特開 2023-172001 波長変換部材及び発光装置並びに波長変換部材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023172001

(43)【公開日】2023-12-06

(54)【発明の名称】波長変換部材及び発光装置並びに波長変換部材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/20 20060101AFI20231129BHJP

   H01L 33/50 20100101ALI20231129BHJP

【ＦＩ】

G02B5/20

H01L33/50

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022083528

(22)【出願日】2022-05-23

(71)【出願人】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(72)【発明者】

【氏名】山下 利章

(72)【発明者】

【氏名】原 章徳

(72)【発明者】

【氏名】三好 隆

【テーマコード（参考）】

2H148

5F142

【Ｆターム（参考）】

2H148AA07

2H148AA09

2H148AA19

2H148AA25

5F142DA01

5F142DA55

5F142DA61

5F142DA73

5F142DA80

(57)【要約】

【課題】特性が改善された波長変換部材及び発光装置を提供する。
【解決手段】第１面、前記第１面と反対側の第２面、及び、前記第１面と前記第２面を繋ぐ１以上の側面を有する透光性部材と、前記透光性部材の前記側面を覆い、前記第１面に垂直な平面視において前記第１面を囲む第３面を有する光反射性部材と、前記透光性部材の前記第１面及び前記光反射性部材の前記第３面に設けられた半導体膜と、を有し、前記半導体膜は、前記第１面に設けられ、光励起によって第１光を発する活性領域を含む第１部分と、前記第３面に設けられ、多結晶構造またはアモルファス構造を有する第２部分と、を有する波長変換部材。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面、前記第１面と反対側の第２面、及び、前記第１面と前記第２面を繋ぐ１以上の側面を有する透光性部材と、
前記透光性部材の前記側面を覆い、前記第１面に垂直な平面視において前記第１面を囲む第３面を有する光反射性部材と、
前記透光性部材の前記第１面及び前記光反射性部材の前記第３面に設けられた半導体膜と、を有し、
前記半導体膜は、前記第１面に設けられ、光励起によって第１光を発する活性領域を含む第１部分と、前記第３面に設けられ、多結晶構造またはアモルファス構造を有する第２部分と、を有する波長変換部材。

【請求項2】

前記半導体膜の前記活性領域は、量子井戸構造を有する、請求項１に記載の波長変換部材。

【請求項3】

前記半導体膜の前記活性領域は、ＩｎＧａＮからなる井戸層を有する、請求項２に記載の波長変換部材。

【請求項4】

前記透光性部材は、サファイアからなる、請求項１に記載の波長変換部材。

【請求項5】

前記第１光のピーク波長は、６０５ｎｍ～６５０ｎｍである、請求項１に記載の波長変換部材。

【請求項6】

前記第２面から前記第１面に向かう方向が第１方向であり、
前記透光性部材の前記第１面は、前記光反射性部材の前記第３面よりも前記第１方向の側に位置している、請求項１に記載の波長変換部材。

【請求項7】

前記透光性部材の前記第２面の側に配置され、光励起によって前記第１光とは異なる第２光を発する蛍光体含有部材を備える、請求項１に記載の波長変換部材。

【請求項8】

前記第２光のピーク波長は、５２０ｎｍ～５６０ｎｍである、請求項７に記載の波長変換部材。

【請求項9】

請求項１乃至８のいずれか１つに記載の波長変換部材と、
前記透光性部材の前記第２面に励起光を照射する光源と、を備え、
前記半導体膜の前記活性領域は、前記透光性部材を通過した前記励起光の照射によって、前記励起光とは異なる前記第１光を発する、発光装置。

【請求項10】

第１面、前記第１面と反対側の第２面、及び、前記第１面と前記第２面を繋ぐ１以上の側面を有し、且つ単結晶である透光性部材と、前記透光性部材の前記側面を覆い、且つ前記第１面に垂直な平面視において前記第１面を囲む第３面を有し、且つセラミックスからなる光反射性部材と、を有する複合体を準備する工程と、
前記透光性部材の前記第１面及び前記光反射性部材の前記第３面に、光励起によって第１光を発する活性領域を含む半導体膜を成長させる工程と、
を備える波長変換部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、波長変換部材及び発光装置並びに波長変換部材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、発光ダイオードチップと、可視光を透過し得る基板と、基板上に形成された半導体層とを備える発光素子が記載されている。特許文献１には、半導体層がＩｎＧａＡｌＰにより形成されており、発光ダイオードからの青色又は紫外発光により赤色発光が可能であることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－０１９９８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１には、基板及び半導体層をパッケージに組み込むことは記載されているが、基板及び半導体層と光反射部材との組合せについて具体的な言及はない。半導体層によって波長変換を行う波長変換部材及びそれを用いた発光装置について、さらなる改良が望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一実施形態の波長変換部材は、第１面、前記第１面と反対側の第２面、及び、前記第１面と前記第２面を繋ぐ１以上の側面を有する透光性部材と、前記透光性部材の前記側面を覆い、前記第１面に垂直な平面視において前記第１面を囲む第３面を有する光反射性部材と、前記透光性部材の前記第１面及び前記光反射性部材の前記第３面に設けられた半導体膜と、を有し、前記半導体膜は、前記第１面に設けられ、光励起によって第１光を発する活性領域を含む第１部分と、前記第３面に設けられ、多結晶構造またはアモルファス構造を有する第２部分と、を有する。

【0006】

本開示の一実施形態の発光装置は、上述の波長変換部材と、前記透光性部材の前記第２面に励起光を照射する光源と、を備え、前記半導体膜の前記活性領域は、前記透光性部材を通過した前記励起光の照射によって、前記励起光とは異なる前記第１光を発する。

【0007】

本開示の一実施形態の波長変換部材の製造方法は、第１面、前記第１面と反対側の第２面、及び、前記第１面と前記第２面を繋ぐ１以上の側面を有し、且つ単結晶である透光性部材と、前記透光性部材の前記側面を覆い、且つ前記第１面に垂直な平面視において前記第１面を囲む第３面を有し、且つセラミックスからなる光反射性部材と、を有する複合体を準備する工程と、前記透光性部材の前記第１面及び前記光反射性部材の前記第３面に、光励起によって第１光を発する活性領域を含む半導体膜を成長させる工程と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

上述の波長変換部材及び発光装置並びに波長変換部材の製造方法によれば、特性が改善された波長変換部材及び発光装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第１実施形態に係る波長変換部材の模式的な平面図である。

【図2】図２は、図１のII－II線における断面図である。

【図3】図３は、透光性部材と光反射性部材とを含む複合体の模式的な平面図である。

【図4】図４は、図３のIV－IV線における断面図である。

【図5】図５は、変形例１に係る波長変換部材の模式的な断面図である。

【図6】図６は、変形例２に係る波長変換部材の模式的な断面図である。

【図7】図７は、変形例３に係る波長変換部材の模式的な断面図である。

【図8】図８は、第１実施形態に係る波長変換部材の製造方法を示すフローチャートである。

【図9】図９は、第２実施形態に係る発光装置の模式的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施の形態について適宣図面を参照して説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。

【0011】

＜第１実施形態＞
図１～図４を用いて、第１実施形態に係る波長変換部材１０を説明する。図１は第１実施形態に係る波長変換部材１０の平面図である。図２は図１のII－II線における断面図である。図３は透光性部材１と光反射性部材３とを含む複合体２０の模式的な平面図である。図４は図３のIV－IV線における断面図である。

【0012】

（波長変換部材１０）
波長変換部材１０は、透光性部材１と、光反射性部材３と、半導体膜５と、を有する。透光性部材１は、第１面１Ａ、第１面１Ａと反対側の第２面１Ｂ、及び、第１面１Ａと第２面１Ｂを繋ぐ１以上の側面１Ｃを有する。光反射性部材３は、透光性部材１の側面１Ｃを覆っており、第３面３Ａを有する。図３に示すように、第３面３Ａは、第１面１Ａに垂直な平面視において第１面１Ａを囲む面である。半導体膜５は、透光性部材１の第１面１Ａ及び光反射性部材３の第３面３Ａに設けられている。半導体膜５は、第１部分５ａと第２部分５ｂとを有する。第１部分５ａは、第１面１Ａに設けられており、光励起によって第１光を発する活性領域を含む。第２部分５ｂは、第３面３Ａに設けられており、多結晶構造またはアモルファス構造を有する。

【0013】

波長変換部材１０は、第１部分５ａに励起光を照射することにより、波長変換を行うことができる。励起光は、例えば透光性部材１を通って第１部分５ａに照射される。励起光は、透光性部材１を通らずに第１部分５ａに照射されてもよい。いずれにせよ、第１部分５ａと隣接している透光性部材１には励起光が伝播し得る。波長変換部材１０が光反射性部材３を備えることにより、透光性部材１に伝播する光を光反射性部材３によって反射させ、波長変換部材１０の光取り出し面へと向かわせることができ、光の損失を低減することができる。光反射性部材３から光が漏れることにより、観察される発光の輪郭がぼやけること、すなわち光の見切り性が低下することがあるが、第２部分５ｂを設けていることにより、光反射性部材３から外に向かう光を第２部分５ｂによって散乱または吸収することができる。これにより、半導体膜５が設けられた側を波長変換部材１０の光取り出し面としたときの光の見切り性を向上させることができる。第２部分５ｂは多結晶構造またはアモルファス構造を有するため、活性領域を含む第１部分５ａよりも光を散乱または吸収しやすい。活性領域を含む第１部分５ａは、部分的に多結晶構造またはアモルファス構造を含んでいてもよいが、少なくとも大部分は単結晶である。

【0014】

（透光性部材１）
透光性部材１は、半導体膜５を励起するための励起光に対して透光性である。透光性部材１は、半導体膜５によって波長変換された波長変換光に対して透光性であってもよい。透光性部材１としては、蛍光体を含有していない基板を用いることができる。透光性部材１は、例えば単結晶体である。透光性部材１は、半導体膜５を成長可能な単結晶基板であることが好ましい。これにより、半導体膜５を透光性部材１の第１面１Ａに成長させることができるため、簡便に半導体膜５を得ることができる。透光性部材１は、例えばサファイアからなる。この場合、半導体膜５は例えばＧａＮ系半導体からなる。透光性部材１がサファイアであれば、励起光の照射による半導体膜５の発熱に対して透光性部材１を放熱部材として機能させることができる。半導体膜５は、励起光が入射する部分が最も発熱し易いため、半導体膜５の励起光入射面は、透光性部材１が位置する側の面であることが好ましい。なお、半導体膜５を成長可能な単結晶基板としては、励起光や半導体膜５の発光を吸収する基板も挙げられるが、透光性の基板を透光性部材１として用いることで、光の吸収を低減することができ、波長変換部材１０を用いた発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。半導体膜５の透光性部材１が配置された側の面を励起光の入射面とする場合のみならず、半導体膜５の透光性部材１とは反対側の面を励起光の入射面および発光の取り出し面とする、いわゆる反射型の場合であっても、透光性である透光性部材１を設けることで、光の吸収を低減し、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。

【0015】

透光性部材１は、ＧａＮ基板などの窒化物半導体基板であってもよい。これにより、サファイア基板と同様に、ＧａＮ系半導体を成長させることができ、放熱部材として機能させることができる。コスト面からは、透光性部材１はサファイア基板であることが好ましい。

【0016】

透光性部材１は、半導体膜５を励起する励起光に対する透過率が７０％以上であってよく、８０％以上であってよい。透光性部材１は、半導体膜５が発する波長変換光に対する透過率が７５％以上であってよく、８５％以上であってよい。

【0017】

透光性部材１は、四角柱形状を有する。透光性部材１は、その上面が一方向に長い長方形である四角柱形状を有してもよい。透光性部材１は、四角柱形状以外の多角柱形状、円柱形状、角錐台形状、又は円錐台形状を有していてもよい。

【0018】

（光反射性部材３）
光反射性部材３は、透光性部材１を取り囲むように透光性部材１の側方に設けることができる。光反射性部材３には貫通孔が設けられており、貫通孔の内部に透光性部材１が配置されている。透光性部材１の第１面１Ａ及び第２面１Ｂは、光反射性部材３に覆われておらず、光反射性部材３から露出している。

【0019】

光反射性部材３は、光反射性セラミックスであってよい。光反射性セラミックスは、複数の空隙を有するセラミックスであってよい。例えば、透光性部材１と光反射性部材３とを横切る一断面において、複数の空隙は透光性部材１の近傍に偏在している。これにより、透光性部材１の近傍では光を効率的に反射させることができ、その外側では強度を向上させるとともに放熱性を向上させることができる。

【0020】

光反射性部材３が光反射性セラミックスである場合、その材料としては、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化ルテチウム、酸化ランタンなどからなる酸化物、酸窒化アルミニウム、酸窒化ケイ素などからなる酸窒化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などからなる窒化物の単体、又はこれらの複合部材などが挙げられる。光反射性部材３としては、酸化アルミニウムをベースとしたものを用いることが好ましい。酸化アルミニウムセラミックスは、光反射性セラミックスとして用いることができる材料の中で、熱伝導率が高く、光吸収が少なく、焼結性が良いためである。酸化アルミニウムをベースとして使用する場合、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、又は酸化イットリウムの１以上を添加してもよい。また、酸化ジルコニウムなどの高屈折率材料と組み合わせてもよい。酸化アルミニウムをベースとしてそれとは異なる材料を添加することで、酸化アルミニウムの粒子の成長を抑制することが可能である。粒子成長抑制により粒界が増えるため、空隙のサイズ縮小及び数の増大が期待でき、これによる反射率の向上が期待できる。

【0021】

光反射性部材３は、半導体膜５を励起する励起光に対する反射率が7０％以上であってよく、8０％以上であってよい。光反射性部材３は、半導体膜５が発する波長変換光に対する反射率が８０％以上であってよく、９０％以上であってよい。

【0022】

光反射性部材３は、金属であってもよく、金属とセラミックスの複合材料であってもよい。光反射性部材３は、透光性部材１とは異なる材料からなる。光反射性部材３は、透光性部材１よりも半導体膜５の成長に適さない材料からなることが好ましい。これにより、半導体膜５を、透光性部材１の第１面１Ａ上では単結晶で成長させ、光反射性部材３の第３面３Ａ上では多結晶構造またはアモルファス構造を有する部分として成長させることができる。

【0023】

（半導体膜５）
半導体膜５は、第１部分５ａと第２部分５ｂとを有する。半導体膜５は、１以上の層を含むことができる。半導体膜５は、透光性部材１の第１面１Ａ及び光反射性部材３の第３面３Ａの全体に亘って連続して設けられていてもよく、部分的に断絶していてもよい。第１面１Ａ及び第３面３Ａに半導体膜５を成長させる場合は、第１部分５ａと第２部分５ｂとが繋がった半導体膜５を得ることができる。これにより、波長変換部材１０から半導体膜５を通過せずに光が取り出される確率を低減させることができる。第１部分５ａの外縁のすべてが第２部分５ｂと繋がっていなくてもよい。なお、第１部分５ａと第２部分５ｂは同時に形成することができるため、本開示においては、第１部分５ａと第２部分５ｂの形成をいずれも成長と呼ぶ。

【0024】

半導体膜５の第１部分５ａは、透光性部材１の第１面１Ａに設けられる。半導体膜５の第１部分５ａは、透光性部材１の第１面１Ａと接していてよい。半導体膜５の第１部分５ａは、透光性部材１の第１面１Ａに半導体を成長させるためのバッファ層を含んでいてもよい。

【0025】

半導体膜５の第１部分５ａは、活性領域を含む。活性領域は、例えば量子井戸構造を有する。活性領域は、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有することができる。活性領域が多重量子井戸構造を有することで、波長変換光の光強度を増大可能である。活性領域は、ＩｎＧａＮからなる井戸層を有することができる。このような活性領域を有する半導体膜５の第１部分５ａは、ＧａＮ系半導体から構成することができる。ＧａＮ系半導体を成長させるための成長基板であれば、可視光に対して透光性を有する材料を選択することができるため、透光性部材１を半導体膜５の第１部分５ａを成長させるための成長基板として用いることができる。

【0026】

活性領域は、光励起によって第１光を発する。第１光のピーク波長は、例えば６０５ｎｍ～６５０ｎｍである。波長変換部材１０における主たる波長変換は半導体膜５とは異なる波長変換部によって行ってよい。この場合、半導体膜５が発する第１光は、主たる波長変換光の補助として用いることができる。第１光は、例えば演色性の向上に資する光である。第１光は、例えば赤色光である。活性領域がＩｎＧａＮからなる井戸層を有する場合、ＩｎＧａＮのＩｎ組成比を２０～３５％とすることができる。活性領域は、希土類元素を添加したＧａＮ系半導体層を有していてもよい。活性領域は、例えば、Ｅｕを添加したＧａＮ層を有していてもよい。

【0027】

半導体膜５の第１部分５ａの一例を表１に示す。第１下地層が透光性部材１の第１面１Ａに最も近い層であり、表１の下から上に向かってこの順に成長させる。半導体膜５の第１部分５ａは、表１に示した層以外の層を有していてもよい。例えば、第１下地層と第１面１Ａの間にＧａＮ、ＩｎＧａＮまたはＡｌＮからなるバッファ層を設けてよく、活性領域の上にバリア層よりも大きな厚さを有する層を設けてもよい。

【0028】

【表1】

【0029】

第１下地層および第２下地層を設けることで、その上に成長させる層の結晶性を向上させることができる。第１下地層は不純物を意図的に添加せずに形成するアンドープ層であってよく、第２下地層はＳｉなどのｎ型不純物を含有するＳｉドープ層であってよい。第１下地層および第２下地層の一方または両方を省略してもよい。活性領域の最下層のバリア層を省略し、超格子層の一部をバリア層としてもよい。超格子層は省略してもよい。超格子層のように、励起光を吸収し、デクスター型エネルギー移動またはフェルスター型エネルギー移動によって活性領域を励起することが可能な励起補助層を、活性領域に近接して設けることが好ましい。これにより、励起光のうち励起補助層が無ければ半導体膜５を透過していた光を励起補助層で吸収させることができ、それによって活性領域をさらに励起することができる。したがって、励起補助層を設けない場合と比較して半導体膜５が発する第１光の光強度が増大することが期待できる。励起補助層は超格子層でなくてもよい。励起補助層の発光スペクトルと活性領域の井戸層の吸収スペクトルの重なりが大きいほどエネルギー移動は起こりやすいため、井戸層がＩｎ_ｘＧａ_１－ｘＮ（０＜ｘ）層である場合、励起補助層はＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ（ｙ＜ｘ）層を含むことが好ましい。

【0030】

活性領域は、量子井戸構造として、井戸層とそれを挟むバリア層を有することができる。表１では１ペアの井戸層及びバリア層を記載したが、これを複数ペア設けることで多重量子井戸構造とすることができる。井戸層及びバリア層を複数ペア設ける場合は、バリア層／井戸層／バリア層／井戸層／バリア層、というように、井戸層と井戸層に挟まれたバリア層は一層のみとしてよい。井戸層のＩｎ組成比が高くなるほどバリア層成長時に井戸層が分解され易くなるため、表１に示すようにキャップ層を設けることが好ましい。キャップ層の厚さはバリア層の厚さよりも小さい。キャップ層のバンドギャップエネルギーは、井戸層のバンドギャップエネルギーより大きく、バリア層のバンドギャップエネルギーより大きくてもよい。キャップ層は、例えばＡｌＧａＮからなる。キャップ層はバリア層の一部として機能してもよい。キャップ層は設けなくてもよい。

【0031】

半導体膜５の第２部分５ｂは、第１部分５ａとは別の条件で成長させてもよいが、第１部分５ａを成長させる条件と同じ条件で成長させることにより形成してもよい。第２部分５ｂは、透光性部材１とは異なる光反射性部材３の上に成長させることで、第１部分５ａと同じ成長条件であるが、多結晶構造またはアモルファス構造を有する部分とすることができる。この場合、光反射性部材３は、例えばセラミックスや金属のように結晶成長用の基板として適さない材料である。

【0032】

第２部分５ｂは、第１部分５ａのような明確な層構造を有していなくてもよい。第２部分５ｂは、活性領域として機能する領域が無くてよい。第２部分５ｂは、多結晶構造の領域とアモルファス構造の領域を含んでいてもよい。第２部分５ｂの一部は単結晶の領域であってもよい。

【0033】

第２部分５ｂは、第１部分５ａと共通する元素を有することができる。例えば、第１部分５ａがＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とＡｌＧａＮ層を有するのであれば、第２部分５ｂはＧａとＮとＩｎとＡｌを含有する。半導体膜５において半導体としての機能が求められるのは第１部分５ａであり、第２部分５ｂは半導体であってもよいが、半導体でなくてもよい。第２部分５ｂは例えばＧａ酸化物を含んでいてもよい。第１部分５ａの厚さと第２部分５ｂの厚さは異なっていてもよい。第２部分５ｂの方が結晶成長し難いことにより、第２部分５ｂの方が厚さが小さい場合がある。

【0034】

（変形例）
図５～図７を用いて、波長変換部材１０の変形例を説明する。

【0035】

図５は、変形例１に係る波長変換部材１０Ａの模式的な断面図である。図５に示すように、透光性部材１の第２面１Ｂから第１面１Ａに向かう方向が第１方向Ｘであり、透光性部材１の第１面１Ａは、光反射性部材３の第３面３Ａよりも第１方向Ｘの側に位置していてもよい。これにより、その上に設ける半導体膜５の第１部分５ａおよび第２部分５ｂも同様の位置関係となるため、光が第１部分５ａから第２部分５ｂへ伝播し難くなり、光の見切り性が向上する。第１方向Ｘにおける第３面３Ａと第１面１Ａとの高さの差は、第２部分５ｂの厚さより大きくてもよい。この場合、第２部分５ｂは第１部分５ａと完全に分断されていてよい。

【0036】

図６は、変形例２に係る波長変換部材１０Ｂの模式的な断面図である。図６に示すように、波長変換部材１０Ｂは、さらに蛍光体含有部材７を有していてもよい。蛍光体含有部材７は、透光性部材１の第２面１Ｂの側に配置される。蛍光体含有部材７は、光励起によって第１光とは異なる第２光を発する。これにより、複数種類のピーク波長の光を混合した光を得ることができ、例えば演色性が向上した光を得ることができる。第２光のピーク波長は、第１光のピーク波長とは異なる。第２光のピーク波長は、例えば５２０ｎｍ～５６０ｎｍである。

【0037】

蛍光体含有部材７は、蛍光体を含有している。蛍光体により光が散乱するため、半導体膜５に入射する光の光密度を低減させることができ、半導体膜５の発熱を低減させることができる。

【0038】

蛍光体含有部材７を設けた後に光反射性部材３や半導体膜５を形成する場合は、それらの形成時の温度で溶融しない材料を用いる。蛍光体含有部材７は、例えば蛍光体を含有するセラミックス（以下、「蛍光体セラミックス」という。）である。蛍光体含有部材７は、実質的に蛍光体のみからなるセラミックスであってもよい。

【0039】

蛍光体セラミックスとしては、蛍光体と無機材料からなる結着剤とを含むものを用いることができる。具体的には、蛍光体としてＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）系蛍光体を用いて、結着剤として酸化アルミニウムを用いることができる。光反射性部材３として、酸化アルミニウムを主成分として含む材料を用いてもよい。蛍光体含有部材７に含まれる結着剤に光反射性部材３と同じ材料を含むことで、蛍光体含有部材７と光反射性部材３との密着力を向上させることができる。結着剤としては、賦活剤を含まないＹＡＧや、酸化イットリウムを用いてもよい。ＹＡＧ系蛍光体には、例えばＹの少なくとも一部をＴｂに置換したもの（ＴＡＧ）や、Ｙの少なくとも一部をＬｕに置換したもの（ＬＡＧ）も含まれる。ＹＡＧ系蛍光体は、組成中にＧｄやＧａ等が含まれるものであってもよい。

【0040】

図７は、変形例３に係る波長変換部材１０Ｃの模式的な断面図である。図７に示すように、波長変換部材１０Ｃは、透光性部材１を第１透光性部材とし、さらに第２透光性部材９を有していてもよい。第２透光性部材９は、蛍光体含有部材７の透光性部材１が位置する側とは反対の面に配置される。第２透光性部材９の側から励起光を入射させる場合に、励起光の照射による蛍光体含有部材７の発熱を第２透光性部材９によって引くことができる。第２透光性部材９の材料は、第１透光性部材（透光性部材１）の材料とした挙げた群と同じ群から選択することができる。第２透光性部材９として、例えばサファイアを用いることができる。

【0041】

（波長変換部材１０の製造方法）
図８は、第１実施形態に係る波長変換部材１０の製造方法を示すフローチャートである。図８に示すように、波長変換部材１０の製造方法は、複合体準備工程Ｓ１０１と、半導体膜成長工程Ｓ１０２とを有する。これにより、半導体膜５が形成された波長変換部材１０を得ることができる。

【0042】

以下で、波長変換部材１０の製造方法に含まれる各工程について説明する。ここで、同一の名称、符号については、上記で説明したものと同一もしくは同質の部材を示しているため、重複した説明は適宜省略する。

【0043】

複合体準備工程Ｓ１０１において、複合体２０を準備する。複合体２０は、図３および図４に示すとおり、透光性部材１と光反射性部材３とを有する。透光性部材１は、第１面１Ａ、第１面１Ａと反対側の第２面１Ｂ、及び、第１面１Ａと第２面１Ｂを繋ぐ１以上の側面１Ｃを有する。透光性部材１は、単結晶である。光反射性部材３は、透光性部材１の側面１Ｃを覆う。光反射性部材３は、第１面１Ａに垂直な平面視において第１面１Ａを囲む第３面３Ａを有し、セラミックスからなる。

【0044】

複合体２０は、例えば、特開２０１７－１４９９２９号、特開２０１９－９４０６号等に記載の方法により又はそれらの方法に準じた方法等によって製造することができる。この場合、透光性部材１を１つのみ配置してもよいし、透光性部材１を複数配置した後、光反射性部材３を切断して複数の複合体２０を得てもよい。

【0045】

複合体２０は、例えば、透光性部材１と、透光性部材１を囲む無機材料からなる粉末と、を一体的に成形した成形体を形成し、その成形体を焼結することにより得ることができる。無機材料からなる粉末は、焼結することにより光反射性部材３となる。透光性部材１の光入射面や光出射面となる面が無機材料からなる粉末によって覆われている成形体を形成する場合は、焼結後、光反射性部材３の一部を研磨等によって除去し、透光性部材１の光入射面や光出射面となる面を露出させる。

【0046】

成形体は、スリップキャスト法、ドクターブレード法（シート成形法）、乾式成形法などを用いて成形することができる。焼結は、放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ法：spark plasma sintering法）またはホットプレス焼結法（ＨＰＳ法：hot pressing sintering法）等を用いることができる。焼結は、１１００℃～１８００℃の温度範囲で行うことができる。成形体を焼結することによって焼結体を得た後、酸化雰囲気において１０００℃～１５００℃の温度範囲で熱処理してもよい。

【0047】

複合体２０は、蛍光体含有部材７を有していてもよい。蛍光体含有部材７の製造には、例えば、ＣＩＰ（Cold Isostatic Pressing）、ＨＩＰ（Hot Isostatic Pressing）等を用いることができる。例えば、蛍光体含有部材７と透光性部材１とを接合することにより接合体を得、その接合体と接合体を囲む無機材料からなる粉末とを一体的に成形した成形体を形成し、その成形体を焼結することにより、蛍光体含有部材７を有する複合体２０を形成することができる。

【0048】

蛍光体含有部材７と透光性部材１との接合は、樹脂のような接着剤を用いて行うと、焼結や半導体膜５の成長時の高温環境下において劣化が懸念される。このため、蛍光体含有部材７と透光性部材１との接合は、表面活性化接合法や原子拡散接合法などの直接接合を用いて行うことが好ましい。これにより、接着剤を用いずに部材どうしを直接的に接触させることで接合が可能となるため、半導体膜５を成長させる部材として適している。

【0049】

直接接合を行う場合、接合する面は平坦であることが望ましい。例えば、算術平均粗さが１ｎｍ以下の面を接合面とする。蛍光体含有部材７として蛍光体セラミックスのように研磨等によって表面を平坦化することが困難な材料を用いる場合は、蛍光体セラミックスの表面に透光性膜を形成したものを蛍光体含有部材７として用いてもよい。この透光性膜を研磨等によって平坦化することで、算術平均粗さが１ｎｍ以下の面を得ることができる。

【0050】

複合体２０は、さらに第２透光性部材９を有していてもよい。その場合も、直接接合によって透光性部材１と蛍光体含有部材７と第２透光性部材９とが接合されていることが好ましい。これによって、半導体膜５の成長用として適した複合体２０を得ることができる。

【0051】

次に、半導体膜成長工程Ｓ１０２において、透光性部材１の第１面１Ａ及び光反射性部材３の第３面３Ａに、半導体膜５を成長させる。半導体膜５は、光励起によって第１光を発する活性領域を含む。透光性部材１の上に半導体膜５を成長させることにより、活性領域を含む第１部分５ａを形成することができる。一方で光反射性部材３はセラミックスからなるため、光反射性部材３の上に半導体膜５を成長させることにより、多結晶構造またはアモルファス構造を有する第２部分５ｂを形成することができる。このように透光性部材１と光反射性部材３の上に半導体膜５を成長させることにより、第１部分５ａと第２部分５ｂを同時に形成することができる。

【0052】

半導体膜５は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：metalorganic chemical vapor deposition）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法、またはスパッタリング法により形成することができる。半導体膜５は、これらの方法を組み合わせて形成してもよい。例えばＭＯＣＶＤ法を用いて半導体膜５を複合体２０の上に成長させる。

【0053】

＜第２実施形態＞
図９を用いて、第２実施形態に係る発光装置１００を説明する。図９は、第２実施形態に係る発光装置の模式的な断面図である。

【0054】

発光装置１００は、波長変換部材１０と光源３０とを有する。波長変換部材１０は、第１実施形態に係る波長変換部材１０である。光源３０は、透光性部材１の第２面１Ｂに励起光を照射する光源である。半導体膜５の活性領域は、透光性部材１を通過した励起光の照射によって、励起光とは異なる第１光を発する。

【0055】

発光装置１００は、半導体膜５の第１部分５ａによる波長変換光である第１光を含む光を発することができる。発光装置１００が発する光は、光源３０が発する励起光を含んでよい。励起光のピーク波長は、第１光のピーク波長とは異なる。励起光のピーク波長は、例えば４２０ｎｍ～４８０ｎｍである。発光装置１００が発する光は、例えば可視光である。発光装置１００が発する光は、例えば白色光である。

【0056】

発光装置１００は、半導体膜５の第２部分５ｂが設けられていることにより、光の見切り性を向上させることができる。波長変換部材１０の半導体膜５が設けられた側の面を、発光装置１００の光取り出し面とすることができる。

【0057】

波長変換部材１０は、図５～図７に示す波長変換部材１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃのいずれかであってもよい。励起光は、透光性部材１の第２面１Ｂに直接的に照射されなくてもよい。例えば、波長変換部材１０Ｂまたは１０Ｃのように蛍光体含有部材７が配置されている場合、励起光は、蛍光体含有部材７を通過して、透光性部材１の第２面１Ｂに照射されてよい。蛍光体含有部材７によって波長変換された光が半導体膜５によってさらに波長変換されてもよい。

【0058】

光源３０としては、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）またはレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）が挙げられる。光源３０は、例えばＬＤである。図９に示すように、光源３０は波長変換部材１０から離れた位置に配置してよい。これにより、光源３０の発熱と波長変換部材１０の発熱をそれぞれ別の経路で散らすことができる。光源３０は波長変換部材１０と接していてもよい。光源３０は、ＬＤ素子などの発光素子のみから構成することができる。光源３０は、発光素子とそれを包囲するパッケージとを有することができる。

【0059】

発光装置１００の製造方法は、波長変換部材１０を得る工程と、波長変換部材１０の透光性部材１の第２面１Ｂに光源３０が発する光が照射されるように波長変換部材１０と光源３０とを配置する工程と、を有することができる。波長変換部材１０を得る工程には、第１実施形態の波長変換部材１０の製造方法を用いることができる。

【0060】

以上、実施形態について説明したが、これらの説明によって特許請求の範囲に記載された構成は何ら限定されるものではない。

【0061】

本明細書でこれまで説明してきた内容を通し、以下の技術事項が開示される。
（項１）
第１面、前記第１面と反対側の第２面、及び、前記第１面と前記第２面を繋ぐ１以上の側面を有する透光性部材と、
前記透光性部材の前記側面を覆い、前記第１面に垂直な平面視において前記第１面を囲む第３面を有する光反射性部材と、
前記透光性部材の前記第１面及び前記光反射性部材の前記第３面に設けられた半導体膜と、を有し、
前記半導体膜は、前記第１面に設けられ、光励起によって第１光を発する活性領域を含む第１部分と、前記第３面に設けられ、多結晶構造またはアモルファス構造を有する第２部分と、を有する波長変換部材。
（項２）
前記半導体膜の前記活性領域は、量子井戸構造を有する、項１に記載の波長変換部材。
（項３）
前記半導体膜の前記活性領域は、ＩｎＧａＮからなる井戸層を有する、項２に記載の波長変換部材。
（項４）
前記透光性部材は、サファイアからなる、項１乃至３のいずれか１つに記載の波長変換部材。
（項５）
前記第１光のピーク波長は、６０５ｎｍ～６５０ｎｍである、項１乃至４のいずれか１つに記載の波長変換部材。
（項６）
前記第２面から前記第１面に向かう方向が第１方向であり、
前記透光性部材の前記第１面は、前記光反射性部材の前記第３面よりも前記第１方向の側に位置している、項１乃至５のいずれか１つに記載の波長変換部材。
（項７）
前記透光性部材の前記第２面の側に配置され、光励起によって前記第１光とは異なる第２光を発する蛍光体含有部材を備える、項１乃至６のいずれか１つに記載の波長変換部材。
（項８）
前記第２光のピーク波長は、５２０ｎｍ～５６０ｎｍである、項７に記載の波長変換部材。
（項９）
項１乃至８のいずれか１つに記載の波長変換部材と、
前記透光性部材の前記第２面に励起光を照射する光源と、を備え、
前記半導体膜の前記活性領域は、前記透光性部材を通過した前記励起光の照射によって、前記励起光とは異なる前記第１光を発する、発光装置。
（項１０）
第１面、前記第１面と反対側の第２面、及び、前記第１面と前記第２面を繋ぐ１以上の側面を有し、且つ単結晶である透光性部材と、前記透光性部材の前記側面を覆い、且つ前記第１面に垂直な平面視において前記第１面を囲む第３面を有し、且つセラミックスからなる光反射性部材と、を有する複合体を準備する工程と、
前記透光性部材の前記第１面及び前記光反射性部材の前記第３面に、光励起によって第１光を発する活性領域を含む半導体膜を成長させる工程と、
を備える波長変換部材の製造方法。

【符号の説明】

【0062】

１ 透光性部材
１Ａ 第１面
１Ｂ 第２面
１Ｃ 側面
３ 光反射性部材
３Ａ 第３面
５ 半導体膜
５ａ 第１部分
５ｂ 第２部分
７ 蛍光体含有部材
９ 第２透光性部材
１０、１０Ａ、１０B、１０C 波長変換部材
２０ 複合体
３０ 光源
１００ 発光装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】