発光素子、発光素子の製造方法および発光装置
【課題】高い歩留まりで、特性のばらつきが小さい混色光を放射する発光素子を提供する。
【解決手段】Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１とＡｌ2Ｏ3単結晶相２２からなるＭＧＣ２上にＧａＮ系の発光層３を形成し、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１にＣｅ3+イオンをドーピングする。これにより、発光層３で放射した青色光は、Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２を透過するとともに、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１を通過し、Ｃｅ3+イオンを励起して黄色光を放射する。青色光と黄色光が混色することにより白色光を得ることができる。また、この発光素子の特性はＭＧＣ２の厚みを調節することで制御できる。
【解決手段】Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１とＡｌ2Ｏ3単結晶相２２からなるＭＧＣ２上にＧａＮ系の発光層３を形成し、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１にＣｅ3+イオンをドーピングする。これにより、発光層３で放射した青色光は、Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２を透過するとともに、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１を通過し、Ｃｅ3+イオンを励起して黄色光を放射する。青色光と黄色光が混色することにより白色光を得ることができる。また、この発光素子の特性はＭＧＣ２の厚みを調節することで制御できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２色の光を混色して白色光を放射する発光素子の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオードが照明として用いられている。照明には白色光が最適であることから、白色発光ダイオードの研究開発が盛んに行われている。照明に用いられる発光ダイオードとして特許文献１や特許文献２に記載のものが知られている。
【０００３】
従来の白色発光ダイオードは、図７（ａ）に示すように、青色光を放射する発光素子７１を蛍光体を含有させた樹脂７２で囲んだ構造をしている。発光素子７１から放射された青色光によって蛍光体が励起されて黄色光を発光する。その結果、青色光と黄色光が混色して白色光を発光する白色発光ダイオードが得られる。なお、発光素子７１の発光色と樹脂７２に含有された蛍光体の発光色を変えれば、各種の発光色の発光ダイオードを作製することができる。また、図７（ｂ）に示すように、発光素子７１を蛍光体を含有させた樹脂７２で囲い、さらに、透明な樹脂モールド７３で覆っているものも知られている。
【０００４】
一方、高温構造材料の分野で、曲げ強さや、熱安定性、耐クリープ性に優れた材料として、ＭＧＣ（Melt Growth Composite：融液成長複合材料）が知られている（特許文献３、非特許文献１、非特許文献２参照）。ＭＧＣは、例えば、Ａｌ2Ｏ3の単結晶とＹ3Ａｌ5Ｏ12の単結晶が単結晶を維持したまま、連続的かつ３次元的に相互に絡み合って形成された境界部分にアモルファス層のないセラミックス複合材料である。
【０００５】
ＭＧＣのＹ3Ａｌ5Ｏ12の単結晶内にＣｅ3+イオンをドーピングすれば光変換素子として利用できる。例えば、図８に示すように、板状に加工したＭＧＣ８０に青色発光ダイオード８３の青色光を照射すると、ＭＧＣ８０のＡｌ2Ｏ3単結晶８２内では青色光８４はそのまま透過するが、ＭＧＣ８０のＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶８１内を通過した光はＣｅ3+イオンを励起して黄色光８５を放射する。また、それぞれの結晶の屈折率は、Ａｌ2Ｏ3が１．７６、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12が１．８２であってわずかに異なっており、各結晶は連続的かつ３次元的につながっているためＭＧＣ８０内で青色光８４と黄色光８５が混色しながら散乱、拡散されるので、より均一で効率のよい白色光８６が得られる。なお、光変換素子としてＭＧＣを用いた発光ダイオードとして特許文献４に記載のものが知られている。
【特許文献１】特許第３７２４４９０号公報
【特許文献２】特許第３７２４４９８号公報
【特許文献３】特許第３２１６６８３号公報
【特許文献４】特開２００６−４９４１０号公報
【非特許文献１】Nature、Vol. 389、No. 6646、p.49-52
【非特許文献２】Journal of the Europian Ceramic Society、25(2005)、p.1441-1445
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図７のように蛍光体を含有させた樹脂７２を発光素子７１の周囲に被覆した従来の構造では、蛍光体の濃度が高くなる、あるいは、樹脂７２の厚みが厚くなることにより、蛍光体による吸収が増えて青色透過光が減少するために混色された色は黄色が強くなってしまう。このため、発光ダイオードの発光強度と色度、空間分布が発光体の濃度や樹脂ポッティングの状態に敏感に影響を受けて変化するので、製品特性の広いばらつきや低い歩留まりの原因となる。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、高い歩留まりで、発光強度と色度、空間分布などの特性のばらつきが少なく、混色光を放射する発光素子を低コストで提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の本発明に係る発光素子は、１種類以上の単一金属酸化物の単結晶と１種類以上の複合金属酸化物の単結晶が連続的かつ立体的に相互に絡み合って形成され、各金属酸化物の少なくとも１種類以上に発光体がドーピングされているセラミック複合体と、セラミック複合体上に形成された発光層と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明にあっては、１種類以上の単一金属酸化物と１種類以上の複合金属酸化物が連続的かつ立体的に相互に絡み合って形成されたセラミック複合体上に発光層を備え、金属酸化物に発光体をドーピングすることによって、発光層において放射した光が発光体をドーピングした金属酸化物を通過する際に発光体を励起して別の波長の光を放射するので、発光層において放射した光と発光体を励起して放射した光が混色された混色光を得ることができる。また、樹脂に発光体を含有させた場合に比べて、金属酸化物にドーピングした発光体の濃度は全領域でより均一であるので、セラミック複合体の厚みを調節するだけで、発光強度、色度、空間分布を制御することができる。
【００１０】
ここで、単一金属酸化物はＡｌ2Ｏ3であり、複合金属酸化物はＹ3Ａｌ5Ｏ12であることが、発光素子の基板としてセラミック複合体を使用するうえで望ましい。
【００１１】
また、Ａｌ2Ｏ3の単結晶が＜１−１００＞方向に並び、発光層を形成する前記セラミック複合体表面のＡｌ2Ｏ3の結晶面が｛０００１｝であることが、発光層を良好に成長させるうえで望ましい。
【００１２】
上記発光素子において、発光層はＧａＮ系の発光層であって、発光体はＣｅ3+であることを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、ＧａＮ系の発光層において放射された青色光が、金属酸化物にドーピングされたＣｅ3+を励起して黄色光を放射することにより、青色光と黄色光が混色されて白色光を得ることができる。
【００１４】
また、金属酸化物の単結晶が周期的に現れる距離の平均が１〜２００μｍであることが、発光層を平らに成長させるうえで望ましい。
【００１５】
上記発光素子において、セラミック複合体の発光層を形成する面は、１種類以上の金属酸化物が凸形状に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明にあっては、発光層を形成するセラミック複合体の表面をエッチングして金属酸化物を凸形状にすることにより、凸形状の金属酸化物から発光層がラテラル成長するので、平らな発光層を形成することができる。
【００１７】
また、凸形状に形成される金属酸化物は、Ａｌ2Ｏ3であることが、結晶性の良い発光層をラテラル成長させるうえで望ましい。
【００１８】
さらに、凸形状の高さが１μｍより高く１０μｍ以内であることが、発光層を平らに形成するうえで望ましい。
【００１９】
第２の本発明に係る発光素子の製造方法は、１種類以上の単一金属酸化物と１種類以上の複合金属酸化物が連続的かつ立体的に相互に絡み合って形成され、各金属酸化物の少なくとも１種類以上に発光体がドーピングされているセラミック複合体から切り出されたウェハー上に発光層をエピタキシャル成長させる工程と、発光層を形成した当該ウェハーから発光素子を切り出す工程と、を有することを特徴とする。
【００２０】
本発明にあっては、セラミック複合体のウェハ−上に直接発光層を成長させることにより、従来の発光素子の製造方法と同様なプロセスで混色光を放射する発光素子を製造することができる。
【００２１】
上記発光素子の製造方法において、セラミック複合体から切り出されたウェハーの一方の表面をエッチングすることにより１種類以上の金属酸化物を凸形状に形成する工程をさらに有し、発光層を成長させる工程は、当該凸形状が形成された表面に発光層を成長させることを特徴とする。
【００２２】
第３の本発明に係る発光装置は、第１の本発明に係る発光素子を透明樹脂あるいはガラスで封じたことを特徴とする。
【００２３】
本発明にあっては、発光素子を透明樹脂あるいはガラスで封じることにより、透明樹脂・ガラス内で十分混色されるので、より均一な混色光を得ることができる。
【００２４】
上記発光装置において、第１の本発明に係る発光素子を発光層を下向きにしてフリップチップ実装したことを特徴とする。
【００２５】
本発明にあっては、発光素子をフリップチップ実装することにより、発光層で放射した光が上部のセラミック複合体を通過して放射されるので、より均一な混色光を得ることができる。
【００２６】
また、透明樹脂およびガラスの屈折率は１．４〜１．８であることが、光を十分混色して高い光取り出し効率を得るうえで望ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、高い歩留まりで、発光強度と色度、空間分布などの特性のばらつきが少なく、混色光を放射する発光素子を低コストで提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
［第１の実施の形態］
図１は、本実施の形態における発光素子の構造を示す断面図である。同図に示すように、発光素子１は、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１とＡｌ2Ｏ3単結晶相２２からなるＭＧＣ２とＭＧＣ２上に形成されたＧａＮ系の発光層３により構成される。発光層３は、電流を流すことにより波長が４００〜５００ｎｍの青色光を放射する。また、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１には発光体としてＣｅ3+イオンがドーピングされている。
【００２９】
発光層３から放射した青色の可視光はＭＧＣ２に入射する。Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２の透過率が高いためＭＧＣ２内の平均的透過率は３０％以上もあり、入射した青色の可視光の３０％以上はそのまま透過する。Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１を通過する光はＣｅ3+イオンを励起して黄色の可視光を放射する。この青色と黄色の可視光が混色することにより白色光を得ることができる。
【００３０】
図２に示すように、ＭＧＣ２は、Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２とＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１が均質に連続かつ３次元的に相互に絡み合った形状をしている。これら各相の大きさは凝固方法によって制御できるが、ＭＧＣ２上に発光層３をエピタキシャル成長するうえで、Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２とＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１が周期的に現れる距離の平均（平均周期距離）は、１〜２００μｍ、特に１〜５０μｍが望ましい。
【００３１】
また、発光層３を形成するＭＧＣ２の表面のＡｌ2Ｏ3単結晶相２２の結晶面はミラー指数｛０００１｝であり、Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２が並んでいる方向は＜１−１００＞方向となっている。これにより、ＭＧＣ２上に発光層３を成長させて形成する際に、Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２上に成長した発光層３の＜１１−２０＞方向へのラテラル成長の速度が速くなり、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１上を短時間で覆うので、良好に発光層３を形成することができる。
【００３２】
なお、Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２とＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１との平均周期距離４が長くなると、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１上への発光層３の成長がＡｌ2Ｏ3単結晶相２２上への成長よりも遅いことから、図３に示すように、ＭＧＣ２上に形成された発光層３の表面に凹凸ができ、鏡面が得られない。十分時間をかければ平均周期距離４が１００μｍ以上であっても発光層３の表面は平らになるが、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長）によって１０時間以内の比較的短時間で発光層３を形成するためには、平均周期距離４は５０μｍ以下であるのが現実的である。
【００３３】
図４は、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１をエッチングしたＭＧＣ２の構造を示す断面図である。同図に示すＭＧＣ２は、りん硫酸系エッチング液を用いて、選択的にＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１をエッチングし、Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２を凸形状に残したものである。エッチング処理を施した面にＧａＮ系の発光層３をエピタキシャル成長することによってＡｌ2Ｏ3単結晶相２２から発光層３がラテラル成長するので、図５に示すように平らな表面を有する発光層３を得ることができる。
【００３４】
なお、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１のエッチングの深さ（凸形状の高さ）は１μｍより深く１０μｍ以内とする。ＭＧＣ２の平均周期距離４にもよるが、エッチングの深さが１μｍ以内であると凹部底面のＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１に成長したＧａＮ結晶層５がＡｌ2Ｏ3単結晶相２２からラテラル成長した発光層３に結合する恐れがある。平均周期距離４が５０μｍの場合、エッチング深さが１０μｍあれば、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１に成長したＧａＮ結晶層５が発光層３に結合することはない。また、発光層３の転位密度は通常より１桁程度減少する。
【００３５】
したがって、本実施の形態によれば、Ｃｅ3+イオンをドーピングしたＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１とＡｌ2Ｏ3単結晶相２２からなるＭＧＣ２の上にＧａＮ系の発光層３を形成することにより、発光層３において発光した青色光は、Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２を透過するとともに、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１においてＣｅ3+を励起して黄色光を放射し、青色光と黄色光が混色することにより白色光を得ることができる。また、Ｃｅ3+イオンの濃度は全領域でほぼ均一であることから、ＭＧＣ２の厚みを調節することで発光強度と色度、空間分布を制御することができる。
【００３６】
本実施の形態によれば、Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２とＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１との平均周期距離４を調整することにより、平らに形成された発光層３を有する発光素子を得ることができる。
【００３７】
本実施の形態によれば、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１をエッチングし、Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２を凸形状に残した面に発光層３をエピタキシャル成長することにより、平らに形成された発光層３を有する発光素子を得ることができる。
【００３８】
なお、ＭＧＣに２種類以上の単一金属酸化物や、２種類以上の複合金属酸化物が含まれていてもよい。ＭＧＣを構成する単一金属酸化物および複合金属酸化物の他の例は、特許文献４に記載されている。
【００３９】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態では、Ａｌ2Ｏ3単結晶とＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶からなるＭＧＣ上に青色発光層が形成された発光素子を製造するための製造方法について説明する。
【００４０】
凝固方向が＜１−１００＞方向でＡｌ2Ｏ3単結晶相とＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相からなり、平均周期距離が１０μｍのＭＧＣからＡｌ2Ｏ3単結晶相が＜１−１００＞方向に並び、面方位が｛０００１｝である基板を切り出し、鏡面研磨を行って、直径２インチ（約５ｃｍ）、厚さ０．３５ｍｍのＭＧＣウェハーを作製する。
【００４１】
続いて、このＭＧＣウェハーをＭＯＣＶＤ装置のサセプターに設置し、キャリアガスに水素を、原料ガスにＴＭＧ（トリメチルガリウム）とアンモニアを用い、２段階成長の低温バッファ層を５００℃で２０ｎｍ成長させる。
【００４２】
その後、ＴＭＧを止め、１０８０℃まで上昇させてから再度ＴＭＧを流してノンドープＧａＮ層を２０μｍ成長させ、最後に所定の構造の発光ピーク波長４７０ｎｍの青色発光層をＭＧＣウェハー上に形成する。青色発光層を形成したＭＧＣウェハーは通常のプロセスにてチップに加工する。
【００４３】
このように、青色発光層の基板としてＭＧＣウェハーを利用することにより、通常の青色発光素子を作製するのと同様のプロセスで白色発光素子を作製することができる。
【００４４】
なお、格子定数や結晶系が異なる異種結晶間のエピタキシャル成長では、歪エネルギーと表面エネルギーが安定化するように結晶が成長するので、ＭＧＣ上で発光層３をエピタキシャル成長させる場合には、結晶型が同じで格子定数差の小さいＡｌ2Ｏ3単結晶上がより安定であるために、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶上よりも優先的に成長する。したがって、ＭＯＣＶＤを行う場合には、結晶成長時の圧力とＶ／ＩＩＩ比を下げて、表面マイグレーションを増進させ、主にＡｌ2Ｏ3単結晶上に青色発光層を成長させると、青色発光層がラテラル成長し、平らな青色発光層を得ることができる。
【００４５】
また、青色発光層をエピタキシャル成長させる前に、ＭＧＣウェハーをりん硫酸系エッチング液にてＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相を５μｍエッチングする工程を行ってもよい。これにより、Ａｌ2Ｏ3単結晶相から青色発光層がラテラル成長し、鏡面を有する平らな青色発光層を得ることができる。
【００４６】
したがって、本実施の形態によれば、ＭＧＣウェハー上に直接青色発光層をエピタキシャル成長させることで、通常の青色発光素子を作製するのと同様のプロセスで白色発光素子を作製することができる。
【００４７】
本実施の形態によれば、青色発光層を形成する前に、ＭＧＣウェハーのＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相をエッチングすることにより、Ａｌ2Ｏ3単結晶相から青色発光層がラテラル成長するので、鏡面を有する平らな青色発光層を得ることができる。
【００４８】
なお、本発明の実施の形態では、ＭＧＣを一方向凝固法により作製する。凝固方向に従ってＡｌ2Ｏ3単結晶相とＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相の結晶方位を制御することができる。結晶方位は凝固方向に沿ってＡｌ2Ｏ3単結晶相は＜１１２０＞、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相は＜１１０＞、または、Ａｌ2Ｏ3単結晶相は＜０１１０＞、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相は＜１１０＞である。また、それらの方向に垂直にＡｌ2Ｏ3単結晶相には＜０００１＞、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相には＜１１２＞の結晶方位が存在する。
【００４９】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、ＭＧＣ上に発光層を形成した発光素子をパッケージに実装した発光装置について説明する。図６（ａ）、（ｂ）は、ＭＧＣ上に発光層を形成した発光素子を実装した発光装置の断面の一部を示す断面図である。図６（ａ）に示す発光装置は、発光素子を配置するための凹部を有し、凹部の底面に設置されたダイアタッチ材９上に発光層３を上にして発光素子を配置し、発光層３に設けられた電極とリードフレーム（図示せず）とをワイヤ８で接続し、屈折率１．４〜１．８の透明樹脂７で発光素子を封じたものである。透明樹脂７で発光素子を封じることにより、発光素子上部にある発光層３から放射される青色光と発光素子下部のＭＧＣ２を通過して放射される黄色光が透明樹脂７内で十分に混色され白色光となり放射される。
【００５０】
図６（ｂ）に示す発光装置は、発光素子を配置するための凹部を有し、凹部の底面に設けられた金バンプ１０に発光層３を下にして発光素子をフリップチップ実装したものである。これにより、発光層３から放射される光はＭＧＣ２を通過し、上部方向から白色光が出射される。同図に示す発光装置は、図６（ａ）に示すように上面に電極を備えたものに比べて、６５００Ｋ程度の均一な色温度の配向特性が得られる。さらに、透明樹脂７で発光素子を封じることにより十分混色されたより均一な白色光が得られる。なお、どちらの実施の形態においても、透明樹脂７に換えてガラスで発光素子を封じてもよい。
【００５１】
したがって、本実施の形態によれば、ＭＧＣ２上に発光層３を形成した発光素子を発光装置の上部に設けられた凹部の底面に配置し、凹部を透明樹脂７で封じることにより、発光素子上部にある発光層３から放射される青色光と発光素子下部のＭＧＣ２を通過して放射される黄色光が透明樹脂７内で十分に混色されるので、より均一な白色光を得ることができる。
【００５２】
本実施の形態によれば、ＭＧＣ２上に発光層３を形成した発光素子を発光装置の上部に設けられた凹部の底面に発光層３を下にしてフリップチップ実装することにより、発光層３から放射される光はＭＧＣ２を通過し、ＭＧＣ２内で青色光と黄色光が混色され上部方向から白色光を得ることができる。また、凹部を透明樹脂７で封じることにより、透明樹脂７内で十分に混色されるので、より均一な白色光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１の実施の形態における発光素子の構成を示す断面図である。
【図２】図１の発光素子に用いられるＭＧＣの構成を示す斜視図である。
【図３】ＭＧＣの平均周期距離が大きい場合の発光層の成長の様子を示す断面図である。
【図４】ＭＧＣのＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相をエッチングした様子を示す断面図である。
【図５】図４のＭＧＣ上に発光層を形成した様子を示す断面図である。
【図６】第１の実施の形態における発光素子を実装した発光装置の構成を示す断面図であり、（ａ）は発光層を上にして実装し、（ｂ）は発光層を下にしてフリップチップ実装した様子を示す。
【図７】従来の白色発光ダイオードの構成を示す断面図である。
【図８】ＭＧＣを光変換素子として利用して従来の青色発光ダイオードの放射光を白色に変換する様子を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…発光素子
２…ＭＧＣ
２１…Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相
２２…Ａｌ2Ｏ3単結晶相
３…発光層
４…平均周期距離
５…ＧａＮ結晶層
７…透明樹脂
８…ワイヤ
９…ダイアタッチ材
１０…金バンプ
７１…発光素子
７２…樹脂
７３…樹脂モールド
８０…ＭＧＣ
８１…Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相
８２…Ａｌ2Ｏ3単結晶相
８３…青色発光ダイオード
８４…青色光
８５…黄色光
８６…白色光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２色の光を混色して白色光を放射する発光素子の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオードが照明として用いられている。照明には白色光が最適であることから、白色発光ダイオードの研究開発が盛んに行われている。照明に用いられる発光ダイオードとして特許文献１や特許文献２に記載のものが知られている。
【０００３】
従来の白色発光ダイオードは、図７（ａ）に示すように、青色光を放射する発光素子７１を蛍光体を含有させた樹脂７２で囲んだ構造をしている。発光素子７１から放射された青色光によって蛍光体が励起されて黄色光を発光する。その結果、青色光と黄色光が混色して白色光を発光する白色発光ダイオードが得られる。なお、発光素子７１の発光色と樹脂７２に含有された蛍光体の発光色を変えれば、各種の発光色の発光ダイオードを作製することができる。また、図７（ｂ）に示すように、発光素子７１を蛍光体を含有させた樹脂７２で囲い、さらに、透明な樹脂モールド７３で覆っているものも知られている。
【０００４】
一方、高温構造材料の分野で、曲げ強さや、熱安定性、耐クリープ性に優れた材料として、ＭＧＣ（Melt Growth Composite：融液成長複合材料）が知られている（特許文献３、非特許文献１、非特許文献２参照）。ＭＧＣは、例えば、Ａｌ2Ｏ3の単結晶とＹ3Ａｌ5Ｏ12の単結晶が単結晶を維持したまま、連続的かつ３次元的に相互に絡み合って形成された境界部分にアモルファス層のないセラミックス複合材料である。
【０００５】
ＭＧＣのＹ3Ａｌ5Ｏ12の単結晶内にＣｅ3+イオンをドーピングすれば光変換素子として利用できる。例えば、図８に示すように、板状に加工したＭＧＣ８０に青色発光ダイオード８３の青色光を照射すると、ＭＧＣ８０のＡｌ2Ｏ3単結晶８２内では青色光８４はそのまま透過するが、ＭＧＣ８０のＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶８１内を通過した光はＣｅ3+イオンを励起して黄色光８５を放射する。また、それぞれの結晶の屈折率は、Ａｌ2Ｏ3が１．７６、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12が１．８２であってわずかに異なっており、各結晶は連続的かつ３次元的につながっているためＭＧＣ８０内で青色光８４と黄色光８５が混色しながら散乱、拡散されるので、より均一で効率のよい白色光８６が得られる。なお、光変換素子としてＭＧＣを用いた発光ダイオードとして特許文献４に記載のものが知られている。
【特許文献１】特許第３７２４４９０号公報
【特許文献２】特許第３７２４４９８号公報
【特許文献３】特許第３２１６６８３号公報
【特許文献４】特開２００６−４９４１０号公報
【非特許文献１】Nature、Vol. 389、No. 6646、p.49-52
【非特許文献２】Journal of the Europian Ceramic Society、25(2005)、p.1441-1445
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図７のように蛍光体を含有させた樹脂７２を発光素子７１の周囲に被覆した従来の構造では、蛍光体の濃度が高くなる、あるいは、樹脂７２の厚みが厚くなることにより、蛍光体による吸収が増えて青色透過光が減少するために混色された色は黄色が強くなってしまう。このため、発光ダイオードの発光強度と色度、空間分布が発光体の濃度や樹脂ポッティングの状態に敏感に影響を受けて変化するので、製品特性の広いばらつきや低い歩留まりの原因となる。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、高い歩留まりで、発光強度と色度、空間分布などの特性のばらつきが少なく、混色光を放射する発光素子を低コストで提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の本発明に係る発光素子は、１種類以上の単一金属酸化物の単結晶と１種類以上の複合金属酸化物の単結晶が連続的かつ立体的に相互に絡み合って形成され、各金属酸化物の少なくとも１種類以上に発光体がドーピングされているセラミック複合体と、セラミック複合体上に形成された発光層と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明にあっては、１種類以上の単一金属酸化物と１種類以上の複合金属酸化物が連続的かつ立体的に相互に絡み合って形成されたセラミック複合体上に発光層を備え、金属酸化物に発光体をドーピングすることによって、発光層において放射した光が発光体をドーピングした金属酸化物を通過する際に発光体を励起して別の波長の光を放射するので、発光層において放射した光と発光体を励起して放射した光が混色された混色光を得ることができる。また、樹脂に発光体を含有させた場合に比べて、金属酸化物にドーピングした発光体の濃度は全領域でより均一であるので、セラミック複合体の厚みを調節するだけで、発光強度、色度、空間分布を制御することができる。
【００１０】
ここで、単一金属酸化物はＡｌ2Ｏ3であり、複合金属酸化物はＹ3Ａｌ5Ｏ12であることが、発光素子の基板としてセラミック複合体を使用するうえで望ましい。
【００１１】
また、Ａｌ2Ｏ3の単結晶が＜１−１００＞方向に並び、発光層を形成する前記セラミック複合体表面のＡｌ2Ｏ3の結晶面が｛０００１｝であることが、発光層を良好に成長させるうえで望ましい。
【００１２】
上記発光素子において、発光層はＧａＮ系の発光層であって、発光体はＣｅ3+であることを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、ＧａＮ系の発光層において放射された青色光が、金属酸化物にドーピングされたＣｅ3+を励起して黄色光を放射することにより、青色光と黄色光が混色されて白色光を得ることができる。
【００１４】
また、金属酸化物の単結晶が周期的に現れる距離の平均が１〜２００μｍであることが、発光層を平らに成長させるうえで望ましい。
【００１５】
上記発光素子において、セラミック複合体の発光層を形成する面は、１種類以上の金属酸化物が凸形状に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明にあっては、発光層を形成するセラミック複合体の表面をエッチングして金属酸化物を凸形状にすることにより、凸形状の金属酸化物から発光層がラテラル成長するので、平らな発光層を形成することができる。
【００１７】
また、凸形状に形成される金属酸化物は、Ａｌ2Ｏ3であることが、結晶性の良い発光層をラテラル成長させるうえで望ましい。
【００１８】
さらに、凸形状の高さが１μｍより高く１０μｍ以内であることが、発光層を平らに形成するうえで望ましい。
【００１９】
第２の本発明に係る発光素子の製造方法は、１種類以上の単一金属酸化物と１種類以上の複合金属酸化物が連続的かつ立体的に相互に絡み合って形成され、各金属酸化物の少なくとも１種類以上に発光体がドーピングされているセラミック複合体から切り出されたウェハー上に発光層をエピタキシャル成長させる工程と、発光層を形成した当該ウェハーから発光素子を切り出す工程と、を有することを特徴とする。
【００２０】
本発明にあっては、セラミック複合体のウェハ−上に直接発光層を成長させることにより、従来の発光素子の製造方法と同様なプロセスで混色光を放射する発光素子を製造することができる。
【００２１】
上記発光素子の製造方法において、セラミック複合体から切り出されたウェハーの一方の表面をエッチングすることにより１種類以上の金属酸化物を凸形状に形成する工程をさらに有し、発光層を成長させる工程は、当該凸形状が形成された表面に発光層を成長させることを特徴とする。
【００２２】
第３の本発明に係る発光装置は、第１の本発明に係る発光素子を透明樹脂あるいはガラスで封じたことを特徴とする。
【００２３】
本発明にあっては、発光素子を透明樹脂あるいはガラスで封じることにより、透明樹脂・ガラス内で十分混色されるので、より均一な混色光を得ることができる。
【００２４】
上記発光装置において、第１の本発明に係る発光素子を発光層を下向きにしてフリップチップ実装したことを特徴とする。
【００２５】
本発明にあっては、発光素子をフリップチップ実装することにより、発光層で放射した光が上部のセラミック複合体を通過して放射されるので、より均一な混色光を得ることができる。
【００２６】
また、透明樹脂およびガラスの屈折率は１．４〜１．８であることが、光を十分混色して高い光取り出し効率を得るうえで望ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、高い歩留まりで、発光強度と色度、空間分布などの特性のばらつきが少なく、混色光を放射する発光素子を低コストで提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
［第１の実施の形態］
図１は、本実施の形態における発光素子の構造を示す断面図である。同図に示すように、発光素子１は、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１とＡｌ2Ｏ3単結晶相２２からなるＭＧＣ２とＭＧＣ２上に形成されたＧａＮ系の発光層３により構成される。発光層３は、電流を流すことにより波長が４００〜５００ｎｍの青色光を放射する。また、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１には発光体としてＣｅ3+イオンがドーピングされている。
【００２９】
発光層３から放射した青色の可視光はＭＧＣ２に入射する。Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２の透過率が高いためＭＧＣ２内の平均的透過率は３０％以上もあり、入射した青色の可視光の３０％以上はそのまま透過する。Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１を通過する光はＣｅ3+イオンを励起して黄色の可視光を放射する。この青色と黄色の可視光が混色することにより白色光を得ることができる。
【００３０】
図２に示すように、ＭＧＣ２は、Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２とＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１が均質に連続かつ３次元的に相互に絡み合った形状をしている。これら各相の大きさは凝固方法によって制御できるが、ＭＧＣ２上に発光層３をエピタキシャル成長するうえで、Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２とＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１が周期的に現れる距離の平均（平均周期距離）は、１〜２００μｍ、特に１〜５０μｍが望ましい。
【００３１】
また、発光層３を形成するＭＧＣ２の表面のＡｌ2Ｏ3単結晶相２２の結晶面はミラー指数｛０００１｝であり、Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２が並んでいる方向は＜１−１００＞方向となっている。これにより、ＭＧＣ２上に発光層３を成長させて形成する際に、Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２上に成長した発光層３の＜１１−２０＞方向へのラテラル成長の速度が速くなり、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１上を短時間で覆うので、良好に発光層３を形成することができる。
【００３２】
なお、Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２とＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１との平均周期距離４が長くなると、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１上への発光層３の成長がＡｌ2Ｏ3単結晶相２２上への成長よりも遅いことから、図３に示すように、ＭＧＣ２上に形成された発光層３の表面に凹凸ができ、鏡面が得られない。十分時間をかければ平均周期距離４が１００μｍ以上であっても発光層３の表面は平らになるが、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長）によって１０時間以内の比較的短時間で発光層３を形成するためには、平均周期距離４は５０μｍ以下であるのが現実的である。
【００３３】
図４は、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１をエッチングしたＭＧＣ２の構造を示す断面図である。同図に示すＭＧＣ２は、りん硫酸系エッチング液を用いて、選択的にＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１をエッチングし、Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２を凸形状に残したものである。エッチング処理を施した面にＧａＮ系の発光層３をエピタキシャル成長することによってＡｌ2Ｏ3単結晶相２２から発光層３がラテラル成長するので、図５に示すように平らな表面を有する発光層３を得ることができる。
【００３４】
なお、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１のエッチングの深さ（凸形状の高さ）は１μｍより深く１０μｍ以内とする。ＭＧＣ２の平均周期距離４にもよるが、エッチングの深さが１μｍ以内であると凹部底面のＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１に成長したＧａＮ結晶層５がＡｌ2Ｏ3単結晶相２２からラテラル成長した発光層３に結合する恐れがある。平均周期距離４が５０μｍの場合、エッチング深さが１０μｍあれば、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１に成長したＧａＮ結晶層５が発光層３に結合することはない。また、発光層３の転位密度は通常より１桁程度減少する。
【００３５】
したがって、本実施の形態によれば、Ｃｅ3+イオンをドーピングしたＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１とＡｌ2Ｏ3単結晶相２２からなるＭＧＣ２の上にＧａＮ系の発光層３を形成することにより、発光層３において発光した青色光は、Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２を透過するとともに、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１においてＣｅ3+を励起して黄色光を放射し、青色光と黄色光が混色することにより白色光を得ることができる。また、Ｃｅ3+イオンの濃度は全領域でほぼ均一であることから、ＭＧＣ２の厚みを調節することで発光強度と色度、空間分布を制御することができる。
【００３６】
本実施の形態によれば、Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２とＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１との平均周期距離４を調整することにより、平らに形成された発光層３を有する発光素子を得ることができる。
【００３７】
本実施の形態によれば、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相２１をエッチングし、Ａｌ2Ｏ3単結晶相２２を凸形状に残した面に発光層３をエピタキシャル成長することにより、平らに形成された発光層３を有する発光素子を得ることができる。
【００３８】
なお、ＭＧＣに２種類以上の単一金属酸化物や、２種類以上の複合金属酸化物が含まれていてもよい。ＭＧＣを構成する単一金属酸化物および複合金属酸化物の他の例は、特許文献４に記載されている。
【００３９】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態では、Ａｌ2Ｏ3単結晶とＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶からなるＭＧＣ上に青色発光層が形成された発光素子を製造するための製造方法について説明する。
【００４０】
凝固方向が＜１−１００＞方向でＡｌ2Ｏ3単結晶相とＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相からなり、平均周期距離が１０μｍのＭＧＣからＡｌ2Ｏ3単結晶相が＜１−１００＞方向に並び、面方位が｛０００１｝である基板を切り出し、鏡面研磨を行って、直径２インチ（約５ｃｍ）、厚さ０．３５ｍｍのＭＧＣウェハーを作製する。
【００４１】
続いて、このＭＧＣウェハーをＭＯＣＶＤ装置のサセプターに設置し、キャリアガスに水素を、原料ガスにＴＭＧ（トリメチルガリウム）とアンモニアを用い、２段階成長の低温バッファ層を５００℃で２０ｎｍ成長させる。
【００４２】
その後、ＴＭＧを止め、１０８０℃まで上昇させてから再度ＴＭＧを流してノンドープＧａＮ層を２０μｍ成長させ、最後に所定の構造の発光ピーク波長４７０ｎｍの青色発光層をＭＧＣウェハー上に形成する。青色発光層を形成したＭＧＣウェハーは通常のプロセスにてチップに加工する。
【００４３】
このように、青色発光層の基板としてＭＧＣウェハーを利用することにより、通常の青色発光素子を作製するのと同様のプロセスで白色発光素子を作製することができる。
【００４４】
なお、格子定数や結晶系が異なる異種結晶間のエピタキシャル成長では、歪エネルギーと表面エネルギーが安定化するように結晶が成長するので、ＭＧＣ上で発光層３をエピタキシャル成長させる場合には、結晶型が同じで格子定数差の小さいＡｌ2Ｏ3単結晶上がより安定であるために、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶上よりも優先的に成長する。したがって、ＭＯＣＶＤを行う場合には、結晶成長時の圧力とＶ／ＩＩＩ比を下げて、表面マイグレーションを増進させ、主にＡｌ2Ｏ3単結晶上に青色発光層を成長させると、青色発光層がラテラル成長し、平らな青色発光層を得ることができる。
【００４５】
また、青色発光層をエピタキシャル成長させる前に、ＭＧＣウェハーをりん硫酸系エッチング液にてＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相を５μｍエッチングする工程を行ってもよい。これにより、Ａｌ2Ｏ3単結晶相から青色発光層がラテラル成長し、鏡面を有する平らな青色発光層を得ることができる。
【００４６】
したがって、本実施の形態によれば、ＭＧＣウェハー上に直接青色発光層をエピタキシャル成長させることで、通常の青色発光素子を作製するのと同様のプロセスで白色発光素子を作製することができる。
【００４７】
本実施の形態によれば、青色発光層を形成する前に、ＭＧＣウェハーのＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相をエッチングすることにより、Ａｌ2Ｏ3単結晶相から青色発光層がラテラル成長するので、鏡面を有する平らな青色発光層を得ることができる。
【００４８】
なお、本発明の実施の形態では、ＭＧＣを一方向凝固法により作製する。凝固方向に従ってＡｌ2Ｏ3単結晶相とＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相の結晶方位を制御することができる。結晶方位は凝固方向に沿ってＡｌ2Ｏ3単結晶相は＜１１２０＞、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相は＜１１０＞、または、Ａｌ2Ｏ3単結晶相は＜０１１０＞、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相は＜１１０＞である。また、それらの方向に垂直にＡｌ2Ｏ3単結晶相には＜０００１＞、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相には＜１１２＞の結晶方位が存在する。
【００４９】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、ＭＧＣ上に発光層を形成した発光素子をパッケージに実装した発光装置について説明する。図６（ａ）、（ｂ）は、ＭＧＣ上に発光層を形成した発光素子を実装した発光装置の断面の一部を示す断面図である。図６（ａ）に示す発光装置は、発光素子を配置するための凹部を有し、凹部の底面に設置されたダイアタッチ材９上に発光層３を上にして発光素子を配置し、発光層３に設けられた電極とリードフレーム（図示せず）とをワイヤ８で接続し、屈折率１．４〜１．８の透明樹脂７で発光素子を封じたものである。透明樹脂７で発光素子を封じることにより、発光素子上部にある発光層３から放射される青色光と発光素子下部のＭＧＣ２を通過して放射される黄色光が透明樹脂７内で十分に混色され白色光となり放射される。
【００５０】
図６（ｂ）に示す発光装置は、発光素子を配置するための凹部を有し、凹部の底面に設けられた金バンプ１０に発光層３を下にして発光素子をフリップチップ実装したものである。これにより、発光層３から放射される光はＭＧＣ２を通過し、上部方向から白色光が出射される。同図に示す発光装置は、図６（ａ）に示すように上面に電極を備えたものに比べて、６５００Ｋ程度の均一な色温度の配向特性が得られる。さらに、透明樹脂７で発光素子を封じることにより十分混色されたより均一な白色光が得られる。なお、どちらの実施の形態においても、透明樹脂７に換えてガラスで発光素子を封じてもよい。
【００５１】
したがって、本実施の形態によれば、ＭＧＣ２上に発光層３を形成した発光素子を発光装置の上部に設けられた凹部の底面に配置し、凹部を透明樹脂７で封じることにより、発光素子上部にある発光層３から放射される青色光と発光素子下部のＭＧＣ２を通過して放射される黄色光が透明樹脂７内で十分に混色されるので、より均一な白色光を得ることができる。
【００５２】
本実施の形態によれば、ＭＧＣ２上に発光層３を形成した発光素子を発光装置の上部に設けられた凹部の底面に発光層３を下にしてフリップチップ実装することにより、発光層３から放射される光はＭＧＣ２を通過し、ＭＧＣ２内で青色光と黄色光が混色され上部方向から白色光を得ることができる。また、凹部を透明樹脂７で封じることにより、透明樹脂７内で十分に混色されるので、より均一な白色光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１の実施の形態における発光素子の構成を示す断面図である。
【図２】図１の発光素子に用いられるＭＧＣの構成を示す斜視図である。
【図３】ＭＧＣの平均周期距離が大きい場合の発光層の成長の様子を示す断面図である。
【図４】ＭＧＣのＹ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相をエッチングした様子を示す断面図である。
【図５】図４のＭＧＣ上に発光層を形成した様子を示す断面図である。
【図６】第１の実施の形態における発光素子を実装した発光装置の構成を示す断面図であり、（ａ）は発光層を上にして実装し、（ｂ）は発光層を下にしてフリップチップ実装した様子を示す。
【図７】従来の白色発光ダイオードの構成を示す断面図である。
【図８】ＭＧＣを光変換素子として利用して従来の青色発光ダイオードの放射光を白色に変換する様子を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…発光素子
２…ＭＧＣ
２１…Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相
２２…Ａｌ2Ｏ3単結晶相
３…発光層
４…平均周期距離
５…ＧａＮ結晶層
７…透明樹脂
８…ワイヤ
９…ダイアタッチ材
１０…金バンプ
７１…発光素子
７２…樹脂
７３…樹脂モールド
８０…ＭＧＣ
８１…Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶相
８２…Ａｌ2Ｏ3単結晶相
８３…青色発光ダイオード
８４…青色光
８５…黄色光
８６…白色光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１種類以上の単一金属酸化物の単結晶と１種類以上の複合金属酸化物の単結晶が連続的かつ立体的に相互に絡み合って形成され、前記各金属酸化物の少なくとも１種類以上に発光体がドーピングされているセラミック複合体と、
前記セラミック複合体上に形成された発光層と、
を有することを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記単一金属酸化物はＡｌ2Ｏ3であり、前記複合金属酸化物はＹ3Ａｌ5Ｏ12であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
Ａｌ2Ｏ3の単結晶が＜１−１００＞方向に並び、前記発光層を形成する前記セラミック複合体表面のＡｌ2Ｏ3の結晶面が｛０００１｝であることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記発光層はＧａＮ系の発光層であって、前記発光体はＣｅ3+であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項５】
前記金属酸化物の単結晶が周期的に現れる距離の平均が１〜２００μｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の発光素子。
【請求項６】
前記セラミック複合体の前記発光層を形成する面は、１種類以上の前記金属酸化物が凸形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の発光素子。
【請求項７】
前記凸形状に形成される前記金属酸化物は、Ａｌ2Ｏ3であることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
前記凸形状の高さが１μｍより高く１０μｍ以内であることを特徴とする請求項６又は７に記載の発光素子。
【請求項９】
１種類以上の単一金属酸化物と１種類以上の複合金属酸化物が連続的かつ立体的に相互に絡み合って形成され、前記各金属酸化物の少なくとも１種類以上に発光体がドーピングされているセラミック複合体から切り出されたウェハー上に発光層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記発光層を形成した当該ウェハーから発光素子を切り出す工程と、
を有することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記セラミック複合体から切り出されたウェハーの一方の表面をエッチングすることにより１種類以上の前記金属酸化物を凸形状に形成する工程をさらに有し、
前記発光層を成長させる工程は、当該凸形状が形成された表面に発光層を成長させることを特徴とする請求項９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至８のいずれかに記載の発光素子を透明樹脂あるいはガラスで封じたことを特徴とする発光装置。
【請求項１２】
請求項１乃至８のいずれかに記載の発光素子を前記発光層を下向きにしてフリップチップ実装したことを特徴とする発光装置。
【請求項１３】
前記発光素子を透明樹脂あるいはガラスで封じたことを特徴とする請求項１２に記載の発光装置。
【請求項１４】
前記透明樹脂および前記ガラスの屈折率は１．４〜１．８であることを特徴とする請求項１１又は１３に記載の発光装置。
【請求項１】
１種類以上の単一金属酸化物の単結晶と１種類以上の複合金属酸化物の単結晶が連続的かつ立体的に相互に絡み合って形成され、前記各金属酸化物の少なくとも１種類以上に発光体がドーピングされているセラミック複合体と、
前記セラミック複合体上に形成された発光層と、
を有することを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記単一金属酸化物はＡｌ2Ｏ3であり、前記複合金属酸化物はＹ3Ａｌ5Ｏ12であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
Ａｌ2Ｏ3の単結晶が＜１−１００＞方向に並び、前記発光層を形成する前記セラミック複合体表面のＡｌ2Ｏ3の結晶面が｛０００１｝であることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記発光層はＧａＮ系の発光層であって、前記発光体はＣｅ3+であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項５】
前記金属酸化物の単結晶が周期的に現れる距離の平均が１〜２００μｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の発光素子。
【請求項６】
前記セラミック複合体の前記発光層を形成する面は、１種類以上の前記金属酸化物が凸形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の発光素子。
【請求項７】
前記凸形状に形成される前記金属酸化物は、Ａｌ2Ｏ3であることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
前記凸形状の高さが１μｍより高く１０μｍ以内であることを特徴とする請求項６又は７に記載の発光素子。
【請求項９】
１種類以上の単一金属酸化物と１種類以上の複合金属酸化物が連続的かつ立体的に相互に絡み合って形成され、前記各金属酸化物の少なくとも１種類以上に発光体がドーピングされているセラミック複合体から切り出されたウェハー上に発光層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記発光層を形成した当該ウェハーから発光素子を切り出す工程と、
を有することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記セラミック複合体から切り出されたウェハーの一方の表面をエッチングすることにより１種類以上の前記金属酸化物を凸形状に形成する工程をさらに有し、
前記発光層を成長させる工程は、当該凸形状が形成された表面に発光層を成長させることを特徴とする請求項９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至８のいずれかに記載の発光素子を透明樹脂あるいはガラスで封じたことを特徴とする発光装置。
【請求項１２】
請求項１乃至８のいずれかに記載の発光素子を前記発光層を下向きにしてフリップチップ実装したことを特徴とする発光装置。
【請求項１３】
前記発光素子を透明樹脂あるいはガラスで封じたことを特徴とする請求項１２に記載の発光装置。
【請求項１４】
前記透明樹脂および前記ガラスの屈折率は１．４〜１．８であることを特徴とする請求項１１又は１３に記載の発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−３２９１７２（Ｐ２００７−３２９１７２Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５７３６０（Ｐ２００６−１５７３６０）
【出願日】平成１８年６月６日（２００６．６．６）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月６日（２００６．６．６）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
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