大きく、当該光のコヒーレント長より小さくなっている。具体的に、各凸部３０７の周期は、ＳｉＣ基板３０２から発せられる光の光学波長の２倍より大きく、かつ、コヒーレント長の半分以下となっている。
【００４７】
また、モスアイ構造層３０６におけるＳｉＣ基板３０２の反対側の表面には、電極層３０８が全面的に設けられる。電極層３０８は、ＳｉＣ基板３０２から発せられる光に対して透明であることが好ましく、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用いることができる。尚、電極層３０８は、モスアイ構造層３０６よりもシート抵抗が小さい材料であれば、他の材料を用いてもよい。
【００４８】
電極層３０８上には、屈折率調整用のパッド電極３２６が設けられる。パッド電極３２６は、例えばＴｉ／Ａｕから構成することができ、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成される。
【００４９】
以上のように構成されたＬＥＤ素子３００は、ｐ側電極３２０とｎ側電極３２４に順方向の電圧を印加すると、活性層３１４から紫外光が発せられる。紫外光のうち、ｐ側電極３２０側へ向かう光は、反射面３２２にて反射してＳｉＣ基板３０２へ向かう。活性層３１４から発せられた紫外光は、その殆どがＳｉＣ基板３０２へ直接的又は間接的に入射する。
【００５０】
ＳｉＣ基板３０２は、紫外光により励起されると、電球色の可視光を発する。そして、ｎ側電極３２４と屈折率変調用電極としてのパッド３２６に電圧を印可して、モスアイ構造層３０６に電界を生じさせると、モスアイ構造層３０６の材料の屈折率が変化する。これにより、ＬＥＤ素子３００の発光時、パッド３２６の電位を変化させて、ＬＥＤ素子３００から取り出される光量を変化させることができる。従って、モスアイ構造層１０６にて生じる電界に応じて光を変調させることができ、ｎ側電極３２４及びｐ側電極３２０から注入される電子と正孔の量を調整して変調する従来の方式よりも、格段に変調速度を向上させることができる。
【００５１】
尚、第２の実施形態においては、ＳｉＣ基板３０２をＮ及びＢが添加された単結晶６Ｈ型ＳｉＣとして電球色を発するようにしたものを示したが、例えばＡｌ、Ｎ及びＢが添加された６Ｈ型ＳｉＣとして白色光を発するようにしたり、Ｎ及びＢが添加された６Ｈ型ＳｉＣとＮ及びＡｌが添加された６Ｈ型ＳｉＣの２層構造として白色光を発するようにしてもよい。
【００５２】
また、第１及び第２の実施形態においては、ＬＥＤ素子１００，３００がフリップチップ型であるものを示したが、フェイスアップ型としてもよいことは勿論である。また、モスアイ構造層１０６，３０６に周期的に凸部１０７，３０７が形成されたものを示したが、周期的に凹部を形成してもよい。また、例えば、凸部又は凹部を角柱状とし、所定の周期で仮想の正方格子の交点に整列して形成してもよい。さらに、凸部又は凹部を三角錐状、四角錐状のような多角錘状としてもよく、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００５３】
１００ ＬＥＤ素子
１０２ サファイア基板
１０４ 第１電極層
１０６ モスアイ構造層
１０７ 凸部
１０８ 第２電極層
１１０ バッファ層
１１２ ｎ型ＧａＮ層
１１４ 多重量子井戸活性層
１１６ 電子ブロック層
１１８ ｐ型ＧａＮ層
１１９ 半導体積層部
１２０ ｐ側電極
１２２ 反射面
１２４ ｎ側電極
１２６ 屈折率変調用電極
２００ ＬＥＤ素子
２０５ シード結晶層
２０６ モスアイ構造層
２０８ 第２電極層
３００ ＬＥＤ素子
３０２ ＳｉＣ基板
３０６ モスアイ構造層
３０７ 凸部
３０８ 第２電極層
３１０ バッファ層
３１２ ｎ型ＧａＮ層
３１４ 多重量子井戸活性層
３１６ 電子ブロック層
３１８ ｐ型ＧａＮ層
３２０ ｐ側電極
３２４ ｎ側電極
３２６ パッド電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屈折率変調構造及びＬＥＤ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化物半導体による短波長のＬＥＤ素子と蛍光体の組み合わせによる白色ＬＥＤが実用化され、白色ＬＥＤは今後の照明用光源として期待されている。白色ＬＥＤは、従来の照明光源である白熱電球や蛍光灯とは異なり、比較的高速での光の変調が可能であり、この特徴を生かした可視光通信への応用が見込まれている。照明装置からの１〜１０Ｍｂｐｓの可視光通信によって、インターネットをはじめとするオフィス、家庭内の情報通信網を構築することを目指した研究プロジェクトが国内外で活発に推進されている。
【０００３】
また、この種の可視光通信用装置として、送信データに基づいて生成された駆動電流信号に基づいて青色光励起型白色ＬＥＤを駆動し、可視光信号を受信機に対して出力するものが提案されている。特許文献１には、この可視光通信用装置は、送信データの立ち上がり時に立ち上がりパルスを付加するとともに、送信データの立ち下がり時に立ち下がりパルスを付加して、多階調の駆動電流信号を生成する多階調駆動手段を備えると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０３９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、現在の光ファイバーなどによるブロードバンド通信は、１０００Ｍｂｐｓにも達しており、これと比較すると、従来のＬＥＤや白熱電球の光の変調速度は十分とは言い難い。
【０００６】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光の変調速度を向上させることのできる屈折率変調構造及びＬＥＤ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、表面に凹部又は凸部が周期的に形成された材料を含むモスアイ構造体と、前記材料に電界を生じさせ、当該材料の屈折率を変化させる電界調整部と、を有する屈折率変調構造が提供される。
【０００８】
上記屈折率変調構造において、前記電界調整部は、前記モスアイ構造体の前記材料に電圧を印加する一対の屈折率変化用電極を有してもよい。
【０００９】
上記屈折率変調構造において、前記モスアイ構造体の前記材料は、圧電性を有する等方性結晶であってもよい。
【００１０】
また、本発明では、上記屈折率変調構造を備え、前記屈折率変化用電極の少なくとも一方は、アノード電極又はカソード電極であるＬＥＤ素子が提供される。
【００１１】
上記ＬＥＤ素子において、前記モスアイ構造体は、支持基板と発光層の間に介在してもよい。
【００１２】
上記ＬＥＤ素子において、前記モスアイ構造体は、支持基板について発光層と反対側に設けられてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のＬＥＤ素子によれば、光の変調速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態を示すＬＥＤ素子の模式断面図である。
【図２】図２は、異なる屈折率の界面における光の回折作用を示す説明図であり、（ａ）は界面にて反射する状態を示し、（ｂ）は界面を透過する状態を示す。
【図３】図３は、III属窒化物半導体層からサファイア基板へ入射する光の回折作用を示す説明図である。
【図４】図４は、変形例を示すＬＥＤ素子の拡大断面図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態を示す屈折率変調器の模式断面図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態を示すＬＥＤ素子の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１から図３は本発明の第１の実施形態を示すものであり、図１はＬＥＤ素子の模式断面図である。
【００１６】
図１に示すように、ＬＥＤ素子１００は、サファイア基板１０２上に、第１電極層１０４、モスアイ構造層１０６、第２電極層１０８、及び、III族窒化物半導体層からなる半導体積層部１１９がこの順で形成されたものである。本実施形態においては、モスアイ構造層１０６は、サファイア基板１０２と活性層１１４の間に介在している。半導体積層部１１９は、バッファ層１１０、ｎ型ＧａＮ層１１２、多重量子井戸活性層１１４、電子ブロック層１１６、ｐ型ＧａＮ層１１８を第２電極層１０８側からこの順に有している。ｐ型ＧａＮ層１１８上にはｐ側電極１２０が形成されるとともに、ｎ型ＧａＮ層１１２上にはｎ側電極１２４が形成されている。また、モスアイ構造層１０６には、屈折率変調用電極１２６が形成されている。このＬＥＤ素子１００は、フリップチップ型であり、サファイア基板１０２の裏面（図１中は上面）から主として光が取り出される。
【００１７】
第１電極層１０４は、サファイア基板１０２の表面に全面的に形成される。本実施形態においては、第１電極層１０４は、ＡｌＮモル分率が０．２以下のｎ＋−ＡｌＧａＮ層からなる。尚、第１電極層１０４は、モスアイ構造層１０６よりもシート抵抗が小さい材料であれば、他の材料を用いてもよい。
【００１８】
モスアイ構造層１０６は、第１電極層１０４上に形成され、半導体積層部１１９側へ突出する凸部１０７が周期的に形成される。本実施形態においては、各凸部１０７は、平面視にて、中心が正三角形の頂点の位置となるように、所定の周期で仮想の三角格子の交点に整列して形成される。各凸部１０７の周期は、半導体積層部１１９の多重量子井戸活性層１１４から発せられる光の光学波長より大きく、当該光のコヒーレント長より小さくなっている。尚、ここでいう周期とは、隣接する凸部１０７における深さのピーク位置の距離をいう。また、光学波長とは、実際の波長を屈折率で除した値を意味する。さらに、コヒーレント長とは、所定のスペクトル幅のフォトン群の個々の波長の違いによって、波の周期的振動が互いに打ち消され、可干渉性が消失するまでの距離に相当する。コヒーレント長ｌｃは、光の波長をλ、当該光の半値幅をΔλとすると、おおよそｌｃ＝（λ２／Δλ）の関係にある。ここで、各凸部１０７の周期は、多重量子井戸活性層１１４から発せられる光の光学波長の２倍より大きいことが好ましい。また、各凸部１０７の周期は、多重量子井戸活性層１１４から発せられる光のコヒーレント長の半分以下であることが好ましい。尚、第１電極層１０４上の一部領域には、後述する屈折率変調用電極１２６を設けるために、モスアイ構造層１０６が形成されていない。
【００１９】
本実施形態においては、各凸部１０７の周期は、５００ｎｍである。活性層１１４から発せられる光の波長は４５０ｎｍであり、III族窒化物半導体層の屈折率が２．４であることから、その光学波長は１８７．５ｎｍである。また、活性層１１４から発せられる光の半値幅は６３ｎｍであることから、当該光のコヒーレント長は、３２１４ｎｍである。すなわち、各凸部１０７の周期は、活性層１１４の光学波長の２倍より大きく、かつ、コヒーレント長の半分以下となっている。
【００２０】
また、本実施形態においては、各凸部１０７は、円錐状に形成される。具体的に、各凸部１０７は、基端部の直径が２００ｎｍであり、深さは２５０ｎｍとなっている。モスアイ構造層１０６の表面は、各凸部１０７の他は平坦となっており、半導体積層部１１９の横方向成長が助長されるようになっている。
【００２１】
モスアイ構造体としてのモスアイ構造層１０６は、ポッケルス効果の大きい材料が好ましい。具体的には、圧電性を有することが好ましく、等方性結晶であることがより好ましい。モスアイ構造層１０６は、例えばＳｉＯ２、ＡｌＮ、ＬｉＮｂＯ３、ＺｎＯ、ＩＴＯ等から形成することができ、本実施形態においてはＡｌＮから形成される。各凸部１０７の形状は、円錐、多角錘等の形状とすることができる。本実施形態においては、周期的に配置される各凸部１０７により、光の回折作用を得ることができる。
【００２２】
第２電極層１０８は、モスアイ構造層１０６の表面に沿って形成される。本実施形態においては、第２電極層１０８は、ＡｌＮモル分率が０．２以下のｎ＋−ＡｌＧａＮ層からなる。尚、第２極層１０８は、モスアイ構造層１０６よりもシート抵抗が小さい材料であれば、他の材料を用いてもよい。
【００２３】
バッファ層１１０は、第２電極層１０８上に形成され、ＧａＮで構成されている。本実施形態においては、バッファ層１１０は、後述するｎ型ＧａＮ層１１２等よりも低温にて成長されている。また、バッファ層１１０は、各凸部１０７に沿って周期的に形成される複数の錘状の凹部を第２電極層１０８側に有している。第１導電型層としてのｎ型ＧａＮ層１１２は、バッファ層１１０上に形成され、ｎ−ＧａＮで構成されている。発光層としての多重量子井戸活性層１１４は、ｎ型ＧａＮ層１１２上に形成され、ＧａｌｎＮ／ＧａＮで構成され、電子及び正孔の再結合により青色光を発する。ここで、青色光とは、例えば、ピーク波長が４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の光をいうものとする。本実施形態においては、多重量子井戸活性層１１４の発光のピーク波長は４５０ｎｍである。
【００２４】
電子ブロック層１１６は、多重量子井戸活性層１１４上に形成され、ｐ―ＡＩＧａＮで構成されている。第２導電型層としてのｐ型ＧａＮ層１１８は、電子ブロック層１１６上に形成され、ｐ−ＧａＮで構成されている。第１電極層１０４からｐ型ＧａＮ層１１８までは、III族窒化物半導体のエピタキシャル成長により形成される。ここで、第２電極層１０８にモスアイ構造層１０６の凸部１０７に起因して凹凸が形成されているが、III族窒化物半導体の横方向成長による平坦化が図られる。尚、第１導電型層、活性層及び第２導電型層を少なくとも含み、第１導電型層及び第２導電型層に電圧が印加されると、電子及び正孔の再結合により活性層にて光が発せられるものであれば、半導体層の層構成は任意である。
【００２５】
アノード電極としてのｐ側電極１２０は、ｐ型ＧａＮ層１１８上に形成され、ｐ側ＧａＮ層１１８側の面が反射面１２２をなしている。ｐ側電極１２０は、多重量子井戸活性層１１４から発せられる光に対して高い反射率を有する。ｐ側電極１２０は、活性層１１４から発せられる光に対して８０％以上の反射率を有することが好ましい。本実施形態においては、ｐ側電極１２０は、例えばＡｇ系、Ｒｈ系の材料からなり、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により形成される。
【００２６】
カソード電極としてのｎ側電極１２４は、ｐ型ＧａＮ層１１８からｎ型ＧａＮ層１１２をエッチングして、露出したｎ型ＧａＮ層１１２上に形成される。ｎ側電極１２４は、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから構成され、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成される。
【００２７】
屈折率変調用電極１２６は、ｐ型ＧａＮ層１１８からモスアイ構造層１０６をエッチングして、露出した第１電極層１０４上に形成される。屈折率変調用電極１２６は、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから構成され、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成される。
【００２８】
以上のように構成されたＬＥＤ素子１００は、ｐ側電極１２０とｎ側電極１２４に順方向の電圧を印加すると、活性層１１４から青色光が発せられる。青色光のうち、ｐ側電極１２０側へ向かう光は、反射面１２２にて反射してモスアイ構造層１０６側へ向かう。活性層１１４から発せられた青色光は、その殆どがモスアイ構造層１０６へ直接的又は間接的に入射する。
【００２９】
ここで、図２（ａ）に示すように、ブラッグの回折条件から、モスアイ構造層１０６の界面にて光が反射する場合において、入射角θｉｎに対して反射角θｒｅｆが満たすべき条件は、
ｄ・ｎ１・（ｓｉｎθｉｎ−ｓｉｎθｒｅｆ）＝ｍ・λ・・・（１）
である。ここで、ｎ１は入射側の媒質の屈折率、λは入射する光の波長、ｍは整数である。本実施形態では、ｎ１は、バッファ層１１０の屈折率となる。
【００３０】
一方、図２（ｂ）に示すように、ブラッグの回折条件から、モスアイ構造層１０６の界面にて光が透過する場合において、入射角θｉｎに対して透過角θｏｕｔが満たすべき条件は、
ｄ・（ｎ１・ｓｉｎθｉｎ−ｎ２・ｓｉｎθｏｕｔ）＝ｍ’・λ・・・（２）
である。ここで、ｎ２は出射側の媒質の屈折率であり、ｍ’は整数である。本実施形態では、ｎ２は、モスアイ構造層１０６の屈折率となる。すなわち、モスアイ構造層１０６の屈折率が変化すると、光の透過条件が変化する。
【００３１】
上記（１）式及び（２）式の回折条件を満たす反射角θｒｅｆ及び透過角θｏｕｔが存在するためには、各凸部１０７の周期は、素子内部の光学波長である（λ／ｎ１）や（λ／ｎ２）よりも大きくなければならない。一般的に知られているモスアイ構造は、周期が（λ／ｎ１）や（λ／ｎ２）よりも小さく設定されており、回折光は存在しない。そして、各凸部１０７の周期は、光が波としての性質を維持できるコヒーレント長より小さくなければならず、コヒーレント長の半分以下とすることが好ましい。コヒーレント長の半分以下とすることにより、回折による反射光及び透過光の強度を確保することができる。
【００３２】
図３に示すように、ＬＥＤ素子１００において活性層１１４から等方的に放出される光のうち、モスアイ構造層１０６へ入射角θｉｎで入射する光は、上記（１）式を満たす反射角θｒｅｆで反射するとともに、上記（２）式を満たす透過角θｏｕｔで透過する。ここで、全反射臨界角以上の入射角θｉｎでは、強い反射光強度となる。反射光は、ｐ側電極１２０の反射面１２２にて反射して、再びモスアイ面１０２ａへ入射するが先に入射したときの入射角θｉｎと異なる入射角θｉｎで入射するため、先の入射条件とは異なる透過特性となる。
【００３３】
このように、活性層１１４から発せられる光の光学波長より大きく、当該光のコヒーレント長より小さい周期で凸部１０７が形成され、各凸部１０７が形成されたモスアイ構造層１０６の回折面にて反射した光を反射して回折面へ再入射させる反射面１２０と、を備えることにより、全反射臨界角を超える角度で入射する光についても回折作用を利用して素子外部へ光を取り出すことができる。
【００３４】
そして、ｎ側電極１２４と屈折率変調用電極１２６に電圧を印可して、モスアイ構造層１０６に電界を生じさせると、モスアイ構造層１０６の材料の屈折率が変化する。本実施形態においては、モスアイ構造層１０６は、圧電性を有することから、ポッケルス効果を利用して効率よく屈折率を変化させることができる。モスアイ構造層１０６の屈折率が変化すると、上記（２）式のｎ２が変化して回折の透過条件が変化する。これにより、ＬＥＤ素子１００の発光時、屈折率変調用電極１２６の電位を変化させて、ＬＥＤ素子１００から取り出される光量を変化させることができる。
【００３５】
従って、モスアイ構造層１０６にて生じる電界に応じて光を変調させることができ、ｎ側電極１２４及びｐ側電極１２６から注入される電子と正孔の量を調整して変調する従来の方式よりも、格段に変調速度を向上させることができる。
【００３６】
また、モスアイ構造層１０６に電圧を印加するための一対の電極のうち、一方についてはｎ側電極１２４を利用するようにしたので、ＬＥＤ素子１００に設けられる電極の数を少なくすることができる。尚、ＬＥＤ素子１００の形態に応じて、ｎ側電極１２４でなくｐ側電極１２０を利用してもよいことは勿論であるし、アノード電極及びカソード電極とは別個に屈折率変調用に一対の電極を設けても良い。
【００３７】
また、モスアイ構造層１０６を、モスアイ構造層１０６よりもシート抵抗の小さな一対の層で挟むようにしたので、モスアイ構造層１０６に確実に電界を生じさせることができる。さらに、本実施形態においては、第１電極層１０４、モスアイ構造層１０６及び第２電極層１０８を、半導体積層部１１９と同じIII属窒化物半導体で構成したので、素子の作製が比較的容易である。
【００３８】
尚、前記実施形態においては、ｐ側電極１２０が反射面１２２をなすものを示したが、反射面１２２として機能しなかったり、反射面１２２が存在しない場合であっても、モスアイ構造層１０６に生じる電界により、ＬＥＤ素子１００からの光取り出し量が変化する。要は、モスアイ構造層１０６と、モスアイ構造層１０６の材料に電界を生じさせて屈折率を変化させる電界調整部とを備えていればよい。
【００３９】
また、前記実施形態においては、モスアイ構造層１０６をＡｌＮから形成したものを示したが、例えば図４に示すように、ｎ型ＧａＮ層１０６ｂとＡｌＮ層１０６ａを交互に積層して形成してもよい。この場合、各ＡｌＮ層１０６ａに生じる電界が強くなるため、モスアイ構造層１０６の屈折率変化を大きくすることができる。尚、光の変調には、ポッケルス効果を利用してモスアイ構造層１０６の屈折率を変えることが好ましいが、ポッケルス効果より屈折率の変化量は小さいものの、カー効果を利用して屈折率を変えることもできる。
【００４０】
また、前記実施形態においては、屈折率変調構造をＬＥＤ素子１００に設けたものを示したが、例えば図５に示すように、活性層１１４等を省略して屈折率変調器２００とすることもできる。この屈折率変調器２００は、屈折率変調器２００を透過する光の変調を行うことができ、例えば、白熱電球等の発光体と組み合わせ使用することで、発光体から発せられる光の変調が可能となる。
【００４１】
図６は本発明の第３の実施形態を示すものであり、図６はＬＥＤ素子の模式断面図である。
【００４２】
図６に示すように、ＬＥＤ素子３００は、ＳｉＣ基板３０２と、ＳｉＣ基板３０２上に形成される半導体積層部３１９と、を備えている。半導体積層部３１９は、バッファ層３１０、ｎ型ＧａＮ層３１２、多重量子井戸活性層３１４、電子ブロック層３１６、ｐ型ＧａＮ層３１８をＳｉＣ基板３０２側からこの順に有している。ｐ型ＧａＮ層３１８上にはｐ側電極３２０が形成されるとともに、ｎ型ＧａＮ層３１２上にはｎ側電極３２４が形成されている。多重量子井戸活性層３１４から発せられる光が紫外光である点を除いては、半導体積層部３１９、ｐ側電極３２０及びｎ側電極３２４は、第１の実施形態と同様の構成であるので、ここでは説明を省略する。
【００４３】
このＬＥＤ素子３００は、フリップチップ型であり、ＳｉＣ基板３０２の裏面（図５中は上面）から主として光が取り出される。ＳｉＣ基板３０２の裏面には、モスアイ構造層３０６、電極層３０８がこの順に形成される。本実施形態においては、モスアイ構造層３０６は、ＳｉＣ基板３０２について活性層３１４と反対側に設けられている。電極層３０８上には、屈折率変調用のパッド電極３２６が形成される。
【００４４】
ＳｉＣ基板３０２は、Ｎ及びＢが添加された単結晶６Ｈ型ＳｉＣからなり、紫外光により励起されると、ドナー・アクセプタ・ペア発光により、電球色の可視光を発する。ＳｉＣ基板３０２は、例えば、５００ｎｍ〜６５０ｎｍにピークを有する５００ｎｍ〜７５０ｎｍの波長の光を発する。本実施形態においては、ＳｉＣ基板３０２は、ピーク波長が５８０ｎｍの光を発するよう調整されている。ＳｉＣ基板３０２におけるＢ及びＮのドーピング濃度は、１０１５／ｃｍ３〜１０１９／ｃｍ３である。ここで、ＳｉＣ基板３０２は、４０８ｎｍ以下の光により励起可能である。
【００４５】
モスアイ構造層３０６は、ＳｉＣ基板３０２の光取り出し面側に形成され、凸部３０７が周期的に形成される。本実施形態においては、モスアイ構造層３０６は、ＳｉＣ基板３０２に直接設けられていることから、ＳｉＣ基板３０２よりシート抵抗が小さな材料を選択する必要がある。また、モスアイ構造層３０６は、圧電体からなり、例えば、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４：potassium titanyl phosphate）、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３等の可視光に対して透明な材料を用いることが好ましい。各凸部３０７の形状は、円錐、多角錘等の形状とすることができる。本実施形態においては、周期的に配置される各凸部３０７により、光の回折作用を得ることができる。
【００４６】
本実施形態においては、各凸部３０７は、平面視にて、中心が正三角形の頂点の位置となるように、所定の周期で仮想の三角格子の交点に整列して形成される。各凸部３０７の周期は、ＳｉＣ基板３０２から発せられる光の光学波長より大きく、当該光のコヒーレント長より小さくなっている。具体的に、各凸部３０７の周期は、ＳｉＣ基板３０２から発せられる光の光学波長の２倍より大きく、かつ、コヒーレント長の半分以下となっている。
【００４７】
また、モスアイ構造層３０６におけるＳｉＣ基板３０２の反対側の表面には、電極層３０８が全面的に設けられる。電極層３０８は、ＳｉＣ基板３０２から発せられる光に対して透明であることが好ましく、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用いることができる。尚、電極層３０８は、モスアイ構造層３０６よりもシート抵抗が小さい材料であれば、他の材料を用いてもよい。
【００４８】
電極層３０８上には、屈折率調整用のパッド電極３２６が設けられる。パッド電極３２６は、例えばＴｉ／Ａｕから構成することができ、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成される。
【００４９】
以上のように構成されたＬＥＤ素子３００は、ｐ側電極３２０とｎ側電極３２４に順方向の電圧を印加すると、活性層３１４から紫外光が発せられる。紫外光のうち、ｐ側電極３２０側へ向かう光は、反射面３２２にて反射してＳｉＣ基板３０２へ向かう。活性層３１４から発せられた紫外光は、その殆どがＳｉＣ基板３０２へ直接的又は間接的に入射する。
【００５０】
ＳｉＣ基板３０２は、紫外光により励起されると、電球色の可視光を発する。そして、ｎ側電極３２４と屈折率変調用電極としてのパッド３２６に電圧を印可して、モスアイ構造層３０６に電界を生じさせると、モスアイ構造層３０６の材料の屈折率が変化する。これにより、ＬＥＤ素子３００の発光時、パッド３２６の電位を変化させて、ＬＥＤ素子３００から取り出される光量を変化させることができる。従って、モスアイ構造層１０６にて生じる電界に応じて光を変調させることができ、ｎ側電極３２４及びｐ側電極３２０から注入される電子と正孔の量を調整して変調する従来の方式よりも、格段に変調速度を向上させることができる。
【００５１】
尚、第２の実施形態においては、ＳｉＣ基板３０２をＮ及びＢが添加された単結晶６Ｈ型ＳｉＣとして電球色を発するようにしたものを示したが、例えばＡｌ、Ｎ及びＢが添加された６Ｈ型ＳｉＣとして白色光を発するようにしたり、Ｎ及びＢが添加された６Ｈ型ＳｉＣとＮ及びＡｌが添加された６Ｈ型ＳｉＣの２層構造として白色光を発するようにしてもよい。
【００５２】
また、第１及び第２の実施形態においては、ＬＥＤ素子１００，３００がフリップチップ型であるものを示したが、フェイスアップ型としてもよいことは勿論である。また、モスアイ構造層１０６，３０６に周期的に凸部１０７，３０７が形成されたものを示したが、周期的に凹部を形成してもよい。また、例えば、凸部又は凹部を角柱状とし、所定の周期で仮想の正方格子の交点に整列して形成してもよい。さらに、凸部又は凹部を三角錐状、四角錐状のような多角錘状としてもよく、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００５３】
１００ ＬＥＤ素子
１０２ サファイア基板
１０４ 第１電極層
１０６ モスアイ構造層
１０７ 凸部
１０８ 第２電極層
１１０ バッファ層
１１２ ｎ型ＧａＮ層
１１４ 多重量子井戸活性層
１１６ 電子ブロック層
１１８ ｐ型ＧａＮ層
１１９ 半導体積層部
１２０ ｐ側電極
１２２ 反射面
１２４ ｎ側電極
１２６ 屈折率変調用電極
２００ ＬＥＤ素子
２０５ シード結晶層
２０６ モスアイ構造層
２０８ 第２電極層
３００ ＬＥＤ素子
３０２ ＳｉＣ基板
３０６ モスアイ構造層
３０７ 凸部
３０８ 第２電極層
３１０ バッファ層
３１２ ｎ型ＧａＮ層
３１４ 多重量子井戸活性層
３１６ 電子ブロック層
３１８ ｐ型ＧａＮ層
３２０ ｐ側電極
３２４ ｎ側電極
３２６ パッド電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凹部又は凸部が周期的に形成された材料を含むモスアイ構造体と、
前記材料に電界を生じさせ、当該材料の屈折率を変化させる電界調整部と、を有する屈折率変調構造。
【請求項２】
前記電界調整部は、前記モスアイ構造体の前記材料に電圧を印加する一対の屈折率変化用電極を有する請求項１に記載の屈折率変調構造。
【請求項３】
前記モスアイ構造体の前記材料は、圧電性を有する等方性結晶である請求項２に記載の屈折率変調構造。
【請求項４】
請求項２または３に記載の屈折率変調構造を備え、
前記屈折率変化用電極の少なくとも一方は、アノード電極又はカソード電極であるＬＥＤ素子。
【請求項５】
前記モスアイ構造体は、支持基板と発光層の間に介在する請求項４に記載のＬＥＤ素子。
【請求項６】
前記モスアイ構造体は、支持基板について発光層と反対側に設けられる請求項４に記載のＬＥＤ素子。
【請求項１】
表面に凹部又は凸部が周期的に形成された材料を含むモスアイ構造体と、
前記材料に電界を生じさせ、当該材料の屈折率を変化させる電界調整部と、を有する屈折率変調構造。
【請求項２】
前記電界調整部は、前記モスアイ構造体の前記材料に電圧を印加する一対の屈折率変化用電極を有する請求項１に記載の屈折率変調構造。
【請求項３】
前記モスアイ構造体の前記材料は、圧電性を有する等方性結晶である請求項２に記載の屈折率変調構造。
【請求項４】
請求項２または３に記載の屈折率変調構造を備え、
前記屈折率変化用電極の少なくとも一方は、アノード電極又はカソード電極であるＬＥＤ素子。
【請求項５】
前記モスアイ構造体は、支持基板と発光層の間に介在する請求項４に記載のＬＥＤ素子。
【請求項６】
前記モスアイ構造体は、支持基板について発光層と反対側に設けられる請求項４に記載のＬＥＤ素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２５２９６５（Ｐ２０１１−２５２９６５Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２４９５６（Ｐ２０１０−１２４９５６）
【出願日】平成２２年５月３１日（２０１０．５．３１）
【出願人】（５９９００２０４３）学校法人 名城大学 (142)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月３１日（２０１０．５．３１）
【出願人】（５９９００２０４３）学校法人 名城大学 (142)
【Ｆターム（参考）】
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