波長變換元件及其制造方法和使用波長變換元件的led元件及半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種波長變換元件。具有：多個(gè)熒光體粒子；第一基體，其位于多個(gè)熒光體粒子的一部分之間，由沿c軸取向的氧化鋅構(gòu)成；和第二基體，其位于所述多個(gè)熒光體粒子的剩余部分之間，由折射率小于氧化鋅的材料構(gòu)成。
【專利說明】波長變換元件及其制造方法和使用波長變換元件的LED元件及半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及含有熒光體粒子的波長變換元件及其制造方法、和使用它的LED元件、半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，作為白色LED元件，眾所周知以下類型:將藍(lán)色光進(jìn)行發(fā)光的氮化鎵(GaN)系的LED芯片、和使用由被來自LED芯片的藍(lán)色光激勵而進(jìn)行黃色發(fā)光的YAG (釔鋁石榴石)熒光體及硅樹脂等透光性樹脂形成的波長變換元件。這樣的白色LED元件，通過混合來自LED芯片的藍(lán)色光、和被該藍(lán)色光激勵的來自熒光體的黃色發(fā)光，來放射白色光。
[0003]為了制作具有均勻色度的白色LED元件，需要使來自LED芯片的藍(lán)色光與來自熒光體的黃色發(fā)光的比率固定。然而，由LED芯片引起的藍(lán)色光的發(fā)光偏差，有時(shí)在制造上是難以避免的。因此考慮:通過根據(jù)LED芯片的藍(lán)色光的發(fā)光偏差來調(diào)整波長變換元件，從而使LED元件的白色光的色度固定。
[0004]專利文獻(xiàn)I公開有以下方法:在使透光性樹脂硬化之后，通過將透光性樹脂當(dāng)中不含有熒光體粒子的透光性樹脂層研磨至使白色LED元件成為目的色度為止，從而使來自LED芯片的光線的路徑變化，來進(jìn)行LED元件的色度調(diào)整。
[0005]專利文獻(xiàn)2公開了白色LED元件的色度調(diào)整方法:作為第二熒光體而選擇具有與第一熒光體的發(fā)光波長不同的發(fā)光波長的熒光體，并針對透光性樹脂，調(diào)整第二熒光體的添加量及位置，由此能夠在色度坐標(biāo)中向各個(gè)方向進(jìn)行色度調(diào)整。
[0006]專利文獻(xiàn)3，記載了如下問題:若為了得到高亮度而增大LED元件中流動的電流，則由于來自LED芯片的光或熱，波長變換元件的透光性樹脂會隨著時(shí)間而劣化，因而會有因透光率降低，而使從白色LED元件輸出的光量降低的問題；或者會有從LED芯片放射的光與從熒光體放射的光的平衡被破壞，而使白色LED元件的色度出現(xiàn)偏差的問題。
[0007]專利文獻(xiàn)3，提出了一種方法，該方法包括:為了作為波長變換元件的基體而使用在耐熱性、耐紫外線上有優(yōu)異性能的玻璃，而將混合了熒光體粒子和玻璃粉末的混合粉末成形為成形體的工序；燒制成形體而形成燒結(jié)體的燒制工序；對燒結(jié)體進(jìn)行熱等靜壓處理的HIP工序；和在HIP工序之后，對燒結(jié)體進(jìn)行加工而得到波長變換元件的加工工序，且熒光體與玻璃的反應(yīng)，以不引起玻璃的著色等的溫度進(jìn)行燒制，在HIP工序中，以玻璃的玻璃轉(zhuǎn)化溫度以上、并且燒制溫度以下的溫度進(jìn)行熱等靜壓處理，如此得到的波長變換元件，熒光體的發(fā)光效率降低少，且無氣泡的剩余或玻璃的著色。
[0008]專利文獻(xiàn)4，公開有:使用電泳法，由使熒光體粒子分散的溶液，在基板上形成熒光體粒子層之后，對熒光體粒子層的內(nèi)部的空隙，使用溶膠-凝膠(sol-gel)法，來填充了無機(jī)物的成為基體的透光性物質(zhì)。而且，還公開了:作為透光性物質(zhì)，優(yōu)選為玻璃、或呈玻璃狀態(tài)并且有透光性的物質(zhì)。
[0009]專利文獻(xiàn)5公開有:若在波長變換元件的內(nèi)部，產(chǎn)生不存在熒光體粒子或成為基體的透光性材料的空洞，則由于該空洞的存在，來自LED的光、來自熒光體的光會衰減。
[0010]專利文獻(xiàn)6公開有:在LED中,通常,突光體被埋入折射率為1.4的娃樹脂而成為波長變換元件，因此，由于熒光體的折射率(1.8)與硅樹脂的折射率(1.4)之間的折射率之差(0.4)，在波長變換元件中，會在熒光體與樹脂的界面散射相當(dāng)比例的光。
[0011 ] 此外，在專利文獻(xiàn)4、7中記載有:一般用于LED用的熒光體的折射率，在1.8?2.0的范圍內(nèi)。YAG (釔鋁石榴石)熒光體的折射率為1.8 (專利文獻(xiàn)4)，SiAlON(塞隆)熒光體的折射率為1.9 (專利文獻(xiàn)4)，CaAlSiN3(CASN)熒光體的折射率為2.0 (專利文獻(xiàn)7)。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0013]專利文獻(xiàn)
[0014]專利文獻(xiàn)I JP特開2004-186488號公報(bào)
[0015]專利文獻(xiàn)2 JP特開2009-231569號公報(bào)
[0016]專利文獻(xiàn)3 JP特開2009-96653號公報(bào)
[0017]專利文獻(xiàn)4 JP特開2011-168627號公報(bào)(特別是段落號0028、0197?0198)
[0018]專利文獻(xiàn)5 JP特開2008-66365號公報(bào)(特別是段落號0003)
[0019]專利文獻(xiàn)6 JP特開2011-503266號公報(bào)(特別是段落號0002)
[0020]專利文獻(xiàn)7 JP特開2011-111506號公報(bào)(特別是段落號0027)
[0021]非專利文獻(xiàn)
[0022]非專利文獻(xiàn)I:Mingsong Wang et.al., Phys.Stat.Sol.(a) 203 / 10 (2006) 2418
【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0024]在具備現(xiàn)有的波長變換元件的LED元件等中，有時(shí)要求能夠更容易地調(diào)整出射的光的色度。本申請的非限定性的某一示例性的實(shí)施方式，提供一種能夠調(diào)整色度波長變換元件及其制造方法、以及使用它的LED元件、半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置。
[0025]本申請方式之一的波長變換元件，具有:多個(gè)熒光體粒子；位于所述多個(gè)熒光體粒子的一部分之間，且由c軸取向的氧化鋅構(gòu)成的第一基體；位于所述多個(gè)熒光體粒子的剩余部分之間，且由比所述氧化鋅折射率小的材料構(gòu)成的第二基體。
[0026]發(fā)明效果
[0027]根據(jù)本申請所公開的技術(shù)，由于第一熒光體層的第一基體由結(jié)晶性的氧化鋅構(gòu)成，第二熒光體層的第二基體由折射率比氧化鋅小的材料構(gòu)成，因此，能夠通過調(diào)整第一熒光體層和第二熒光體層的厚度的比率來調(diào)整波長變換元件的色度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是實(shí)施方式I中的波長變換元件的剖面圖。
[0029]圖2(a)?(d)是實(shí)施方式I中的波長變換元件的制造方法的工序順序的剖面圖。
[0030]圖3是表示使用溶液生長法的氧化鋅的結(jié)晶生長過程的剖面圖。
[0031]圖4是實(shí)施方式2中的波長變換元件的剖面圖。
[0032]圖5(a)?(d)是實(shí)施方式2中的波長變換元件的制造方法的工序順序的剖面圖。
[0033]圖6 (a)?(b)是實(shí)施方式3中的波長變換元件以及LED元件的剖面圖。[0034]圖7 (a)?(b)是實(shí)施方式4中的LED元件的剖面圖。
[0035]圖8(a)?(b)是實(shí)施方式4中的LED元件的另一剖面圖。
[0036]圖9 (a)?(b)是實(shí)施方式5中的LED元件的剖面圖。
[0037]圖10是實(shí)施方式6中的半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置的剖面圖。
[0038]圖11(a)?(C)是表示實(shí)施方式7中的車輛以及車頭燈的結(jié)構(gòu)的圖。
[0039]圖12是表示實(shí)施方式2中的形成至第一熒光體層的波長變換元件的剖面SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察像的圖。
[0040]圖13是表示實(shí)施例1中的波長變換元件的XRD (X射線衍射)測定結(jié)果(2 Θ / ω掃描)的圖。
[0041]圖14是表示比較例3中的波長變換元件的XRD測定結(jié)果(2 θ / ω掃描)的圖。
[0042]圖15(a)是表示實(shí)施例1中的第一熒光體層的基板界面附近的剖面SEM觀察像的顯微鏡照片，(b)是表示實(shí)施例1中的第一熒光體層的中央附近的剖面SEM觀察像的圖。
[0043]圖16是表示對實(shí)施例1與比較例I中的LED元件的發(fā)光光譜進(jìn)行測定的結(jié)果的圖。
[0044]圖17是采用聚焦離子束(FIB)來加工波長變換元件的剖面的SEM觀察像，(a)是表不實(shí)施例6中的第一突光體層的圖，(b)是表不實(shí)施例1中的第一突光體層的圖。
[0045]圖18是表示使用溶液生長法的熒光體粒子層的內(nèi)部的氧化鋅的結(jié)晶生長過程的剖面圖，(a)表示第一熒光體層的氧化鋅的c軸的傾角大的示例，(b)是表示第一熒光體層的氧化鋅的c軸的傾角小的示例的圖。
[0046]圖19是表示實(shí)施例9中的波長變換元件的XRD測定結(jié)果(2 Θ / ω掃描)的圖。
[0047]圖20是表示實(shí)施例9中的波長變換元件的XRD測定結(jié)果(Φ掃描)的圖。
[0048]圖21是表示實(shí)施例9中的第一熒光體層的中央附近的剖面SEM觀察像的圖。
[0049]圖22是表示對實(shí)施例9、實(shí)施例1和比較例4中的LED元件的發(fā)光光譜進(jìn)行測定的結(jié)果的圖。
[0050]圖23是表示實(shí)施例10中的第一熒光體層的基板界面附近的剖面SEM觀察像的圖。
[0051]圖24是表示對實(shí)施例10和比較例6中的半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置的發(fā)光光譜進(jìn)行測定的結(jié)果的圖。
[0052]圖25是表示對實(shí)施例11和比較例6中的半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置的發(fā)光光譜進(jìn)行測定的結(jié)果的圖，(a)是來自半導(dǎo)體激光芯片的激勵光附近的放大圖，(b)是被激勵光激勵的熒光附近的放大圖。
[0053]圖26是表示對實(shí)施例12和比較例7中的半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置的發(fā)光光譜進(jìn)行測定的結(jié)果的圖，(a)是來自半導(dǎo)體激光芯片的激勵光附近的放大圖，(b)是被激勵光激勵的熒光附近的放大圖。
[0054]圖27是表示對玻璃基板上、藍(lán)寶石基板上的氧化鋅膜的透過光譜進(jìn)行測定的結(jié)果的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0055]首先，詳細(xì)地說明本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的問題。[0056]作為波長變換元件的基體，在使用硅樹脂等透光性樹脂時(shí)，容易調(diào)整LED元件的色度，通過如專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2的方法,能夠調(diào)整白色LED元件的色度。然而,在使用硅樹脂等透光性樹脂的波長變換元件中，如專利文獻(xiàn)3所示，若為了得到高亮度而使在白色LED元件中流動的電流變大，則由于來自LED芯片的紫外線或熱，因而隨著時(shí)間的經(jīng)過，波長變換元件的透光性樹脂劣化，透光性樹脂的透光率降低。因此，從LED元件輸出的光量降低。此外，從LED芯片放射的光與從熒光體發(fā)射的光的平衡被破壞，LED元件的色度出現(xiàn)偏差。
[0057]為了實(shí)現(xiàn)耐熱性或耐紫外線性優(yōu)異的波長變換元件，作為形成波長變換元件的基體，不是耐熱性或耐紫外線性低的硅樹脂等有機(jī)物的基體，而是提出了作為耐熱性或耐紫外線性高的無機(jī)物的基體而使用玻璃的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)3)。然而，與柔軟的、變形量大的硅樹脂的情況不同，玻璃硬且變形量小。因此，如專利文獻(xiàn)I那樣，為了使波長變換元件變薄，若對波長變換元件進(jìn)行研磨，則在使用玻璃的波長變換元件中，易產(chǎn)生破裂。此外，在使用硅樹脂時(shí)，通過簡便的形成工序來進(jìn)行熒光體量的微調(diào)整是容易的。然而，如專利文獻(xiàn)3那樣，在波長變換元件的基體中使用玻璃時(shí)，由于需要通過復(fù)雜的形成工序，熒光體量的微調(diào)整較困難，如專利文獻(xiàn)2那樣，在形成第一波長變換元件之后，形成色度調(diào)整用的第二波長變換元件是困難的。
[0058]在專利文獻(xiàn)4中，使用電泳法，由使熒光體粒子分散的溶液在基板上形成熒光體粒子層之后，使用溶膠-凝膠法，對熒光體粒子層的內(nèi)部的空隙，填充成為無機(jī)物的基體的玻璃。在填充玻璃前的波長變換元件的內(nèi)部，存在空氣(折射率1.0)。在填充玻璃(折射率1.45)后的波長變換元件的內(nèi)部，玻璃(折射率1.45)代替空氣(折射率1.0)而存在玻璃(折射率1.45)。根據(jù)專利文獻(xiàn)4，記載有:由于以玻璃填充熒光體粒子的空隙，因而對于波長變換元件的色度不產(chǎn)生變化(段落號0197?0198)。這是因?yàn)椴ＡУ恼凵渎?1.45)小，與空氣的折射率(1.0)的折射率差小。而且，在專利文獻(xiàn)4的制造方法中，存在以下問題:由于玻璃是絕緣性，因此在形成第一熒光體層之后，無法通過電泳法形成色度調(diào)整用的第二突光體層。
[0059]玻璃由于是玻璃狀態(tài)(非晶形的)，沒有晶粒邊界，形狀的自由度高。因此，在作為無機(jī)基體而使用玻璃時(shí)，不產(chǎn)生由波長變換元件的無機(jī)基體的晶粒邊界引起的光散射，在波長變換元件的內(nèi)部能夠抑制產(chǎn)生空洞(以下，記述為空隙(void))。然而，在作為無機(jī)的基體而使用具有比玻璃(折射率1.45)高的折射率(2.0)的氧化鋅(ZnO)時(shí)，由于氧化鋅是結(jié)晶性的，因此形成晶粒邊界。例如，通過溶膠-凝膠法形成的氧化鋅成為微結(jié)晶的聚合體，是隨機(jī)取向的多晶(例如，參照非專利文獻(xiàn)I)。在波長變換元件的內(nèi)部，若形成隨機(jī)取向的多晶，則在光的出射方向上會存在眾多的晶粒邊界，因此會產(chǎn)生在波長變換元件的光散射。會有以下較大問題:若產(chǎn)生在波長變換元件的光散射，則在波長變換元件散射的光會返回LED芯片或用于固定LED芯片的封裝件等，并被吸收，因而從LED元件向外部導(dǎo)出的比例降低。
[0060]而且，若在波長變換元件的內(nèi)部殘存有空隙，則在空隙中會存在折射率低為1.0的空氣。空隙中的空氣的折射率(1.0)，與一般用于LED用的熒光體的折射率(1.8?2.0)或硅樹脂的折射率(1.4)有很大不同。因此，還存在以下問題:由于空隙與熒光體之間的折射率差、以及空隙與基體之間的折射率差，而在波長變換元件的內(nèi)部光被散射。[0061]此外，公知:通過電子束蒸鍍法、反應(yīng)性等離子蒸鍍法、濺射法、脈沖激光沉積法這樣的真空成膜法來形成氧化鋅的方法。但是，為了形成使用熒光體粒子的波長變換元件，在形成熒光體粒子層之后，在采用真空成膜法對氧化鋅進(jìn)行成膜時(shí)，在熒光體粒子層的上部氧化鋅沉積，直至熒光體粒子層的內(nèi)部的空隙為止用氧化鋅進(jìn)行填充是困難的。
[0062]S卩，作為波長變換元件的基體，存在兩大問題:在使用耐熱性、耐紫外線性較高的玻璃等無機(jī)基體的LED元件中，根據(jù)LED芯片的藍(lán)色發(fā)光的偏差來調(diào)整波長變換元件的發(fā)光色是困難的這一問題；和為了色度調(diào)整，而在波長變換元件的基體中若應(yīng)用具有折射率比玻璃(折射率1.45)高的氧化鋅(折射率2.0)，則形狀的自由度降低，且是結(jié)晶性的，因此在波長變換元件的內(nèi)部容易形成晶粒邊界或空隙的這一問題。
[0063]本申請發(fā)明人，鑒于這樣的問題，想到了新的波長變換元件及其制造方法、和使用波長變換元件的LED元件、半導(dǎo)體激光裝置。本發(fā)明的一方式的波長變換元件，作為使用熒光體粒子的波長變換元件的基體，而具有第一熒光體層，其使用了耐熱性或耐紫外線性較高的無機(jī)材料即氧化鋅；和第二熒光體層，其使用了折射率比氧化鋅低的材料。雖然具有較高折射率，但在使用了呈結(jié)晶性且形狀的自由度低的氧化鋅的第一熒光體層中，會抑制波長變換元件的晶粒邊界和空隙。此外，通過控制第一熒光體層的厚度與第二熒光體層的厚度的比率，來進(jìn)行波長變換元件的發(fā)光顏色的色度調(diào)整和光散射的抑制。所謂色度，是指波長變換元件、LED元件、半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置的發(fā)光顏色的色度。由此，提供一種發(fā)光顏色的色度調(diào)整容易并且光散射小的波長變換元件及其制造方法、和使用該波長變換元件的色度調(diào)整容易并且光輸出高的LED元件、半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置。
[0064]在本發(fā)明的一個(gè)方式中，第一熒光體層具有如下結(jié)構(gòu):在基板上形成氧化鋅的薄膜，并在該氧化鋅的薄膜上，形成由熒光體粒子構(gòu)成的熒光體粒子層，利用從氧化鋅的薄膜沿c軸取向結(jié)晶生長的氧化鋅，填充了熒光體粒子層的內(nèi)部空隙。
[0065]氧化鋅具有纖鋅礦型的結(jié)晶構(gòu)造，所謂c軸取向的氧化鋅，是指相對于基板，平行的面為c面。此外，在本申請中，所謂基板，除了玻璃基板、藍(lán)寶石基板、氮化鎵(GaN)基板等的基板，還包括半導(dǎo)體發(fā)光元件、半導(dǎo)體發(fā)光元件的基板、以及在它們上形成的薄膜表面、熒光體層的主面等。
[0066]沿c軸取向結(jié)晶生長的氧化鋅呈柱狀結(jié)晶，在c軸方向上晶粒邊界少。而且，由于從在基板上所形成的C軸取向的氧化鋅的薄膜在C軸方向上結(jié)晶生長，因此，能夠在來自LED芯片的光的出射方向上配置晶粒邊界少的柱狀結(jié)晶。因此，能夠抑制在第一熒光體層的光散射。所謂c軸取向的柱狀結(jié)晶，是指c軸方向的氧化鋅生長比a軸方向的氧化鋅生長快，且相對于基板形成了縱長的氧化鋅微晶。所謂微晶，是指在多晶體中被看作單晶的最小的區(qū)域。
[0067]對于氧化鋅的薄膜，通過使用外延生長的單晶的氧化鋅的薄膜，從而能夠用從氧化鋅的薄膜進(jìn)行了外延生長的單晶的氧化鋅來填充熒光體粒子層內(nèi)部的空隙。外延生長的單晶的氧化鋅，由于晶粒邊界非常少，因此在第一熒光體層中，不會產(chǎn)生由氧化鋅的晶粒邊界引起的光散射。
[0068]在用c軸取向的氧化鋅來填充熒光體粒子層的內(nèi)部空隙的工序中，可以使用溶液生長法。在溶液生長法中，作為原料溶液而使用含有Zn離子的溶液，能夠?qū)⒀趸\的薄膜作為成為氧化鋅的結(jié)晶生長的核的晶種，使c軸取向的氧化鋅生長。由于原料溶液是稀薄的水溶液，因此，粘度低而使原料溶液能夠容易地到達(dá)熒光體粒子層的內(nèi)部。而且，由于能夠在使形成熒光體粒子層的基板浸潰于原料溶液的狀態(tài)下進(jìn)行氧化鋅的結(jié)晶生長反應(yīng)，并且，使氧化鋅生長的原料為小的Zn離子，因此即使在氧化鋅的結(jié)晶生長中消耗了 Zn離子，也能夠使Zn離子從熒光體粒子層的外部的原料溶液容易地?cái)U(kuò)散并到達(dá)熒光體粒子層的內(nèi)部。因此，能夠抑制由于原料不足所引起的熒光體粒子層的內(nèi)部的空隙的產(chǎn)生。而且，如圖3所示，在溶液生長法中，不使氧化鋅從熒光體的表面結(jié)晶生長，而將熒光體粒子層的下部所形成的氧化鋅的薄膜作為晶種，從熒光體粒子層的下部向表面?zhèn)龋错樞蚴寡趸\結(jié)晶生長，因此，能夠在第一熒光體層的內(nèi)部不封住空隙的情況下抑制波長變換元件的內(nèi)部的空隙。而且，不是僅全部用氧化鋅來填充熒光體粒子層內(nèi)部的空隙，而是能夠?qū)碜曰譠nO層的氧化鋅的生長控制為任意的厚度，因而其可控性高。第二熒光體層，由于是通過用折射率比氧化鋅小的材料來填充第一熒光體層的熒光體粒子層的剩余空隙而形成的，因此，第一熒光體層的厚度與第二熒光體層的厚度的控制容易，其可控性高。
[0069]本發(fā)明的波長變換元件及其制造方法，使用了波長變換元件的LED元件以及半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置的一實(shí)施方式的概要如下。
[0070]本發(fā)明的一實(shí)施方式的波長變換元件，具有:多個(gè)熒光體粒子；第一基體，其位于所述多個(gè)熒光體粒子的一部分之間，由沿c軸取向的氧化鋅或單晶的氧化鋅構(gòu)成；和第二基體，其位于所述多個(gè)熒光體粒子的剩余部分之間，由折射率小于所述氧化鋅的材料構(gòu)成。
[0071]所述波長變換元件，可以具有:第一熒光體層，其包含所述多個(gè)熒光體粒子的一部分和所述第一基體；以及第二熒光體層，其包含多個(gè)熒光體粒子的剩余部分和所述第二基體。
[0072]所述氧化鋅的基于c軸的X射線搖擺曲線法得到的半值寬度可以在4°C以下。
[0073]所述波長變換元件，可以還具有與所述第一熒光體層相接且由氧化鋅構(gòu)成的薄膜。
[0074]所述波長變換元件，可以還具有與所述薄膜相接的基板，且所述薄膜位于所述熒光體層與所述基板之間。
[0075]所述波長變換元件，可以還具有與所述第一熒光體層相接的基板。
[0076]所述基板可以由從由玻璃、石英、氧化硅、藍(lán)寶石、氮化鎵以及氧化鋅組成的組中選擇的一者所構(gòu)成。
[0077]所述氧化鋅可以是柱狀結(jié)晶。
[0078]所述單晶的氧化鋅可以是c軸取向。
[0079]所述多個(gè)熒光體粒子可以包含由YAG(釔鋁石榴石)熒光體以及β -SiAlON(塞隆)組成的組中選擇的至少一者。
[0080]折射率小于所述氧化鋅的材料，可以包含從由高溫?zé)撇Ａ?、低溫?zé)撇ＡА⒍趸?、液態(tài)玻璃、無機(jī)-有機(jī)復(fù)合體以及硅橡膠系的高耐熱性的透光性樹脂、硅樹脂組成的組中選擇的至少一者。
[0081]所述多個(gè)熒光體粒子可以彼此相鄰接，且所述第一基體與所述第二基體彼此相接。
[0082]本發(fā)明的一實(shí)施方式的LED元件，可以具有:半導(dǎo)體發(fā)光元件，其放射激勵光；以及上述任一技術(shù)方案所述的波長變換元件，其入射從所述半導(dǎo)體發(fā)光元件輻射的所述激勵光。
[0083]所述LED元件，可以直接形成在所述半導(dǎo)體發(fā)光元件上。
[0084]所述的LED元件，可以還具有位于所述波長元件和所述半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的結(jié)晶分尚層。
[0085]所述結(jié)晶分離層，可以由以二氧化硅為主成分的非晶形材料構(gòu)成。
[0086]所述結(jié)晶分離層，可以通過離子化學(xué)氣相生長法形成。
[0087]所述半導(dǎo)體發(fā)光元件，可以包括:n型GaN層；ρ型GaN層；和由被所述η型GaN層以及所述P型GaN層所夾著的InGaN構(gòu)成的發(fā)光層。
[0088]所述激勵光可以是藍(lán)色或者藍(lán)紫色波段的光。
[0089]所述多個(gè)熒光體粒子，可以包含藍(lán)色熒光體以及黃色熒光體，且所述激勵光是藍(lán)紫色波段的光，通過由所述激勵光激勵所述藍(lán)色熒光體，從而使所述藍(lán)色熒光體出射藍(lán)色光，通過由所述激勵光或所述藍(lán)色光激勵所述黃色熒光體，從而使所述黃色熒光體出射黃色光。
[0090]本發(fā)明的一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置，具有:半導(dǎo)體激光芯片，其放射激勵光；和上述任一技術(shù)方案所述的波長變換元件，其入射從所述半導(dǎo)體激光芯片放射的所述激勵光。
[0091 ] 所述激勵光可以是藍(lán)色或藍(lán)紫色波段的光。
[0092]所述多個(gè)熒光體粒子，可以包含藍(lán)色熒光體以及黃色熒光體，且所述激勵光是藍(lán)紫色波段的光，通過由所述激勵光激勵所述藍(lán)色熒光體，從而使所述藍(lán)色熒光體出射藍(lán)色光，通過由所述激勵光或所述藍(lán)色光激勵所述黃色熒光體，從而使所述黃色熒光體出射黃色光。
[0093]本發(fā)明的一實(shí)施方式的車輛，具有:上述任一技術(shù)方案所述的半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置；和電力供給源，其向所述半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置提供電力。
[0094]本發(fā)明的一實(shí)施方式的波長變換元件的制造方法，包括:在c軸取向的氧化鋅的薄膜上，形成由多個(gè)熒光體粒子構(gòu)成的熒光體粒子層的工序(a);采用溶液生長法，用氧化鋅填充所述熒光體粒子層的內(nèi)部的一部分空隙，形成包含所述多個(gè)熒光體粒子的一部分以及位于其間且由氧化鋅構(gòu)成的第一基體的第一熒光體層的工序(b);和通過折射率小于所述氧化鋅的材料來填充所述熒光體粒子層的內(nèi)部的剩余空隙，形成包含所述多個(gè)熒光體粒子的剩余的部分以及位于其間且由折射率小于所述氧化鋅的材料構(gòu)成的第二基體的第二熒光體層的工序(C)。
[0095]所述氧化鋅的薄膜的基于c軸的X射線搖擺曲線法得到的半值寬度可以在4.5°以下。
[0096]所述氧化鋅的薄膜可以是外延生長的單晶。
[0097]形成所述熒光體粒子層的工序可以是電泳法。
[0098]所述熒光體粒子，可以包含從由YAG(釔鋁石榴石)熒光體以及β-SiAlON(塞隆)組成的組中選擇的至少一者。
[0099]折射率小于所述氧化鋅的材料，可以包含從由高溫?zé)撇Ａ?、低溫?zé)撇Ａ?、二氧化硅、液態(tài)玻璃、無機(jī)-有機(jī)復(fù)合體以及硅橡膠系的高耐熱性的透光性樹脂、硅樹脂組成的組中選擇的至少一者。[0100]參照附圖，以下，對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0101](實(shí)施方式I)
[0102]圖1是實(shí)施方式I的波長變換元件的剖面圖。
[0103]本實(shí)施方式的波長變換元件10，具有第一熒光體層7和第二熒光體層8。波長變換元件10，將入射的光之中至少一部分的光變換為與入射時(shí)的光的波段不同的波段的光而出射。
[0104]第一熒光體層7包括多個(gè)熒光體粒子3的一部分、和位于多個(gè)熒光體粒子3的一部分之間且由沿c軸取向的氧化鋅構(gòu)成的第一基體5。第二熒光體層8包括多個(gè)熒光體粒子3的剩余部分、和位于多個(gè)熒光體粒子3的剩余部分之間且由折射率比氧化鋅小的材料構(gòu)成的第二基體6。即，在波長變換元件10中，多個(gè)熒光體粒子3的空隙的一部分由第一基體5填充，剩余的部分由第二基體6填充。
[0105]對第一熒光體層7以及第二熒光體層8所包含的多個(gè)熒光體粒子3，能夠使用一般用于發(fā)光元件的具有各種激勵波長、出射光波長以及粒徑的熒光體。例如，能夠使用YAG(釔鋁石榴石)、β-SiAlON(塞隆)等。特別地，激勵熒光體的波長以及出射的光的波長，能夠根據(jù)波長變換元件10的用途而任意選擇。此外，根據(jù)這些波長，能夠選擇在YAG或β -SiAlON中摻雜的元素。
[0106]特別地，在作為激勵第一熒光體層7以及第二熒光體層8的激勵光的波長而選擇藍(lán)紫光或藍(lán)光時(shí)，由于能高效地激勵熒光體，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高輸出的LED元件、高輸出的半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置等的發(fā)光元件或發(fā)光裝置。
[0107]也可以通過從發(fā)光元件釋放出的藍(lán)紫光，來激勵藍(lán)色熒光體，且使用所產(chǎn)生的藍(lán)色光來激勵波長變換元件10的熒光體粒子3。因此，在入射到波長變換元件10的藍(lán)色光中，含有來自藍(lán)色熒光體的藍(lán)色光。
[0108]在作為熒光體粒子3而使用了由藍(lán)色光激勵的黃色熒光體時(shí)，從波長變換元件10出射的光，成為將激勵光的藍(lán)色光與來自熒光體的黃色光合成后得到的白色光。在此，將波長從400nm至420nm的光定義為藍(lán)紫光，將波長從420nm至470nm的光定義為藍(lán)色光。此夕卜，將波長從500nm至700nm的光定義為黃色光。所謂藍(lán)色熒光體，定義為由藍(lán)紫光激勵且出射藍(lán)色光的熒光體。此外，所謂黃色熒光體，定義為由藍(lán)色光或藍(lán)紫光激勵且出射黃色光的熒光體。
[0109]作為熒光體粒子3，也可以使用由藍(lán)紫色光激勵的藍(lán)色熒光體、和由藍(lán)色光激勵的黃色熒光體。此時(shí)，波長變換元件10，也出射將來自熒光體的藍(lán)色光與黃色光合成后得到的白色光?；蛘撸鳛闊晒怏w粒子3，也可以使用由藍(lán)紫光激勵的藍(lán)色熒光體和由藍(lán)紫光激勵的黃色熒光體。此時(shí)，波長變換元件10，也出射將來自熒光體的藍(lán)色光與黃色光合成后得到的白色光。
[0110]而且，為了提高LED元件或半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置的彩色再現(xiàn)性，也可以將產(chǎn)生綠色光的熒光體、產(chǎn)生紅色光的熒光體配合起來使用。
[0111]在第一熒光體層7中，第一基體5由沿c軸取向的氧化鋅構(gòu)成。更詳細(xì)而言，沿c軸取向的氧化鋅是具有纖鋅礦的結(jié)晶構(gòu)造的柱狀結(jié)晶，或者是單晶。氧化鋅的c軸與基板I的法線方向平行，或者，相對于基板I的法線方向的c軸的傾角為4°以下。其中，所謂“c軸的傾角為4°以下”，是指c軸的傾角分布在4°以下，所有微晶的傾角不局限于4°以下?！癈軸的傾角”，能夠通過基于C軸的X射線搖擺曲線法的半值寬度來進(jìn)行評價(jià)。如上所述，C軸取向的柱狀結(jié)晶，在C軸方向上晶粒邊界少。
[0112]在本實(shí)施方式中，在第一熒光體層7中，熒光體粒子3彼此相接。第一基體5被填充為填滿熒光體粒子3之間的空隙，第一基體5與熒光體粒子3相接。即，熒光體粒子3，與相鄰的熒光體粒子3彼此相接，并且還與第一基體5相接。此外，在第一熒光體層7中，實(shí)質(zhì)上不存在空隙。
[0113]由沿c軸取向的氧化鋅構(gòu)成的第一基體5，利用氧化鋅的結(jié)晶生長性而形成。因此，波長變換元件10，還可以具有基板I和薄膜2。薄膜2與第一熒光體層7的例如主面7a相接。此外，基板I與薄膜2相接，薄膜2位于基板I與第一熒光體層7之間。
[0114]基板1，如上所述，是從由玻璃、石英、氧化硅、藍(lán)寶石、氮化鎵以及氧化鋅形成的組中選擇的一者所構(gòu)成的。在采用由藍(lán)寶石或氮化鎵構(gòu)成的基板I時(shí)，基板I的主表面可以是這些結(jié)晶的C面。薄膜2由單晶的氧化鋅或者多晶的氧化鋅構(gòu)成。
[0115]由于薄膜2作為成為構(gòu)成第一基體5的氧化鋅的結(jié)晶生長的核的晶種而發(fā)揮功能，因此，能夠形成上述沿c軸取向的氧化鋅的第一基體5。
[0116]基板I以及薄膜2，在形成第一基體5之后，或者在形成以下說明的第二基體6之后，可以去除，波長變換元件10，也可以不包含基板I或者基板I及薄膜2這兩者。此外，若在基板I上能夠直接形成沿c軸取向的氧化鋅，則波長變換元件10，也可以包含基板1，而不包含薄膜2。去除了基板I時(shí)的c軸取向的氧化鋅，基體5的氧化鋅的c軸與第一熒光體層7的主表面7a或7b的法線方向平行，或者相對于第一熒光體層7的主表面7a或7b的法線方向的c軸的傾角為4°以下。詳細(xì)而言，若基于c軸的X射線搖擺曲線法的半值寬度為4°以下，則能夠形成在c軸方向上晶粒邊界少的氧化鋅。
[0117]在第二熒光體層8中，第二基體6，由折射率比氧化鋅小的材料構(gòu)成。氧化鋅的折射率，雖然由于結(jié)晶狀態(tài)或制造方法而多少會有不同，但是為1.9以上2.0以下左右的值。第二基體6，只要由具有比作為第一基體5而使用的氧化鋅的折射率小的折射率的材料構(gòu)成即可。第二基體6，具有比氧化鋅的折射率小的折射率，是非晶型(玻璃)狀態(tài)的透光性材料。例如，能夠由將硅酸鹽作為主成分的玻璃；將磷酸鹽作為主成分的玻璃；將硼酸鹽作為主成分的玻璃；將二氧化硅(SiO2)、原硅酸四乙酯等的二氧化硅源作為原料通過溶膠-凝膠法而形成的玻璃；硬化前是液體原料、硬化后成為固體的聚硅氮烷等的液態(tài)玻璃；或者二氧化硅(SiO2)與硅樹脂(R2SiO)的中間體即聚乙烯等無機(jī)-有機(jī)復(fù)合體；將硅氧烷主鏈作為直鏈結(jié)構(gòu)的硅橡膠系的高耐熱性的透光性樹脂；將硅氧烷主鏈作為分支結(jié)構(gòu)的硅樹脂等來構(gòu)成第二基體6。具有上述主成分的玻璃，可以是高溫?zé)撇ＡВ部梢缘蜏責(zé)撇Ａ?。所謂高溫?zé)撇Ａ?，是指通過大致600°C以上的溫度進(jìn)行燒制而成的玻璃，所謂低溫?zé)撇Ａ侵竿ㄟ^以大致200°C以上且600°C以下的溫度進(jìn)行燒制而成的玻璃。
[0118]第二基體6，也可以包含從由這種高溫?zé)撇Ａ?、低溫?zé)撇ＡА⒍趸?、液態(tài)玻璃、有機(jī)-無機(jī)復(fù)合體以及樹脂構(gòu)成的組中選擇至少一者。燒制玻璃、液態(tài)玻璃、無機(jī)-有機(jī)復(fù)合體等的折射率，例如，在1.4以上且1.6以下。此外，硅橡膠系的高耐熱性的樹脂、二氧化硅樹脂等樹脂的折射率，例如，在1.4以上且1.6以下。
[0119]在第二熒光體層8中，熒光體粒子3彼此相接。第二基體6被填充為填滿熒光體粒子3之間的空隙，第二基體6與熒光體粒子3相接。即，熒光體粒子3，與相鄰的熒光體3彼此相接，并且與第二基體6相接。此外，在第二熒光體層8中，空隙實(shí)質(zhì)上不存在。
[0120]第二熒光體層8的熒光體粒子3，具有與第一熒光體層7的熒光體粒子3相同的組成，與熒光體粒子3所包含的熒光體的濃度也相同。即，在第一熒光體層7中包含相同的多個(gè)熒光體粒子3的一部分，在第二熒光體層8中包含剩余部分。第二熒光體層8中的熒光體粒子3的密度，既可以與第一熒光體層7中的熒光體粒子3的密度一樣，也可以不同。
[0121]如圖1所示，第二基體6，填充了熒光體粒子3的空隙當(dāng)中的第一基體5所不在的部分，以使與第一基體5相接。由此,第二突光體層8被配置為與第一突光體層相接。第二突光體層8和第一突光體層7,由第一基體5與第二基體6的界面規(guī)定。因此，在多個(gè)突光體粒子3當(dāng)中，位于第一基體5與第二基體6的界面的熒光體粒子3，可以一部分歸屬第一熒光體層7，剩余的部分歸屬第二熒光體層8。
[0122]在波長變換元件10中，從第一熒光體層7的主表面7a入射的光，透過第一熒光體層7以及第二熒光體層8，從第二熒光體層8的主表面8b出射。此時(shí)，至少將一部分的光變換為與入射時(shí)的光的波段不同的波段的光而出射。或者，從第二熒光體層8的主表面8b入射的光透過第二熒光體層8以及第一熒光體層7，從第一熒光體層7的主表面7a出射。此時(shí)，分別在第一熒光體層7以及第二熒光體層8中，熒光體粒子3，至少將一部分的光激勵成與入射時(shí)的光的波段不同的波段的光，并出射。
[0123]在第一熒光體層7以及第二熒光體層8中，雖然熒光體粒子3由相同材料構(gòu)成，但第一基體5以及第二基體6的折射率彼此不同。因此，第一熒光體層7中的熒光體粒子3與第一基體5的折射率差，不同于第二熒光體層8中的熒光體粒子3與第二基體6的折射率差。由此，在第一熒光體層7以及第二熒光體層8中，入射到熒光體粒子3中來激勵熒光體的光、與不入射到熒光體粒子中而透過的光的比例彼此不同，生成的熒光與透過光的比例也彼此不同。其結(jié)果是，相同波長的光入射到第一熒光體層7以及第二熒光體層8時(shí)，從第一熒光體層7以及第二熒光體層8出射的、熒光與透過光混合后的光的色度彼此不同。
[0124]因此，根據(jù)本實(shí)施方式，通過調(diào)整第一熒光體層7的厚度tl以及第二熒光體層8的厚度t2(主表面7a或者主表面7b的法線方向的厚度)、或者它們的厚度之比，能夠使從波長變換元件10出射的光的色度變化。例如，即使在成為入射到波長變換元件10的光源的發(fā)光元件的發(fā)光波長出現(xiàn)偏差時(shí)，通過調(diào)整第一熒光體層7以及第二熒光體層8的厚度，也能夠抑制從波長變換元件10出射的光的色度的偏差。
[0125]此外，根據(jù)本實(shí)施方式的波長變換元件，在第一熒光體層中，由于用由氧化鋅構(gòu)成的第一基體填充了熒光體粒子之間，因此，具有高耐熱性。由于氧化鋅的折射率大，因此，能夠抑制入射到熒光體粒子中的光的散射，此外，由于氧化鋅在c軸方向上取向，因此在光的出射方向上晶粒邊界少，能夠抑制空隙。因此，能夠從波長變換元件高效地將光導(dǎo)出到外部。
[0126]以下，參照附圖，來說明本實(shí)施方式的波長變換元件10的制造方法。
[0127]圖2(a)、(b)、(c)、(d)，表示實(shí)施方式I的方法的工序順序的剖面圖。
[0128]在實(shí)施方式I中，用從氧化鋅的薄膜2結(jié)晶生長的c軸取向的氧化鋅填充由熒光體3構(gòu)成的熒光體粒子層4的內(nèi)部的空隙的一部分，用折射率比氧化鋅小的材料填充剩余的空隙。
[0129]首先，如圖2(a)所示，在基板I上，形成氧化鋅的薄膜2。作為基板1，也可以使用透明性高的基板?？梢允褂貌ＡЩ濉⑹⒒宓?。也可以使用PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)薄膜、PET(耐高溫聚酯)薄膜等。當(dāng)在半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置中使用在波長變換元件的端面反射來自熒光體粒子的熒光或激勵光而利用的反射型的波長變換元件時(shí)，基板I也可以不僅是透明基板，而還可以是不透明的基板?？梢栽诨錓的表面或背面，設(shè)置反射率高的銀或鋁等的反射層。為了兼顧反射層與基板，作為基板1，也可以使用具有高反射率的硅基板或招基板等。
[0130]在使用沒有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的非結(jié)晶性材料即玻璃等的基板I時(shí)，或者，在使用即使是單晶基板、但基板與氧化鋅的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的晶格不匹配率大的基板I時(shí)，形成由多晶的氧化鋅構(gòu)成的薄膜2。
[0131]作為形成氧化鋅的薄膜2的方法，使用電子束蒸鍍法、反應(yīng)性等離子蒸鍍法、濺射法、脈沖激光沉積法等的真空成膜法。在真空成膜法中，能夠通過成膜時(shí)的基板溫度或離子密度等的成膜條件、成膜之后進(jìn)行加熱退火處理等，來形成c軸取向的氧化鋅的薄膜2。此夕卜，為了獲得低電阻的c軸取向的氧化鋅的薄膜2，也可以在氧化鋅的薄膜中添加Ga、Al、B
等元素。
[0132]接著，如圖2(b)所示，在基板I上形成的氧化鋅的薄膜2上，形成由熒光體粒子3構(gòu)成的熒光體粒子層4。作為形成熒光體粒子層4的方法，能夠制作使熒光體粒子3分散的熒光體分散溶液，并采用電泳法，在氧化鋅的薄膜2上集積熒光體粒子3?；蛘?，也可以通過在熒光體分散溶液中使熒光體粒子3沉降，來形成熒光體粒子層4。
[0133]接著，如圖2(c)所示，從c軸取向的氧化鋅的薄膜2，通過使用含有Zn離子的溶液的溶液生長法，使由c軸取向的氧化鋅構(gòu)成的第一基體進(jìn)行結(jié)晶生長，并用第一基體5填充突光體粒子3的間隙。由此,形成第一突光體層7。在溶液生長法中，可采用在大氣壓下進(jìn)行的化學(xué)浴析出法(chemical bath deposition)、在大氣壓以上的壓力下進(jìn)行的水熱合成法(hydrothermal synthesis)、施加電壓或電流的電解析出法(electrochemical deposition)等。作為結(jié)晶生長用的溶液,例如，可使用含有六亞甲基四胺(Hexamethylenetetramine) (C6H12N4)的硝酸鋒(Zinc nitrate) (Zn(NO3)2)的水溶液。硝酸鋅的水溶液的pH的示例，為5以上且7以下。這些溶液生長法，例如，在JP特開2004-315342號公報(bào)中已公開。
[0134]圖3表示從圖2(c)的c軸取向的氧化鋅的薄膜2，通過結(jié)晶生長而形成由c軸取向的氧化鋅構(gòu)成的第一基體5的中途過程。通過使用溶液生長法，能夠不是從熒光體粒子3使氧化鋅直接進(jìn)行結(jié)晶生長，而是將薄膜2作為晶種，從第一熒光體層7的下部所形成的薄膜2，向上方按順序使c軸取向的氧化鋅進(jìn)行結(jié)晶生長。此時(shí)，用c軸取向的氧化鋅僅填充熒光體粒子層4的空隙的一部分。
[0135]而且，如圖2(d)所示，在位于熒光體粒子層4的上部的剩余的空隙中，填充第二基體6，并形成第二熒光體層8。例如，通過溶膠-凝膠法形成第二基體6。在第一熒光體層7上的熒光體粒子3的空隙中填充四甲氧基硅烷等的醇化物的溶膠，使其脫水縮聚，進(jìn)而通過加熱，形成由玻璃構(gòu)成的第二基體6。
[0136]由此,能夠形成第二突光體層8,完成具有第一突光體層7以及第二突光體層8的波長變換元件10。
[0137](實(shí)施方式2)[0138]圖4表示實(shí)施方式2的波長變換元件的剖視圖。本實(shí)施方式的波長變換元件40具有:基板41 ;薄膜42 ;第一熒光體層47 ;和第二熒光體層8。第一熒光體層47，包含多個(gè)熒光體粒子3的一部分以及位于該一部分之間的第一基體45。第一基體45，由單晶的氧化鋅構(gòu)成。此外，基板41是單晶基板，薄膜42由單晶的氧化鋅構(gòu)成。第二熒光體層8與實(shí)施方式I的第二突光體層8相同。
[0139]在實(shí)施方式2中，用從單晶的氧化鋅的薄膜42結(jié)晶生長的單晶的氧化鋅填充由熒光體粒子3構(gòu)成的熒光體粒子層4的內(nèi)部的空隙的一部分，并用折射率比氧化鋅小的材料填充剩余的空隙。
[0140]根據(jù)本實(shí)施方式的波長變換元件，由于第一基體45由單晶的氧化鋅構(gòu)成，因此進(jìn)一步減少了第一基體45中的晶粒邊界，進(jìn)一步降低了入射到第一熒光體層內(nèi)的光的散射。因此，本實(shí)施方式的波長變換元件能夠進(jìn)一步高效地將光導(dǎo)出到外部。
[0141]以下，參照附圖，說明本實(shí)施方式的波長變換元件的制造方法。
[0142]圖5(a)、(b)、(c)、(d)表示實(shí)施方式2中的方法的工序順序的剖面圖。
[0143]在基板41上，可使用氧化鋅的結(jié)晶結(jié)構(gòu)與基板的結(jié)晶結(jié)構(gòu)之間的晶格不匹配率小的單晶基板。此時(shí)，基板41的結(jié)晶方位與氧化鋅的薄膜42的結(jié)晶方位之間，具有一定的關(guān)系，能夠使氧化鋅結(jié)晶生長。以下，將該生長稱為外延生長。在外延生長的氧化鋅的薄膜42中，結(jié)晶作為整體而向相同方向取向，除了結(jié)晶缺陷等，基本上不產(chǎn)生晶粒邊界。如此，所謂單晶，是指外延生長的晶粒邊界非常少的結(jié)晶。單晶的氧化鋅的薄膜42作為能夠外延生長的基板41，可使用藍(lán)寶石基板、GaN基板、氧化鋅基板等。作為基板41，也可以使用形成用于緩和基板與氧化鋅的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的晶格不匹配率的緩沖層的上述單晶基板。作為基板41，也可以使用形成單晶GaN薄膜的藍(lán)寶石基板。與實(shí)施方式I相同，在半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置中使用在波長變換元件的端面反射來自熒光體粒子的熒光或激勵光而利用的反射型的波長變換元件時(shí)，基板41也可以不僅是透明基板，而還可以是不透明的基板。在基板41表面或背面，也可以設(shè)置反射率高的銀或鋁等反射層。為了兼顧反射層與基板，作為基板41，也可以使用具有聞反射率的單晶的娃基板。
[0144]如圖5(a)所示，在基板41上形成薄膜42。作為形成單晶的氧化鋅的薄膜42的方法，可采用與實(shí)施方式I相同的真空成膜法。此外，當(dāng)基板41的表面在溶液生長時(shí)能夠成為氧化鋅的晶種時(shí)，也可以通過溶液生長法來形成單晶的氧化鋅的薄膜42。例如，在形成單晶的GaN薄膜的藍(lán)寶石基板上，也可以通過溶液生長法來形成單晶的氧化鋅的薄膜42。
[0145]接著，如圖5 (b)所示，在基板41上形成的單晶的氧化鋅的薄膜42上，形成由熒光體粒子3構(gòu)成的熒光體粒子層4。作為形成熒光體粒子層4的方法，可采用與實(shí)施方式I同樣的方法。
[0146]接著，如圖5(c)所示，從單晶的氧化鋅的薄膜42，通過使用含有Zn離子的溶液的溶液生長法，使由單晶的氧化鋅構(gòu)成的第一基體45進(jìn)行結(jié)晶生長，并形成第一熒光體層47。對于c軸取向的單晶的氧化鋅的形成，能夠采用與實(shí)施方式I同樣的方法。與實(shí)施方式I同樣，用c軸取向的氧化鋅填充熒光體粒子層4的空隙的一部分。
[0147]而且，如圖5(d)所示，在位于熒光體粒子層4的上部的剩余的空隙中，填充第二基體6,并形成第二突光體層8。對于第二基體6的形成,可米用與實(shí)施方式I同樣的方法。
[0148](實(shí)施方式3)[0149]對本發(fā)明的LED元件的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0150]本實(shí)施方式的LED元件，能夠使用實(shí)施方式1、2的任一種波長變換元件。圖6 (a)表示使實(shí)施方式I所示的波長變換元件10上下翻轉(zhuǎn)后的狀態(tài)。
[0151]圖6(b)表示實(shí)施方式3的LED元件的剖面圖。為了易于理解，LED芯片的電極、LED芯片的內(nèi)部構(gòu)造等進(jìn)行了簡化。如圖6(b)所示，LED元件60具有:支撐體61 ;LED芯片62和波長變換元件5()。如上所述，作為波長變換元件50，可使用實(shí)施方式I所示的波長變換元件10、或者實(shí)施方式2所示的波長變換元件40。
[0152]支撐體61，支撐LED芯片62。在本實(shí)施方式中，LED元件60具有能夠面安裝的構(gòu)造。本實(shí)施方式適合用于高亮度LED元件，因此，支撐體61也可以具有高的熱傳導(dǎo)率以使在LED元件產(chǎn)生的熱高效地?cái)U(kuò)散到外部。例如，也可以使用由氧化鋁或氮化鋁等形成的陶瓷。LED芯片62，出射對波長變換元件50的熒光體進(jìn)行激勵的激勵光。例如，包含基板62a、η型GaN層62b、p型GaN層62d、以及被η型GaN層62b和ρ型GaN層62d所夾著的InGaN構(gòu)成的發(fā)光層62c。LED芯片62，例如，出射藍(lán)色光。LED芯片62，在支撐體61上，通過焊料64等而被固定在支撐體61，以使來自LED芯片的光的出射面63成為上面。此外，LED芯片62，通過焊線65與設(shè)置在支撐體的電極66電連接。LED芯片62的周圍被支撐體61包圍，波長變換元件50被固定于支撐體61。波長變換元件50，若如圖6(a)所示的配置那樣，在來自LED元件的光的出射面67側(cè)配置基板I側(cè)，則第一熒光體層7以及第二熒光體層8不會暴露到外部。但是，也可以在來自LED芯片62的光的入射面68側(cè)，配置波長變換元件50的基板I。
[0153]在LED元件60中，從LED芯片62的出射面63放射的激勵光，被入射到波長變換元件50。在波長變換元件50中，入射的激勵光的一部分入射到熒光體粒子，并通過激勵熒光體，出射與激勵光不同的波段的光。例如，當(dāng)熒光體為黃色熒光體時(shí)，作為激勵光入射藍(lán)色光，出射黃色光。
[0154]未入射到熒光體粒子3的激勵光，直接透過波長變換元件50。由此，在從波長變換元件50出射的光中包含藍(lán)色光和黃色光，LED元件60出射白色光。如在實(shí)施方式I所說明，根據(jù)本實(shí)施方式，即使在從LED芯片62放射的光的波長中產(chǎn)生偏差，也能夠通過調(diào)整第一熒光體層7以及第二熒光體層8的厚度(或者厚度之比)，來抑制從波長變換元件出射的光的偏差。
[0155](實(shí)施方式4)
[0156]對本發(fā)明的LED元件的其它實(shí)施方式進(jìn)行說明。在實(shí)施方式4中，對使用通過與實(shí)施方式I同樣的方法形成的波長變換元件的LED元件進(jìn)行說明。由c軸取向的柱狀結(jié)晶的氧化鋅形成用于第一熒光體層的第一基體5。
[0157]圖7、圖8是表示實(shí)施方式4中的LED元件的剖面圖。LED芯片的電極、LED元件的支撐體、電極、布線等，為了易于理解而進(jìn)行了簡化。
[0158]圖7 (a)所示的LED元件具有LED芯片70和波長變換元件75。LED芯片70包括基板71和位于基板71上的半導(dǎo)體發(fā)光兀件72。半導(dǎo)體發(fā)光兀件72還具有發(fā)光層73。波長變換元件75是在半導(dǎo)體發(fā)光元件72上直接形成的，且具有從實(shí)施方式I的波長變換元件10去除了基板I的構(gòu)造。即，波長變換元件75具有:半導(dǎo)體發(fā)光元件72上所形成的薄膜2 ;第一突光體層7 ;和第二突光體層84。[0159]圖7 (b)所示的LED元件，也具有LED芯片70和波長變換元件75，LED芯片70中的上下與圖7(a)所示的LED元件顛倒。即，LED芯片70的發(fā)光層73，位于與波長變換元件75相反側(cè)。波長變換元件75具有:基板71上所形成的薄膜2 ;第一熒光體層7 ;和第二熒光體層84。
[0160]例如，作為基板71，能夠使用藍(lán)寶石基板、GaN基板等。這些基板，透光性高，在這些基板上能夠形成包含η型GaN、由InGaN構(gòu)成的發(fā)光層以及ρ型GaN的良好特性的半導(dǎo)體發(fā)光兀件。
[0161]在圖7(a)所示的結(jié)構(gòu)以及圖7(b)所示的結(jié)構(gòu)的任一個(gè)中，能夠?qū)ED芯片70作為基板，在半導(dǎo)體發(fā)光元件72側(cè)，或者在半導(dǎo)體發(fā)光元件的基板71側(cè)，用與實(shí)施方式I同樣的方法，形成波長變換元件75。
[0162]本實(shí)施方式的LED元件，可以使用包含結(jié)晶分離層74的LED芯片80和波長變換元件75來構(gòu)成。詳細(xì)而言，如圖8(a)、圖8(b)所示，能夠在半導(dǎo)體發(fā)光元件72或者半導(dǎo)體發(fā)光元件的基板71上，將形成結(jié)晶分離層74的LED芯片80作為基板，通過與實(shí)施方式I同樣的方法，形成波長變換元件75。結(jié)晶分離層74，是用于形成由c軸取向的氧化鋅構(gòu)成的薄膜2的基底層。結(jié)晶分離層74，例如，能夠采用離子化學(xué)氣相生長法，通過將沒有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的非晶形的二氧化硅(SiO2)作為主成分的材料而形成。也可以由聚硅氮烷等液態(tài)的玻璃原料形成的玻璃。通過形成結(jié)晶分離層74，例如，即使半導(dǎo)體發(fā)光元件的基板71是GaN基板的m面，半導(dǎo)體發(fā)光元件72是在基板71外延生長的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，也由于結(jié)晶分離層74是與玻璃基板同樣的沒有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的非晶形，因此，與基板71的結(jié)晶結(jié)構(gòu)無關(guān)，能夠形成c軸取向的氧化鋅的薄膜2。由于氧化鋅的薄膜2是c軸取向，因此，能夠用與實(shí)施方式I同樣的方法，以c軸取向的氧化鋅形成第一突光體層7的第一基體5。
[0163](實(shí)施方式5)
[0164]對本發(fā)明的LED元件的其它實(shí)施方式進(jìn)行說明。在實(shí)施方式5中，對使用通過與實(shí)施方式2同樣的方法形成的波長變換元件的LED元件進(jìn)行說明。其是以單晶的氧化鋅形成第一熒光體層的第一基體的示例。
[0165]圖9是表示實(shí)施方式5中的LED元件的剖面圖。LED芯片的電極、LED元件的支撐體、電極、布線等，為了易于理解而進(jìn)行了簡化。
[0166]實(shí)施方式5的LED元件具有LED芯片70和波長變換元件95。
[0167]波長變換元件95具有:單晶的氧化鋅的薄膜42 ;第一熒光體層47 ;和第二熒光體層8。與實(shí)施方式2同樣,第一突光體層47的第一基體45,由單結(jié)晶的氧化鋅構(gòu)成。LED芯片與實(shí)施方式4同樣,包括半導(dǎo)體發(fā)光兀件72和基板71。
[0168]若半導(dǎo)體發(fā)光元件72或者半導(dǎo)體發(fā)光元件的基板71的表面的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，具有形成單晶的氧化鋅的薄膜42的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，則如圖9(a)以及圖9(b)所示，能夠?qū)ED芯片70作為基板，在半導(dǎo)體發(fā)光元件72側(cè)，或者半導(dǎo)體發(fā)光元件的基板71側(cè)，形成單晶的氧化鋅的薄膜42。由于氧化鋅的薄膜42為單晶，因此，能夠通過與實(shí)施方式2同樣的方法，以單晶的氧化鋅來形成第一熒光體層47的第一基體45。
[0169]例如，作為半導(dǎo)體發(fā)光元件的基板71，能夠使用c面的藍(lán)寶石基板、c面的GaN基板等。特別地，氧化鋅以及氮化鎵都具有纖鋅礦型的結(jié)晶構(gòu)造。這些a軸晶格的不匹配率為1.8%，c軸晶格的不匹配率為0.4%，都非常小。因此，能夠在半導(dǎo)體發(fā)光元件側(cè)或者基板側(cè)，使由單晶的氧化鋅構(gòu)成的薄膜進(jìn)行外延生長。
[0170](實(shí)施方式6)
[0171]對本發(fā)明的半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0172]圖10是表示實(shí)施方式6的半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置100的剖面圖。半導(dǎo)體激光芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電極、連接布線等，為了易于理解而進(jìn)行了簡化。半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置100具有:半導(dǎo)體激光芯片110 ;波長變換元件50 ;以及支撐半導(dǎo)體激光芯片110和波長變換元件50的桿101。半導(dǎo)體激光芯片110通過塊102被支撐于桿101，波長變換元件50通過蓋103被支撐于桿101。桿101和塊102，由主要含F(xiàn)e或Cu的金屬材料構(gòu)成，用模具一體成型，在動作時(shí)對半導(dǎo)體激光芯片110中產(chǎn)生的熱高效地進(jìn)行排熱。蓋103由主要含F(xiàn)e或Ni的金屬材料成型，與桿101通過熔接等進(jìn)行了熔接。半導(dǎo)體激光芯片110，被安裝在塊102上，通過焊線，在半導(dǎo)體激光芯片110與引腳105之間進(jìn)行電連接。在蓋103中設(shè)置有開口部104，且以覆蓋該開口部104的方式設(shè)置了實(shí)施方式I或2的波長變換元件50。來自半導(dǎo)體激光芯片110的激勵光，從入射面107入射到波長變換元件50。半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置100，從出射面108出射使透過波長變換元件50的激勵光和從激勵光變換的熒光合成后的光。
[0173]在圖10中，半導(dǎo)體激光芯片110雖然直接被安裝在塊102上，但也可以借助由AlN或Si等構(gòu)成的基臺(sub mount),而安裝于塊102上。
[0174]在半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置100中，若在出射面108側(cè)配置波長變換元件50的基板，則有波長變換元件不被暴露于外部的優(yōu)點(diǎn)。但是，也可以在入射面107側(cè)配置基板。
[0175](實(shí)施方式7)
[0176]對本發(fā)明的車頭燈以及車輛的實(shí)施方式進(jìn)行說明。在實(shí)施方式7中，對使用實(shí)施方式I或2的任一者的波長變換元件的車頭燈以及車輛進(jìn)行說明。
[0177]圖11 (a)簡要表示本實(shí)施方式的車輛的結(jié)構(gòu)。車輛601具有車身605和在車身605前部所設(shè)置的車頭燈602 ;電力供給源603 ;以及發(fā)電機(jī)604。發(fā)電機(jī)604通過未圖不的發(fā)動機(jī)等驅(qū)動源，被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，而產(chǎn)生電力。所生成的電力，被儲存在電力供給源603中。在本實(shí)施方式中，電力供給源603是能夠充放電的2次電池。車輛601為電動汽車或混合動力汽車時(shí)，驅(qū)動車輛的電動機(jī)也可以是發(fā)電機(jī)604。車頭燈602通過來自電力供給源的電力進(jìn)行點(diǎn)売。
[0178]圖11 (b)表示車頭燈602的簡略結(jié)構(gòu)。車頭燈602具有:半導(dǎo)體激光芯片611和光學(xué)系統(tǒng)612 ;光纖613 ;波長變換兀件614 ;以及光學(xué)系統(tǒng)615。半導(dǎo)體激光芯片611,例如在實(shí)施方式6的半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置330中，具有代替波長變換元件50而設(shè)置了透明板的結(jié)構(gòu)。
[0179]從半導(dǎo)體激光芯片611放射的光，通過光學(xué)系統(tǒng)612在光纖613的一端聚光，并透過光纖613。從光纖613的另一端出射的光，入射到波長變換元件614，至少一部分的波長被變換，而進(jìn)行出射。而且，通過光學(xué)系統(tǒng)615來控制照射范圍。由此，車頭燈602對車輛601的前方進(jìn)行照射。
[0180]圖11 (C)是使用反射型的波長變換元件的車頭燈中的波長變換元件614附近的放大圖。從半導(dǎo)體激光芯片611放射的入射光617，入射到具有反射層616的波長變換元件614,至少一部分波長被變換后的出射光618,在投射鏡619進(jìn)行反射而出射。
[0181]根據(jù)本實(shí)施方式的車頭燈，由于波長變換元件的第一熒光體層的第一基體由熱傳導(dǎo)性以及耐熱性高的無機(jī)材料構(gòu)成，因此，即使在使用優(yōu)選以高強(qiáng)度來放射光的車前燈時(shí)，也具有優(yōu)良的排熱性以及耐熱性，且能抑制經(jīng)長時(shí)間后熒光體層因熱而發(fā)生劣化。此外，由于出射效率高，因此電力供給源的電力的消耗少。而且，由于通過光纖將從半導(dǎo)體激光芯片出射的光導(dǎo)入到波長變換元件，因此，對車前燈中的半導(dǎo)體激光芯片與波長變換元件的配置無制約。此外，能夠通過改變波長變換元件的第一及第二熒光體層的厚度比來調(diào)整色度。
[0182]如以上所說明，本實(shí)施方式的波長變換元件具有使用折射率高的氧化鋅作為第一基體的第一熒光體層、和使用折射率比氧化鋅小的材料作為第二基體的第二熒光體層。通過控制第一熒光體層的厚度與第二熒光體層的厚度的比率，與是一種熒光體且同一熒光體量無關(guān)，能夠控制波長變換元件以及LED元件、半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置的色度。而且，由于使構(gòu)成第一熒光體層的第一基體的氧化鋅進(jìn)行結(jié)晶生長時(shí)的厚度的控制性高，因此，波長變換元件以及LED元件、半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置的色度的控制性高。此外，在預(yù)先形成熒光體粒子層之后，能夠通過形成的氧化鋅的厚度來控制波長變換元件的色度，因此，在形成第一熒光體層的過程的途中階段，能夠進(jìn)行波長變換元件的色度測定，并能夠根據(jù)該結(jié)果來調(diào)整波長變換元件的色度。
[0183]根據(jù)實(shí)施方式1，通過使用由c軸取向的氧化鋅構(gòu)成的薄膜，能夠用由c軸取向的柱狀結(jié)晶的氧化鋅構(gòu)成的第一基體來致密地填充熒光體層的內(nèi)部的空隙。由此，第一熒光體層中的光的出射方向中的氧化鋅的晶粒邊界能夠減少，并且能夠抑制空隙。因此，能夠抑制向波長變換元件入射的光的散射，并高效地向外部導(dǎo)出光。
[0184]根據(jù)實(shí)施方式2，通過使用由單晶的氧化鋅構(gòu)成的薄膜，能夠用由外延生長的單晶的氧化鋅構(gòu)成的第一基體來致密地填充熒光體粒子層的內(nèi)部的空隙。由此，不會產(chǎn)生因第一熒光體層的氧化鋅的晶粒邊界所引起的光散射，并且能夠抑制空隙。因此，本實(shí)施方式的波長變換元件還能夠高效地向外部導(dǎo)出光。
[0185]此外，根據(jù)實(shí)施方式I以及2，能夠從薄膜，直接將為同一材料的第一基體進(jìn)行結(jié)晶生長。因此，第一熒光體層與基板之間的密接性高。
[0186]此外，根據(jù)實(shí)施方式I以及2，第二熒光體層的基體由折射率小于氧化鋅的材料構(gòu)成。因此，在從第一熒光體層側(cè)使應(yīng)進(jìn)行波長變換的激勵光入射時(shí)，來自激勵光以及第一及第二熒光體層的熒光從第二熒光體層出射。因此，波長變換元件與外部環(huán)境的折射率之差與氧化鋅相比變小，在第二熒光體層與外部環(huán)境的界面中，能夠減少整個(gè)反射的光的量，能夠?qū)崿F(xiàn)光導(dǎo)出的效率更高的波長變換元件。
[0187]根據(jù)實(shí)施方式3，由于波長變換元件具備上述特征，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)高光輸出的LED元件。
[0188]根據(jù)實(shí)施方式4，能夠?qū)崿F(xiàn)在半導(dǎo)體發(fā)光元件上、或者半導(dǎo)體發(fā)光元件的基板上隔著結(jié)晶分離層形成本實(shí)施方式的波長變換元件的LED元件。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，即使在半導(dǎo)體發(fā)光元件、或者半導(dǎo)體發(fā)光元件的基板的結(jié)晶結(jié)構(gòu)會妨礙氧化鋅的c軸取向時(shí)，也能夠形成由c軸取向的氧化鋅構(gòu)成的薄膜。由此，能夠由c軸取向的氧化鋅形成第一熒光體層的第
一基體。
[0189]根據(jù)實(shí)施方式5，能夠利用半導(dǎo)體發(fā)光元件、或者半導(dǎo)體發(fā)光元件的基板的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，以單晶的氧化鋅形成第一熒光體層的第一基體。不需要另外準(zhǔn)備高價(jià)的單晶基板，能夠降低LED元件的成本。[0190]根據(jù)實(shí)施方式6，能夠構(gòu)成由從半導(dǎo)體激光芯片釋放出的激光激勵波長變換元件的發(fā)光裝置。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體激光芯片，與LED芯片相比指向性、亮度更高，而且，本實(shí)施方式的波長變換元件，由于能夠抑制熒光體的光散射，因此，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置能夠?qū)崿F(xiàn)指向性高或亮度高的光源。
[0191]根據(jù)實(shí)施方式7，可實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)良的耐熱性、且抑制了經(jīng)過長時(shí)間后因波長變換元件的熱而導(dǎo)致的劣化的可靠性高的車前燈。
[0192]使用以下的實(shí)施例，來詳細(xì)說明本實(shí)施方式的波長變換元件、LED元件、半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置。
[0193](實(shí)施例1)
[0194](玻璃基板上的氧化鋅的薄膜的形成)
[0195]作為基板，準(zhǔn)備了厚度Imm的鈉玻璃基板。使用電子束蒸鍍法，在玻璃基板上形成具有150nm厚度且摻雜了 3at% Ga的c軸取向的氧化鋅的薄膜(基底ZnO層)。將成膜時(shí)的基板溫度設(shè)為180°C，在成膜之后，在大氣中，以30分鐘從室溫至500°C進(jìn)行升溫，在500°C下進(jìn)行了 20分鐘熱處理。
[0196](熒光體粒子層的形成)
[0197]使用折射率為1.8、平均粒徑為311111的Y3Al5O12=Ce(YAG=Ce)熒光體，來準(zhǔn)備了熒光體分散溶液。在分散溶劑乙醇(30ml)中，將YAG:Ce熒光體粒子(0.1g)與作為分散劑的磷酸酯(0.0003g)以及聚乙烯亞胺(0.0003g)進(jìn)行混合，并采用超聲波均化器，使熒光體粒子在溶劑中分散。
[0198]使用得到的熒光體分散溶液，在形成基底ZnO層的基板上，通過電泳法，形成熒光體粒子層。熒光體粒子層的沉積條件設(shè)為:將基底ZnO層作為陰極，將Pt電極作為陽極，施加電壓100V，施加時(shí)間3分鐘。使熒光體粒子層沉積之后，使溶劑乙醇干燥，形成厚度17 μ m的熒光體粒子層。每單位面積的熒光體重量為3.3mg / cm2。
[0199](基于氧化鋅的第一熒光體層的形成)
[0200]作為第一基體的氧化鋅的溶液生長法，而采用了化學(xué)浴析出法。作為氧化鋅生長溶液，而準(zhǔn)備了硝酸鋅(0.1mol / L)和六亞甲基四胺(0.1mol / L)溶解后的水溶液。溶液的PH值是5?7。將形成熒光體粒子層的基板浸潰于氧化鋅生長溶液中，并將氧化鋅生長溶液的溫度保持在90°C，在熒光體粒子層的內(nèi)部的空間的一部分，使氧化鋅結(jié)晶生長，而形成厚度16ym的第一熒光體層。之后，取出基板，由純水洗凈，并進(jìn)行了干燥。
[0201](基于玻璃的第二突光體層的形成)
[0202]用玻璃填充形成第一熒光體層的熒光體粒子層的剩余的空隙，并形成厚度I μ m的第二突光體層。準(zhǔn)備了將乙醇(4ml)及四乙氧基娃(Tetraethoxysilcane) (6ml)、去離子水(3ml)和濃鹽酸(Iml)進(jìn)行了混合的液態(tài)的玻璃原料溶液。將得到的液態(tài)玻璃原料溶液，向形成第一熒光體層的熒光體粒子層滴下，通過旋轉(zhuǎn)泵抽真空而含浸于熒光體粒子層的剩余的空隙，以500°C進(jìn)行2小時(shí)加熱，由原料溶液變換為玻璃即Si02。
[0203](波長變換元件向LED元件的安裝，LED元件的評價(jià))
[0204]準(zhǔn)備了發(fā)光波長為465nm且發(fā)光強(qiáng)度相同的多個(gè)藍(lán)色LED芯片。準(zhǔn)備了將具有第一熒光體層以及第二熒光體層的波長變換元件按照支撐體61的大小進(jìn)行切割加工來切斷而被單片化的波長變換元件。如圖6(b)所示，在支撐體61上使用焊料64來安裝藍(lán)色LED芯片，進(jìn)行了支撐體61上所設(shè)置的電極66和藍(lán)色LED芯片之間的布線。接著，如圖6(b)所示，針對按照支撐體61大小而切斷的波長變換元件，按照基板側(cè)成為來自LED元件的光的射出面67的一側(cè)的方式，用硅樹脂的粘結(jié)劑來固定支撐體61與波長變換元件的端部，完成了圖6 (b)的LED元件。將完成了的LED元件安裝在積分球上，以20mA的恒電流進(jìn)行驅(qū)動，并測定了 LED元件的色度和整個(gè)放射束的發(fā)光強(qiáng)度。表I表示該結(jié)果。
[0205](氧化鋅以及玻璃折射率的評價(jià))
[0206]不形成熒光體粒子層，而通過與實(shí)施例1相同的溶液生長法，僅進(jìn)行氧化鋅膜結(jié)晶生長，形成與實(shí)施例1相同基底ZnO層的玻璃基板。用該氧化鋅膜的分光橢圓對稱法測定的折射率為2.0。此外，在厚度1_的鈉玻璃基板上，通過與實(shí)施例1同樣的方法，僅形成玻璃膜。用該玻璃膜的分光橢圓對稱法測定的折射率為1.45。
[0207](實(shí)施例2?5)
[0208]在形成與實(shí)施例1相同的基底ZnO層的玻璃基板上，通過與實(shí)施例1相同的方法，形成熒光體粒子層。每單位面積的熒光體重量是3.3mg / cm2。除改變了第一熒光體層的厚度、第二熒光體層的厚度以外，通過與實(shí)施例1同樣的方法，完成LED元件，測定了 LED元件的色度和整個(gè)放射束的發(fā)光強(qiáng)度。在表I中表示該結(jié)果。
[0209](參考例I)
[0210]在形成與實(shí)施例1相同的基底ZnO層的玻璃基板上，通過與實(shí)施例1相同的方法，形成熒光體粒子層。每單位面積的熒光體重量是3.3mg / cm2。通過與實(shí)施例1同樣的方法，僅形成第一熒光體層。使用該波長變換元件，通過與實(shí)施例1同樣的方法，完成LED元件，測定了 LED元件的色度和整個(gè)放射束的發(fā)光強(qiáng)度。表I表示該結(jié)果。
[0211](比較例I)
[0212]在形成與實(shí)施例1相同的基底ZnO層的玻璃基板上，通過與實(shí)施例1相同的方法，形成熒光體粒子層。每單位面積的熒光體重量是3.3mg / cm2。在該熒光體粒子層的空隙中，通過與實(shí)施例1同樣的方法，填充玻璃，并形成第二熒光體層。使用該波長變換元件，通過與實(shí)施例1同樣的方法，完成LED元件，測定了 LED元件的色度和整個(gè)放射束的發(fā)光強(qiáng)度。表I表不該結(jié)果。
[0213](比較例2)
[0214]在形成與實(shí)施例1相同的基底ZnO層的玻璃基板上，通過與實(shí)施例1相同的方法，形成熒光體粒子層。每單位面積的熒光體重量是3.3mg / cm2。使用該波長變換元件，通過與實(shí)施例1同樣的方法，完成LED元件，測定了 LED元件的色度和整個(gè)放射束的發(fā)光強(qiáng)度。表I表不該結(jié)果。
[0215](比較例3)
[0216]在厚度Imm的鈉玻璃基板上，準(zhǔn)備了采用電子束蒸著法將ITO(錫涂料的氧化銦錫)進(jìn)行了成膜的帶有ITO玻璃基板。與實(shí)施例1同樣，在帶有ITO玻璃基板上，形成熒光體粒子層。每單位面積的熒光體重量是3.3mg / cm2。
[0217]接著，通過基于溶膠-凝膠法的氧化鋅填充了熒光體粒子層的內(nèi)部的空隙的一部分。作為鋅源而準(zhǔn)備了醋酸鋅二水合物(Zn(CH3COO)2.2Η20)，作為溶劑而準(zhǔn)備了乙醇，作為穩(wěn)定劑而準(zhǔn)備了二乙醇胺(HN(CH2CH2OH)2)，將二乙醇胺與Zn的摩爾比設(shè)為等量，制成在乙醇中溶解了 0，5mol / L醋酸鋅的溶膠-凝膠法的原料溶液。向熒光體粒子層滴下所得到的溶膠-凝膠法的原料溶液，通過旋轉(zhuǎn)式泵抽真空而含浸于熒光體粒子層的內(nèi)部的空隙，以400°C進(jìn)行I小時(shí)加熱，從原料溶液變換為氧化鋅。使用該波長變換元件，通過與實(shí)施例1同樣的方法，完成LED元件，測定了 LED元件的色度和整個(gè)放射束的發(fā)光強(qiáng)度。表I表示該結(jié)果。
[0218]第一熒光體層的厚度的測定，是通過對形成至第一熒光體層的波長變換元件的剖面進(jìn)行SEM觀察來實(shí)施的。在圖12中，表示實(shí)施例2中的形成至第一熒光體層的波長變換元件的剖面SEM觀察像。由于所觀察到的是將波長變換元件截?cái)嗟臉悠罚虼嗽谌缬^察像中所示那樣的可看到圓形凹部之處，表示出熒光體粒子被填埋的痕跡，可認(rèn)為是在截?cái)嗟臉悠返南喾磦?cè)的一面上有熒光體。
[0219]如圖12所示，可見:對于熒光體粒子層的內(nèi)部的空隙，從在熒光體粒子層的下部形成的基底ZnO層向上方按順序形成ZnO。第一突光體層的厚度為14 μ m,成為第二突光體層的厚度的未被埋入ZnO的波長變換元件的厚度為3 μ m。此外，如圖12所示，可見:第一熒光體層被氧化鋅致密地填充。
[0220]圖13表示實(shí)施例1的波長變換元件的XRD測定結(jié)果(20 / ω掃描)。該測定能夠檢測出與基板平行的結(jié)晶晶格面。如圖13所示，與熒光體的峰值以及氧化鋅的c面以外的衍射峰值相比，檢測出非常大的Ζη0(002)、
[0221]004)的峰值。由此可見:實(shí)施例1的第一熒光體層的氧化鋅的c軸取向非常強(qiáng)。如此可見:在波長變換元件的XRD測定結(jié)果(2 θ / ω掃描)中，由于氧化鋅的c面的衍射峰值會比氧化鋅的c面以外的衍射峰值大，因此該氧化鋅是c軸取向的結(jié)晶。
[0222]圖14表示比較例3的波長變換元件的XRD測定結(jié)果(2 θ / ω掃描)。如圖14所示，與實(shí)施例1不同，熒光體的峰值強(qiáng)度與氧化鋅的峰值強(qiáng)度是相同程度。此外，以相同程度的峰值強(qiáng)度檢測出ZnO(IOO)、(002)、(101)的各峰值。由此可見:比較例3的波長變換元件的氧化鋅是隨機(jī)的取向。
[0223]在表I中，匯總地表示針對LED元件的色度和發(fā)光強(qiáng)度的結(jié)果。
[0224][表I]
[0225]
【權(quán)利要求】
1.一種波長變換元件，具有: 多個(gè)熒光體粒子； 第一基體，其位于所述多個(gè)熒光體粒子的一部分之間，由沿C軸取向的氧化鋅或單晶的氧化鋅構(gòu)成；和 第二基體，其位于所述多個(gè)熒光體粒子的剩余部分之間，由折射率小于所述氧化鋅的材料構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長變換元件，其特征在于， 所述氧化鋅的基于c軸的X射線搖擺曲線法得到的半值寬度在4°C以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的波長變換元件，其特征在于， 具有: 第一熒光體層，其包含所述多個(gè)熒光體粒子的一部分和所述第一基體；以及 第二熒光體層，其包含多個(gè)熒光體粒子的剩余部分和所述第二基體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的波長變換元件，其特征在于， 還具有與所述第一熒光體層相接且由氧化鋅構(gòu)成的薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的波長變換元件，其特征在于， 還具有與所述薄膜相接的基板， 所述薄膜位于所述熒光體層與所述基板之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的波長變換元件，其特征在于， 還具有與所述第一熒光體層相接的基板。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的波長變換元件，其特征在于， 所述基板由從由玻璃、石英、氧化硅、藍(lán)寶石、氮化鎵以及氧化鋅組成的組中選擇的一者所構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1~7任一項(xiàng)所述的波長變換元件，其特征在于， 所述氧化鋅是柱狀結(jié)晶。
9.根據(jù)權(quán)利要求1~7任一項(xiàng)所述的波長變換元件，其特征在于， 所述單晶的氧化鋅是c軸取向。
10.根據(jù)權(quán)利要求1~9任一項(xiàng)所述的波長變換元件，其特征在于， 所述多個(gè)熒光體粒子包含從由YAG熒光體以及β -SiAlON組成的組中選擇的至少一者，其中YAG為釔鋁石榴石，SiAlON為塞隆。
11.根據(jù)權(quán)利要求1~10任一項(xiàng)所述的波長變換元件，其特征在于， 折射率小于所述氧化鋅的材料，包含從由高溫?zé)撇ＡА⒌蜏責(zé)撇Ａ?、二氧化硅、液態(tài)玻璃、無機(jī)-有機(jī)復(fù)合體以及硅橡膠系的高耐熱性的透光性樹脂、硅樹脂組成的組中選擇的至少一者。
12.根據(jù)權(quán)利要求1~11任一項(xiàng)所述的波長變換元件，其特征在于， 所述多個(gè)熒光體粒子彼此相鄰接， 所述第一基體與所述第二基體彼此相接。
13.—種LED元件，具有: 半導(dǎo)體發(fā)光元件，其放射激勵光；以及 權(quán)利要求1~12任一項(xiàng)所述的波長變換元件，其入射從所述半導(dǎo)體發(fā)光元件放射的所述激勵光。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的LED元件，其特征在于， 所述波長變換元件，直接形成在所述半導(dǎo)體發(fā)光元件上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的LED元件，其特征在于， 還具有位于所述波長元件和所述半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的結(jié)晶分離層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的LED元件，其特征在于， 所述結(jié)晶分離層，由以二氧化硅為主成分的非晶形材料構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的LED元件，其特征在于， 所述結(jié)晶分離層，通過離子化學(xué)氣相生長法形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求13~17任一項(xiàng)所述的LED元件，其特征在于， 所述半導(dǎo)體發(fā)光元件，包括: η型GaN層； P型GaN層；和 由被所述η型GaN層以及所述ρ型GaN層所夾著的InGaN構(gòu)成的發(fā)光層。
19.根據(jù)權(quán)利要求13~18的任一項(xiàng)所述的LED元件，其特征在于， 所述激勵光是藍(lán)色或者藍(lán)紫色波段的光。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的LED元件，其特征在于， 所述多個(gè)熒光體粒子，包含藍(lán)色熒光體以及黃色熒光體， 所述激勵光是藍(lán)紫色波段的光， 通過由所述激勵光激勵所述藍(lán)色熒光體，從而使所述藍(lán)色熒光體出射藍(lán)色光， 通過由所述激勵光或所述藍(lán)色光激勵所述黃色熒光體，從而使所述黃色熒光體出射黃色光。
21.一種半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置，具有: 半導(dǎo)體激光芯片，其放射激勵光；和 權(quán)利要求1~12任一項(xiàng)所述的波長變換元件，其入射從所述半導(dǎo)體激光芯片放射的所述激勵光。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置，其特征在于， 所述激勵光是藍(lán)色或藍(lán)紫色波段的光。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置，其特征在于， 所述多個(gè)熒光體粒子，包含藍(lán)色熒光體以及黃色熒光體， 所述激勵光是藍(lán)紫色波段的光， 通過由所述激勵光激勵所述藍(lán)色熒光體，從而使所述藍(lán)色熒光體出射藍(lán)色光， 通過由所述激勵光或所述藍(lán)色光激勵所述黃色熒光體，從而使所述黃色熒光體出射黃色光。
24.一種車輛，具有: 權(quán)利要求21~23任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置；和 電力供給源，其向所述半導(dǎo)體激光發(fā)光裝置提供電力。
25.一種波長變換元件的制造方法，包括: 工序a，在c軸取向的氧化鋅的薄膜上，形成由多個(gè)熒光體粒子構(gòu)成的熒光體粒子層；工序b，采用溶液生長法，用氧化鋅填充所述熒光體粒子層的內(nèi)部的一部分空隙，形成第一熒光體層，該第一熒光體層包含所述多個(gè)熒光體粒子的一部分以及位于其間且由氧化鋅構(gòu)成的第一基體；和 工序C，通過折射率小于所述氧化鋅的材料來填充所述熒光體粒子層的內(nèi)部的剩余空隙，形成第二熒光體層，所述第二熒光體層包含所述多個(gè)熒光體粒子的剩余部分以及位于其間且由折射率小于所述氧化鋅的材料構(gòu)成的第二基體。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的波長變換元件的制造方法，其特征在于， 所述氧化鋅的薄膜的基于c軸的X射線搖擺曲線法得到的半值寬度在4.5°以下。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的波長變換元件的制造方法，其特征在于， 所述氧化鋅的薄膜是外延生長的單晶。
28.根據(jù)權(quán)利要求25~27任一項(xiàng)所述的波長變換元件的制造方法，其特征在于， 形成所述熒光體粒子層的工序是電泳法。
29.根據(jù)權(quán)利要求25~29任一項(xiàng)所述的波長變換元件的制造方法，其特征在于， 所述熒光體粒子，包含從由YAG熒光體以及β-SiAlON組成的組中選擇的至少一者，其中YAG為釔鋁石榴石，SiAlON為塞隆。
30.根據(jù)權(quán)利要求25~29任一項(xiàng)所述的波長變換元件的制造方法，其特征在于， 折射率小于所述氧化鋅的材料，包含從由高溫?zé)撇Ａ?、低溫?zé)撇Ａ?、二氧化硅、液態(tài)玻璃、無機(jī)-有機(jī)復(fù)合體以及硅橡膠系的高耐熱性的透光性樹脂、硅樹脂組成的組中選擇的至少一者。
【文檔編號】C09K11/08GK103563108SQ201380001367
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月22日
【發(fā)明者】濱田貴欲, 鈴木信靖, 折田賢兒, 長尾宣明 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社