波长变换元件及其制造方法和使用波长变换元件的LED元件及半导体激光发光装置
阅读：114发布：2020-09-21
专利汇可以提供波长变换元件及其制造方法和使用波长变换元件的LED元件及半导体激光发光装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 波长 变换元件，具有多个 荧光 体粒子和含有由位于所述多个荧光体粒子之间的 氧 化锌构成的基体的荧光体层，氧化锌是c轴取向的柱状结晶或单晶。，下面是波长变换元件及其制造方法和使用波长变换元件的LED元件及半导体激光发光装置专利的具体信息内容。
1.一种波长变换元件，包括：
多个荧光体粒子；和
基体，其位于所述多个荧光体粒子之间且由沿c轴取向的氧化锌或呈单晶的氧化锌构成。
2.根据权利要求1所述的波长变换元件，其特征在于，
具有荧光体层，该荧光体层包含所述多个荧光体粒子以及所述基体。
3.根据权利要求1或2所述的波长变换元件，其特征在于，
所述氧化锌的基于c轴的X射线摇摆曲线法得到的半值宽度在4℃以下。
4.根据权利要求2或3所述的波长变换元件，其特征在于，
还具有与所述荧光体层相接且由氧化锌构成的薄膜。
5.根据权利要求4所述的波长变换元件，其特征在于，
还具有与所述薄膜相接的基板，
所述薄膜位于所述荧光体层与所述基板之间。
6.根据权利要求2或3所述的波长变换元件，其特征在于，
还具有与所述荧光体层相接的基板。
7.根据权利要求5或6所述的波长变换元件，其特征在于，
所述基板由从由玻璃、石英、氧化硅、蓝宝石、氮化镓以及氧化锌组成的组中选择的一者所构成。
8.根据权利要求1～7任一项所述的波长变换元件，其特征在于，
所述氧化锌是柱状结晶。
9.根据权利要求1～7任一项所述的波长变换元件，其特征在于，
所述单晶的氧化锌是c轴取向。
10.根据权利要求1～9任一项所述的波长变换元件，其特征在于，
所述多个荧光体粒子包含从由YAG荧光体以及β-SiAlON组成的组中选择的至少一者，其中YAG为钇铝石榴石，SiAlON为塞隆。
11.一种LED元件，具有：
半导体发光元件，其放射激励光；
权利要求1～10任一项所述的波长变换元件，其入射从所述半导体发光元件放射的所述激励光。
12.根据权利要求11所述的LED元件，其特征在于，
所述波长变换元件，直接形成在所述半导体发光元件上。
13.根据权利要求11所述的LED元件，其特征在于，
还具有：
结晶分离层，其位于所述波长变换元件与所述半导体发光元件之间。
14.根据权利要求13所述的LED元件，其特征在于，
所述结晶分离层，由以二氧化硅为主成分的非晶形材料构成。
15.根据权利要求14所述的LED元件，其特征在于，
所述结晶分离层，通过等离子化学气相生长法形成。
16.根据权利要求11～15任一项所述的LED元件，其特征在于，
所述半导体发光元件，包括：
n型GaN层；
p型GaN层；和
由被所述n型GaN层以及所述p型GaN层所夹着的InGaN构成的发光层。
17.根据权利要求11～16的任一项所述的LED元件，其特征在于，
所述激励光是蓝色或者蓝紫色波段的光。
18.根据权利要求17所述的LED元件，其特征在于，
所述多个荧光体粒子，包含蓝色荧光体以及黄色荧光体，
所述激励光是蓝紫色波段的光，
通过由所述激励光激励所述蓝色荧光体，从而使所述蓝色荧光体出射蓝色光，通过由所述激励光或所述蓝色光激励所述黄色荧光体，从而使所述黄色荧光体出射黄色光。
19.一种半导体激光发光装置，具有：
半导体激光芯片，其放射激励光；和
权利要求1～10任一项所述的波长变换元件，其入射从所述半导体激光芯片放射的所述激励光。
20.根据权利要求19所述的半导体激光发光装置，其特征在于，
所述激励光是蓝色或蓝紫色波段的光。
21.根据权利要求20所述的半导体激光发光装置，其特征在于，
所述多个荧光体粒子，包含蓝色荧光体以及黄色荧光体，
所述激励光是蓝紫色波段的光，
通过由所述激励光激励所述蓝色荧光体，从而使所述蓝色荧光体出射蓝色光，通过由所述激励光或所述蓝色光激励所述黄色荧光体，从而使所述黄色荧光体出射黄色光。
22.一种车头灯或车辆，具有：
权利要求19～21任一项所述的半导体激光发光装置；和
电力供给源，其向所述半导体激光发光装置提供电力。
23.一种波长变换元件的制造方法，包括：
工序a，在c轴取向的氧化锌的薄膜上，形成由荧光体粒子构成的荧光体粒子层；
工序b，采用溶液生长法，用氧化锌填充所述荧光体粒子层的内部的空隙，形成荧光体层。
24.根据权利要求23所述的波长变换元件的制造方法，其特征在于，所述氧化锌的薄膜的基于c轴的X射线摇摆曲线法得到的半值宽度在4.5°以下。
25.根据权利要求23或24所述的波长变换元件的制造方法，其特征在于，所述氧化锌的薄膜是外延生长的单晶。
26.根据权利要求23～25任一项所述的波长变换元件的制造方法，其特征在于，形成所述荧光体粒子层的工序是电泳法。
27.根据权利要求23～26任一项所述的波长变换元件的制造方法，其特征在于，所述荧光体粒子，包含从由YAG荧光体以及β-SiAlON组成的组中选择的至少一者，其中YAG为钇铝石榴石，SiAlON为塞隆。
波长变换元件及其制造方法和使用波长变换元件的LED元
件及半导体激光发光装置
技术领域
背景技术
[0002] 近年来，LED(Light Emitting diode：发光二极管)被用于照明，希望开发更高亮度、长寿命的LED。以往，含有白色LED用的荧光体层的波长变换元件，是使将荧光体粒子与硅树脂等混合的树脂混合物硬化而形成的。然而，若在近年实用化的高亮度LED芯片中流动大电流，则由于从LED芯片产生的热或高亮度的紫外线，因而硅树脂易于劣化。因此，作为形成使荧光体粒子分散的荧光体层的基体，不是用因热或紫外线而易于劣化的硅树脂等的有机物，而是要求实现因热或紫外线而难以劣化的无机物的基体。
[0004] 专利文献2，记载有一种LED用的荧光体，例如YAG(钇铝石榴石)荧光体、TAG(钇铝石榴石)荧光体具有1.8或1.8以上的高折射率，在LED中，通常荧光体被埋入折射率为1.4的硅树脂中来构成荧光体层，因此，根据荧光体的折射率(1.8)与硅树脂的折射率(1.4)之间的折射率之差，在荧光体层，相当比例的光在荧光体与树脂的界面被散射。
[0005] 专利文献3公开有以下技术：使用电泳法，由使荧光体粒子分散的溶液，在基板上形成荧光体粒子层之后，对荧光体粒子层的内部的空隙，使用溶胶-凝胶(sol-gel)法，来填充成为无机物的基体的透光性物质。而且，还公开了：作为透光性物质，优选为玻璃、或呈玻璃状态并且有透光性的物质。此外，作为荧光体粒子与无机基体的组合，公开有以下示例：Ca-αSiAlON(塞隆)：Eu荧光体(折射率1.9)与硅石(折射率1.45)、YAG荧光体(折射率1.8)与氧化锌(折射率1.95)等。
[0006] 专利文献4公开有：若在荧光体层的内部产生不存在荧光体粒子或成为基体的透光性材料的空洞，则由于该空洞的存在，因而会衰减来自LED的光或来自荧光体的光。
[0007] 专利文献5公开有：具有CaAlSiN3(CASN)：Eu2+组成的荧光体的折射率为2.0，具3+
有CaSc2O4：Ce 组成的荧光体的折射率为1.9。
有CaSc2O4：Ce 组成的荧光体的折射率为1.9。
[0008] 非专利文献1，公开有：作为LED荧光体粒子，一般使用的SiAlON(塞隆)，根据组成，具有从1.855至1.897的范围的折射率。
[0009] 现有技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1：国际公开第2011／111293号
[0012] 专利文献2：JP特表2011-503266号公报(特别是段落编号0002)
[0013] 专利文献3：JP特开2011-168627号公报(特别是段落编号0028、段落编号0032)[0014] 专利文献4：JP特开2008-66365号公报(特别是段落编号0003)
[0015] 专利文献5：JP特开2011-111506号公报(特别是段落编号0027)
[0016] 非专利文献
[0017] 非专利文献1：Hiroyo Segawa et.al.，Opt.Mater.33(2010)170
[0018] 非专利文献2：Mingsong Wang et.al.，Phys.Stat.Sol.(a)203／10(2006)2418发明概要
[0019] 发明所要解决的技术问题
[0020] 对现有的发光元件用的波长变换元件，要求更高的光输出以及高耐热性或耐紫外线性。本申请的非限定的例示性的实施方式，提供一种具有光输出高以及耐热性或耐紫外线性高的波长变换元件及其制造方法、和使用它的LED元件、半导体激光发光装置。
[0021] 发明内容
[0022] 本发明的一个方式的波长变换元件，含有多个荧光体粒子和基体，所述基体位于所述多个荧光体粒子之间，并由沿c轴取向的氧化锌或单晶的氧化锌构成。
[0023] 发明效果
[0025] 图1是实施方式1中的波长变换元件的剖视图。
[0026] 图2(a)～图2(c)是实施方式1中的波长变换元件的制造方法的工序顺序的剖视图。
[0027] 图3是表示使用溶液生长法的氧化锌的结晶生长过程的剖视图。
[0028] 图4是实施方式2的波长变换元件的剖视图。
[0029] 图5(a)～图5(c)是实施方式2中的波长变换元件的制造方法的工序顺序的剖视图。
[0030] 图6(a)以及图6(b)是实施方式3的波长变换元件的剖视图及二维周期结构的俯视图。
[0031] 图7(a)～图7(g)是实施方式3中的波长变换元件的制造方法的工序顺序的剖视图。
[0032] 图8(a)以及图8(b)是实施方式3的波长变换元件二维周期结构的另一个方式的俯视图。
[0033] 图9(a)以及图9(b)是实施方式4的波长变换元件以及LED元件的剖视图。
[0034] 图10(a)以及图10(b)是实施方式5的LED元件的剖视图。
[0035] 图11(a)以及图11(b)是实施方式5的LED元件的另一个剖视图。
[0036] 图12(a)以及图12(b)是实施方式6的LED元件的剖视图。
[0037] 图13是实施方式7的半导体激光发光装置的剖视图。
[0038] 图14(a)是实施方式8的色轮的剖视图，图14(b)是实施方式7中的色轮的俯视图。
[0040] 图16(a)以及图16(b)表示实施方式9中的车辆以及车前灯的结构的图。
[0042] 图18是表示比较例3中的波长变换元件的XRD测定结果(2θ／ω扫描)的图。
[0044] 图20(a)是表示实施例1的荧光体层的基板界面附近的剖面SEM观察像的图，图20(b)是表示实施例1中的荧光体层的中央附近的剖面SEM观察像的图。
[0045] 图21是表示对实施例1与比较例1中的LED元件的发光光谱进行测定的结果的图。
[0046] 图22是表示实施例1中的波长变换元件的XRD测定结果(ω扫描)的图。
[0047] 图23是使用聚焦离子束(FIB)对荧光体层的剖面进行加工的SEM观察像，(a)表示实施例2中的荧光体层，(b)表示实施例1中的荧光体层。
[0048] 图24是表示使用溶液生长法的荧光体粒子层的内部的氧化锌的结晶生长过程的剖视图，(a)是表示荧光体层的氧化锌的c轴的倾角大的示例的图，(b)是表示荧光体层的氧化锌的c轴的倾角小的示例的图。
[0049] 图25是表示实施例5中的波长变换元件的XRD测定结果(2θ／ω扫描)的图。
[0050] 图26是表示实施例5中的波长变换元件的高角度侧的XRD测定结果(2θ／ω扫描)的图。
[0051] 图27是表示实施例5中的波长变换元件的XRD测定结果(ω扫描)的图。
[0052] 图28是表示实施例5中的波长变换元件的XRD测定结果(Φ扫描)的图。
[0053] 图29是表示实施例5中的荧光体层的剖面SEM观察像的图。
[0054] 图30是表示实施例5中的荧光体层的中央附近的剖面SEM观察像的图。
[0055] 图31是表示实施例5中的荧光体层的剖面TEM(透射型电子显微镜)观察像的图。
[0056] 图32是表示图31所示的范围的基于TEM的电子束衍射像的图。
[0057] 图33是表示对实施例5、实施例1和比较例4中的LED元件的发光光谱进行测定的结果的图。
[0058] 图34是表示实施例6中的波长变换元件的XRD测定结果(2θ／ω扫描)的图。
[0059] 图35是表示实施例6中的荧光体层的基板界面附近的剖面SEM观察像的图。
[0060] 图36是表示对实施例6和比较例5中的LED元件的发光光谱进行测定的结果的图。
[0061] 图37是表示对实施例7和比较例6中的半导体激光发光装置的发光光谱进行测定的结果的图，(a)是来自半导体激光芯片的激励光附近的放大图，(b)是被激励光激励的荧光附近的放大图。
[0062] 图38是表示对实施例8与比较例7中的半导体激光发光装置的发光光谱进行测定的结果的图，(a)是来自半导体激光芯片的激励光附近的放大图，(b)是被激励光激励的荧光附近的放大图。
[0063] 图39是表示对玻璃基板上、蓝宝石基板上的氧化锌膜的透光光谱进行测定的结果的图。
具体实施方式
[0064] 首先，详细地说明本发明人发现的问题。
[0065] 在由荧光体粒子和使荧光体粒子分散的硅树脂等的基体构成的荧光体层中，由于一般用于LED用的荧光体的折射率(1.8～2.0)与成为基体的硅树脂的折射率(1.4)之间的折射率差(0.4～0.6)，因而在荧光体粒子与基体之间的界面，光被散射。因此，无法高效地向外部导出光。
[0066] 此外，为了实现对耐热性或耐紫外线性优异的荧光体层，作为形成荧光体层的基体，不是用耐热性或耐紫外线性低的硅树脂等有机物的基体，而是提出了作为耐热性或耐紫外线性高的无机物的基体而使用玻璃的方法(例如，参照专利文献3)。
[0067] 玻璃由于是玻璃状态(非晶形的)，没有晶粒边界。因此，在作为无机基体而使用玻璃时，不会产生由荧光体层中的无机基体的晶粒边界引起的光散射。而且，由于玻璃是非结晶的非晶形的材料，因此，作为无机基体而使用通过低温加热而熔融且能自由改变形状的低熔点玻璃、或在常温在液体状态下能够加热硬化的液状的玻璃等这样的玻璃时，其形状的自由度高。
[0068] 然而，为了缩小荧光体与基体之间的折射率差，在作为无机的基体而使用具有比玻璃(折射率1.45)高的折射率(2.0)的氧化锌(ZnO)时，由于氧化锌是结晶性的，因此会形成晶粒边界。例如，通过溶胶-凝胶法形成的氧化锌成为微结晶的聚合体，且是随机取向的多晶(例如，参照非专利文献2)。若在荧光体层的内部形成随机取向的多晶，则在晶粒边界，来自LED芯片的光和被来自LED芯片的光激励的来自荧光体的光被散射。以下，将这样的散射称为在荧光体层的光散射。会有以下较大问题：若产生在荧光体层的光散射，则在荧光体层被散射的光会返回LED芯片或用于固定LED芯片的封装件等，并被吸收，因而从LED元件向外部导出的比例降低。
[0069] 而且，若在荧光体层的内部残存有空隙，则在空隙中通常被空气充满。空气的折射率为1.0，与一般用于LED用的荧光体的折射率(1.8～2.0)或硅树脂的折射率(1.4)有很大不同。因此，还存在以下问题：由于空隙与荧光体之间的折射率差、以及空隙与基体之间的折射率差，而在荧光体层的内部光被散射。
[0070] 在使用硅树脂作为荧光体层的基体时，能够在LED芯片上焊接预先在硅树脂中使荧光体粒子分散的混合物，并通过加热，通过使混合物硬化来形成荧光体层。此时，由于加热前能使混合物变形，因此，在充分进行脱泡等的操作的基础上，通过形成荧光体层，能够在荧光体层的内部抑制空隙的残存。
[0071] 相对于此，在使用难以通过成形等自由地控制形状的无机物基体作为荧光体层时，预先形成由荧光体粒子构成的荧光体粒子层。接着，在荧光体粒子层的内部的空隙中，填充使无机基体的原料(或者前驱体)溶解于溶媒的原料溶液，并由原料溶液形成无机基体。
[0072] 此时，通过原料溶液中的溶媒的挥发，形成无机基体。因此，(1)若从单位体积的原料溶液向无机基体的变换比例小，则由于在荧光体粒子层的空隙内被变换的无机基体的体积比在荧光体粒子层的空隙中填充的原料溶液的体积小，因此，在荧光体层的内部易于产生空隙。(2)为了增加从单位体积的原料溶液向无机基体的变换比例，若提高原料(或者前躯体)的浓度，则原料溶液的粘度变高，在荧光体粒子层的内部的空隙中，原料溶液的含浸变得困难。其结果，在荧光体粒子层的内部的空隙中，会产生原料溶液未到达的部分，在荧光体层的内部易于产生空隙。
[0074] 如此，作为荧光体层的无机基体，虽然具有高的折射率，但形状的自由度降低，并且，在使用结晶性的氧化锌的情形与在荧光体层的内部不形成晶粒边界或空隙的情形之间存在矛盾。
[0075] 本申请发明人，鉴于这样的问题，想到了新的波长变换元件及其制造方法、和使用波长变换元件的LED元件、半导体激光装置。
[0076] 本发明的一方式的波长变换元件，在基板上形成氧化锌的薄膜(基底ZnO层)，并在该基底ZnO层上，形成由荧光体粒子构成的荧光体粒子层，从基底ZnO层，利用作为基体沿c轴取向结晶生长的氧化锌，来填充荧光体粒子层的内部空隙。
[0077] 构成基体的氧化锌，具有纤锌矿型的结晶构造，所谓c轴取向的氧化锌，是指相对于基板，平行的面为c面。此外，在本申请中，所谓基板，除了玻璃基板、蓝宝石基板、氮化镓(GaN)基板等的基板，还包括半导体发光元件、半导体发光元件的基板、以及在它们上形成的薄膜表面、荧光体层的主表面等。
[0078] 沿c轴取向结晶生长的氧化锌呈柱状结晶，在c轴方向上晶粒边界少。而且，由于从在基板上所形成的c轴取向的基底ZnO层在c轴方向上结晶生长，因此，能够在来自与基板垂直的LED芯片的光的出射方向上配置晶粒边界少的柱状结晶。因此，能够抑制在荧光体层的光散射。所谓c轴取向的柱状结晶，是指c轴方向的氧化锌生长比a轴方向的氧化锌生长快，且相对于基板形成了纵长的氧化锌微晶。所谓微晶，是指在多晶体中被看作单晶的最小的区域。
[0079] 此外，对于基底ZnO层，通过使用外延生长的单晶的氧化锌的薄膜，从而能够用从基底ZnO层进行了外延生长的单晶的氧化锌构成的基体来填充荧光体粒子层内部的空隙。外延生长的单晶的氧化锌，由于晶粒边界非常少，因此不会产生由氧化锌的晶粒边界引起的光散射。
[0080] 在用c轴取向的氧化锌构成的基体来填充荧光体粒子层的内部空隙的工序中，使用溶液生长法。在溶液生长法中，作为原料溶液而使用含有Zn离子的溶液，能够将基底ZnO层作为成为氧化锌的结晶生长的核的晶种，使c轴取向的氧化锌生长。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够容易地到达荧光体粒子层的内部的空间。而且，由于能够在使形成荧光体粒子层的基板浸渍于原料溶液的状态下进行氧化锌的结晶生长反应，并且，使氧化锌生长的原料为Zn离子，因此即使在氧化锌的结晶生长中Zn离子被消耗，也能够使Zn离子从荧光体粒子层的外部的原料溶液容易地扩散并到达荧光体粒子层的内部。因此，能够抑制由于原料不足引起的荧光体粒子层的内部的空隙的产生。而且，如以下所说明，在溶液生长法中，由于使氧化锌不从荧光体的表面而从基底ZnO层结晶生长，因此，能够在荧光体层的内部不封闭空隙，而能抑制荧光体层的内部的空隙。
[0081] 本发明的波长变换元件及其制造方法、使用波长变换元件的LED元件以及半导体激光发光装置的一实施方式的概要如下。
[0082] 本发明的一实施方式的波长变换元件，包括：多个荧光体粒子；和基体，其位于所述多个荧光体粒子之间且由沿c轴取向的氧化锌或单晶的氧化锌构成。
[0083] 所述波长变换元件，具有所述多个荧光体粒子以及含有所述基体的荧光体层。
[0084] 所述氧化锌的基于c轴的X射线摇摆曲线法得到的半值宽度在4℃以下。
[0085] 所述波长变换元件，还具有与所述荧光体层相接且由氧化锌构成的薄膜。
[0086] 所述波长变换元件，还具有与所述薄膜相接的基板，且所述薄膜位于所述荧光体层与所述基板之间。
[0087] 所述波长变换元件，还具有与所述荧光体层相接的基板。
[0088] 所述基板由从由玻璃、石英、氧化硅、蓝宝石、氮化镓以及氧化锌组成的组中选择的一者所构成。
[0089] 所述氧化锌是柱状结晶。
[0090] 所述单晶的氧化锌是c轴取向。
[0091] 所述多个荧光体粒子包含从由YAG荧光体以及β-SiAlON组成的组中选择的至少一者，其中YAG为钇铝石榴石，SiAlON为塞隆。
[0092] 本发明的一实施方式的LED元件，具有：半导体发光元件，其放射激励光；和上述任一技术方案所述的波长变换元件，其入射从所述半导体发光元件放射的所述激励光。
[0093] 所述波长变换元件，直接形成在所述半导体发光元件上。
[0094] 所述LED元件，还具有结晶分离层，其位于所述波长变换元件与所述半导体发光元件之间。
[0095] 所述结晶分离层，由以二氧化硅为主成分的非晶形材料构成。
[0096] 所述结晶分离层，通过离子化学气相生长法形成。
[0097] 所述半导体发光元件，包括：n型GaN层；p型GaN层；和由被所述n型GaN层以及所述p型GaN层所夹着的InGaN构成的发光层。
[0098] 所述激励光是蓝色或者蓝紫色波段的光。
[0099] 所述多个荧光体粒子，包含蓝色荧光体以及黄色荧光体，所述激励光是蓝紫色波段的光，通过由所述激励光激励所述蓝色荧光体，从而使所述蓝色荧光体出射蓝色光，通过由所述激励光或所述蓝色光激励所述黄色荧光体，从而使所述黄色荧光体出射黄色光。
[0100] 本发明的一实施方式的半导体激光发光装置，具有：半导体激光芯片，其放射激励光；和上述所述的波长变换元件，其入射从所述半导体激光芯片放射的所述激励光。
[0101] 所述激励光是蓝色或蓝紫色波段的光。
[0102] 所述多个荧光体粒子，包含蓝色荧光体以及黄色荧光体，所述激励光是蓝紫色波段的光，通过由所述激励光激励所述蓝色荧光体，从而使所述蓝色荧光体出射蓝色光，通过由所述激励光或所述蓝色光激励所述黄色荧光体，从而使所述黄色荧光体出射黄色光。
[0104] 本发明的一实施方式的波长变换元件的制造方法，包括：工序a，在c轴取向的氧化锌的薄膜上，形成由荧光体粒子构成的荧光体粒子层；工序b，采用溶液生长法，用氧化锌填充所述荧光体粒子层的内部的空隙，形成荧光体层。
[0105] 所述氧化锌的薄膜的基于c轴的X射线摇摆曲线法得到的半值宽度在4.5°以下。
[0106] 所述氧化锌的薄膜是外延生长的单晶。
[0107] 形成所述荧光体粒子层的工序是电泳法。
[0108] 所述荧光体粒子，包含从由YAG荧光体以及β-SiAlON组成的组中选择的至少一者，其中YAG为钇铝石榴石，SiAlON为塞隆。
[0109] 根据本结构，能够提供在荧光体层的光散射小的波长变换元件、使用该波长变换元件的光输出高的LED元件、半导体激光发光装置。
[0110] 以下，参照附图来说明本发明的实施方式。
[0111] (实施方式1)
[0112] 图1是实施方式1的波长变换元件的剖视图。
[0113] 本实施方式的波长变换元件6，具有多个荧光体粒子3和含有位于多个荧光体粒子3之间的基体5的荧光体层7。波长变换元件6，将入射的光之中的至少一部分的光变换为与入射时的光的波段不同的波段的光而出射。
[0114] 对多个荧光体粒子3，能够使用一般用于发光元件的具有各种激励波长、出射光波长以及粒径的荧光体。例如，能够使用YAG(钇铝石榴石)、β-SiAlON(塞隆)等。特别地，激励荧光体的波长以及出射的光的波长，能够根据波长变换元件6的用途而任意选择。此外，根据这些波长，能够选择在YAG或β-SiAlON中掺杂的元素。
[0115] 特别地，在作为激励荧光体层7的激励光的波长而选择蓝紫光或蓝光时，由于能高效地激励荧光体，因此能够实现高输出的LED元件、高输出的半导体激光发光装置等的发光元件或发光装置。
[0116] 也可以利用从发光元件释放出的蓝紫光来激励蓝色荧光体，且使用所产生的蓝色光来激励波长变换元件6的荧光体粒子3。因此，在入射到波长变换元件6的蓝色光中，含有来自蓝色荧光体的蓝色光。
[0117] 在作为荧光体粒子3而使用了由蓝色光激励的黄色荧光体时，从波长变换元件6出射的光，成为将激励光的蓝色光与来自荧光体的黄色光合成后得到的白色光。在此，将波长从400nm至420nm的光定义为蓝紫光，将波长从420nm至470nm的光定义为蓝色光。此外，将波长从500nm至700nm的光定义为黄色光。所谓蓝色荧光体，定义为由蓝紫光激励且出射蓝色光的荧光体。此外，所谓黄色荧光体，定义为由蓝色光或蓝紫光激励且出射黄色光的荧光体。
[0118] 作为荧光体粒子3，也可以使用由蓝紫色光激励的蓝色荧光体、和由蓝色光激励的黄色荧光体。此时，波长变换元件6，也出射将来自荧光体的蓝色光与黄色光合成后得到的白色光。或者，作为荧光体粒子3，也可以使用由蓝紫光激励的蓝色荧光体和由蓝紫光激励的黄色荧光体。此时，波长变换元件6，也出射将来自荧光体的蓝色光与黄色光合成后得到的白色光。
[0119] 而且，为了提高LED元件或半导体激光发光装置的彩色再现性，也可以将产生绿色光的荧光体、产生红色光的荧光体配合起来使用。基体5由沿c轴取向的氧化锌构成。更详细而言，沿c轴取向的氧化锌是具有纤锌矿的结晶构造的柱状结晶，或者是单晶。在图1中，如示意线所示，基体5的氧化锌的c轴与基板1的法线方向平行，或者，c轴相对于基板1的法线方向的倾角为4°以下。其中，所谓“c轴的倾角为4°以下”，是指c轴的倾角分布在4°以下，所有微晶的倾角不局限于4°以下。“c轴的倾角”，能够通过基于c轴的X射线摇摆曲线法的半值宽度来进行评价。如上所述，c轴取向的柱状结晶，在c轴方向上晶粒边界少。
[0120] 在本实施方式中，在荧光体层7中，荧光体粒子3彼此相接。基体5被填充为填满荧光体粒子3之间的空隙，基体5与荧光体粒子3相接。即，荧光体粒子3与相邻的荧光体粒子3彼此相接，并且还与基体5相接。此外，在荧光体层7中，实质上不存在空隙。
[0121] 由沿c轴取向的氧化锌构成的基体5，利用氧化锌的结晶生长性而形成。因此，波长变换元件6可以还具有基板1和薄膜2。薄膜2与荧光体层7的例如主面7a相接。此外，基板1与薄膜2相接，薄膜2位于基板1与荧光体层7之间。
[0122] 基板1，如上所述，是从由玻璃、石英、氧化硅、蓝宝石、氮化镓以及氧化锌形成的组中选择一者而构成的。在采用由蓝宝石或氮化镓构成的基板1时，基板1的主表面可以是这些结晶的c面。薄膜2由单晶的氧化锌或者多晶的氧化锌构成。
[0123] 由于薄膜2作为成为构成基体5的氧化锌的结晶生长的核的晶种而发挥功能，因此，能够形成上述沿c轴取向的氧化锌的第一基体5。
[0124] 基板1以及薄膜2，在形成基体5之后可以去除，波长变换元件6，也可以不包含基板1或者基板1及薄膜2这两者。此外，若在基板1上能够直接形成沿c轴取向的氧化锌，则波长变换元件6，也可以包含基板1，而不包含薄膜2。去除了基板1时的c轴取向的氧化锌，基体5的氧化锌的c轴与荧光体层7的主表面7a或7b的法线方向平行，或者相对于荧光体层7的主表面7a或7b的法线方向的c轴的倾角为4°以下。详细而言，若基于c轴的X射线摇摆曲线法的半值宽度为4°以下，则能够形成在c轴方向上晶粒边界少的氧化锌。
[0125] 根据本实施方式的波长变换元件，由于由氧化锌构成的基体填充荧光体粒子之间，因此，具有高的耐热性。此外，由于氧化锌的折射率大，因此，在荧光体粒子表面，能够抑制向波长变换元件入射的光的散射，高效地向外部导出光。
[0126] 以下，参照附图，来说明本实施方式的波长变换元件6的制造方法。
[0127] 图2(a)、(b)、(c)，表示实施方式1的方法的工序顺序的剖面图。
[0128] 在实施方式1中，用从氧化锌的薄膜2结晶生长的由c轴取向的氧化锌构成的基体5填充由荧光体3构成的荧光体粒子层4的内部的空隙。
[0129] 首先，如图2(a)所示，在基板1上，形成氧化锌的薄膜2。作为基板1，优选透明性高的基板。能够使用玻璃基板、石英基板等。也可以使用PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)薄膜、PET(耐高温聚酯)薄膜等。
[0130] 在使用不具有结晶构造的非结晶性材料即玻璃等的基板1时，或者，在使用即使是单晶基板、但基板与氧化锌的结晶结构的晶格不匹配率大的基板1时，形成由多晶的氧化锌构成的薄膜2。
[0131] 作为形成氧化锌的薄膜2的方法，使用电子束蒸镀法、反应性等离子蒸镀法、溅射法、脉冲激光沉积法等的真空成膜法。在真空成膜法中，能够通过成膜时的基板温度或离子密度等的成膜条件、成膜之后进行加热退火处理等，来形成c轴取向的氧化锌的薄膜2。此外，为了获得低电阻的c轴取向的氧化锌的薄膜2，也可以在氧化锌的薄膜中添加Ga、Al、B等元素。
[0132] 接着，如图2(b)所示，在基板1上形成的氧化锌的薄膜2上，形成由荧光体粒子3构成的荧光体粒子层4。作为形成荧光体粒子层4的方法，能够制作使荧光体粒子3分散的荧光体分散溶液，并采用电泳法，在氧化锌的薄膜2上集积荧光体粒子3。或者，也可以通过在荧光体分散溶液中使荧光体粒子3沉降，来形成荧光体粒子层4。
[0133] 接着，如图2(c)所示，从c轴取向的氧化锌的薄膜2，通过使用含有Zn离子的溶液的溶液生长法，使由c轴取向的氧化锌构成的基体5进行结晶生长。在溶液生长法中，可采用在大气压下进行的化学浴析出法(chemical bath deposition)、在大气压以上的压力下进行的水热合成法(hydrothermal synthesis)、施加电压或电流的电解析出法(electrochemical deposition)等。作为结晶生长用的溶液，例如，可使用含有六亚甲基四胺(Hexamethylenetetramine)(C6H12N4)的硝酸锌(Zinc nitrate)(Zn(NO3)2)的水溶液。硝酸锌的水溶液的pH的示例，为5以上且7以下。这些溶液生长法，例如，在JP特开2004-315342号公报中已公开。
[0134] 图3表示从图2(c)的c轴取向的氧化锌的薄膜2，通过结晶生长而形成由c轴取向的氧化锌构成的基体5的中途过程。通过使用溶液生长法，能够不是从荧光体粒子3使氧化锌直接进行结晶生长，而是将薄膜2作为晶种，从荧光体层4的下部所形成的薄膜2，向上方按顺序使c轴取向的氧化锌进行结晶生长。而且，如图3所示，由于通过荧光体粒子层的内部的空隙，氧化锌进行结晶生长，因此，在荧光体层的表面，可以形成由从表面的荧光体粒子之间的窄的间隙生长的棒状的氧化锌构成的凹凸构造。此时，能够降低由荧光体层与空隙之间的折射率差引起的光的反射。
[0135] 通过将基体5形成为填充荧光体粒子层4的内部的空隙，如图2(c)所示，形成荧光体层7。由此，制作波长变换元件6。如上所述，之后，可以从荧光体层7去除基板1或基板1及薄膜2。
[0136] (实施方式2)
[0137] 图4表示实施方式2的波长变换元件的剖面图。
[0138] 本实施方式的波长变换元件46具有：基板41；薄膜42；和荧光体层7’。基板41是单晶基板，薄膜42由单晶的氧化锌构成。此外，在荧光体层7’中，基体45由单晶的氧化锌构成。
[0139] 在实施方式2中，用从单晶氧化锌的薄膜42结晶生长的单晶氧化锌填充由荧光体粒子3构成的荧光体粒子层4的内部的空隙。
[0140] 根据本实施方式的波长变换元件，由于基体45由单晶氧化锌构成，因此，进一步减少了基体45中的晶粒边界，更降低了在荧光体层内入射的光的散射。因此，本实施方式的波长变换元件能够进一步高效地向外部导出光。
[0141] 以下，参照附图，对本实施方式的波长变换元件46的制造方法进行说明。
[0142] 图5(a)、(b)、(c)表示实施方式2中的方法的工序顺序的剖面图。
[0143] 在基板41上，可使用氧化锌的结晶结构与基板的结晶结构之间的晶格不匹配率小的单晶基板。此时，基板41的结晶方位与氧化锌的薄膜42的结晶方位之间具有一定的关系，能够使氧化锌结晶生长。以下，将该生长称为外延生长。在外延生长的氧化锌的薄膜42中，结晶作为整体而向相同方向取向，除了结晶缺陷等，基本上不产生晶粒边界。如此，所谓单晶，是指外延生长的晶粒边界非常少的结晶。单晶的氧化锌的薄膜42可以使用蓝宝石基板、GaN基板、氧化锌基板等作为能够外延生长的基板41。作为基板41，也可以使用形成用于缓和基板与氧化锌的结晶结构的晶格不匹配率的缓冲层的上述单晶基板。例如，作为基板41，也可以使用形成单晶GaN薄膜的蓝宝石基板。
[0144] 如图5(a)所示，在基板41上形成薄膜42。作为形成单晶的氧化锌的薄膜42的方法，可采用与实施方式1相同的真空成膜法。此外，当基板41的表面在溶液生长的情况下能够成为氧化锌的晶种时，也可以通过溶液生长法来形成单晶的氧化锌的薄膜42。例如，在形成单晶的GaN薄膜的蓝宝石基板上，也可以通过溶液生长法来形成单晶的氧化锌的薄膜42。
[0145] 接着，如图5(b)所示，在基板41上形成的单晶的氧化锌的薄膜42上，形成由荧光体粒子3构成的荧光体粒子层4。作为形成荧光体粒子层4的方法，可采用与实施方式1同样的方法。
[0146] 接着，如图5(c)所示，从单晶的氧化锌的薄膜42，通过使用含有Zn离子的溶液的溶液生长法，能够形成由单晶的氧化锌构成的基体45。对基体45的形成，使用与实施方式1同样的方法。
[0147] (实施方式3)
[0148] 图6(a)是实施方式3的波长变换元件的剖面图。
[0149] 本实施方式的波长变换元件200具有：基板210；薄膜220；荧光体层230；以及二维周期体240。基板210包含支撑体211和反射层212。作为支撑体211，为了有效地对在荧光体粒子231中产生的热进行散热，能够使用铝或金属或陶瓷等热传导率高的材料。在反射层212中，能够使用含有荧光的使可视波长的光反射的材料，根据散热的观点，能够使用铝或银等的金属。
[0150] 薄膜220，与实施方式1及2同样，由多晶或单晶的氧化锌构成。
[0151] 荧光体层230与实施方式1及2同样，包括荧光体粒子231和位于荧光体粒子231之间的基体232。基体232由c轴取向的氧化锌构成。
[0152] 二维周期体240被设置于荧光体层230的主表面230a上，包括多个棒241。多个棒241由c轴取向的氧化锌构成。
[0153] 图6(b)表示主面230a上的二维周期体240的棒241的配置。二维周期体240通过三角晶格状排列棒241构成。
[0154] 根据本实施方式的波长变换元件，荧光体层上设置的二维周期结构作为二维衍射晶格而发挥功能，从设置荧光体层的二维周期结构的面出射的荧光体的放射角度分布的半值整个宽度变窄。也就是说，从波长变换元件出射的光的放射角度变小。因此，在介由透镜而使用从波长变换元件出射的光时，基于透镜的聚光效率提高。
[0155] 以下，参照附图，对本实施方式的波长变换元件200的制造方法进行说明。
[0156] 图7(a)～(g)，表示实施方式3中的波长变换元件200的方法的工序顺序的剖面图。
[0157] 首先，如图7(a)所示，在支撑体211上设置反射层212，得到基板210。如上所述，作为支撑体211，为了高效地对在荧光体粒子231中产生的热进行散热，能够使用铝或金属或陶瓷等热传导率高的材料。虽然对于反射层212，能够使用反射含有荧光的可视波长的光的材料，但从散热的观点出发，能够使用铝或银等的金属。
[0158] 接着，如图7(b)所示，在基板210上，设置由c轴取向的氧化锌构成的薄膜220。作为形成薄膜220的方法，可使用电子束蒸镀法、电阻加热蒸镀法、反应性等离子蒸镀法、溅射法、有机金属气相生长法、分子线外延法、脉冲激光沉积法这样的真空成膜法。此外，如上所述，也可以用于使用含有Zn离子的溶液的溶液生长法。在溶液生长法中，可采用在大气压下进行的化学浴析出法(chemical bath deposition)、在大气压以上进行的水热合成法(hydrothermal synthesis)、施加电压或电流的电解析出法(electrochemical deposition)等。由于氧化锌易于进行c轴生长，因此，能够通过控制温度或成膜速度等的成膜条件，容易地得到薄膜220。
[0159] 而且，为了得到电阻低的薄膜220，可以在构成薄膜220的氧化锌中添加Ga、Gl、In、B等掺杂物。
[0160] 接着，如图7(c)所示，在薄膜220上，形成由荧光体粒子231构成的荧光体粒子层。作为形成荧光体粒子层235的方法，例如，能够采用如下技术：使用使荧光体粒子231分散的荧光体分散溶液，通过电泳法，在薄膜220上集积荧光体粒子231。或者，也可以通过在荧光体分散溶液中使荧光体粒子231沉积在薄膜220上，而形成荧光体粒子层235。此外，在薄膜220上涂覆荧光体分散溶液，并使溶液干燥的方法也可以。任何方法，都与在树脂的基体中形成使荧光体粒子分散的荧光体的现有技术不同，在本发明中所制作的荧光体粒子层235中，荧光体粒子231形成彼此凝集的结构体。其结果，与现有技术不同，不需要基体中的分散控制，荧光量就能够通过仅调节荧光体粒子231的量来进行控制。因此，能够容易得到荧光特性稳定的波长变换元件。
[0161] 接着，如图7(d)所示，通过使用含有Zn离子的溶液的溶液生长法，由薄膜220使c轴取向的氧化锌结晶生长，通过由c轴取向的氧化锌构成的基体232来填充荧光体粒子231的空隙。可采用在大气压下进行的化学浴析出法或电解析出法、以大气压以上进行的水热合成法等。作为结晶生长用的溶液，例如，采用含有六亚甲基四胺的硝酸锌溶液。该硝酸锌溶液的pH的示例，在5以上且7以下。如此，在中性附近的溶液中能够进行生长，也是其它氧化物中没有的氧化锌的特征。通过将氧化锌在中性附近进行溶液生长，从而与碱性的反应液所需要的玻璃填充不同，由于通过化学蚀刻在荧光体粒子231的表面不产生非发光再结合，因此，基体232的填充不会使荧光体粒子231的内部量子效率降低。
[0162] 通过使用溶液生长法，能够将薄膜220作为结晶生长的核即晶种，从荧光体粒子231的下部区域的薄膜220按顺序使c轴取向的氧化锌的基体232向上方进行结晶生长。
其结果，构成基体232的氧化锌保持了作为基底的薄膜220的结晶状态。因此，与薄膜220同样，基体232具有致密的结晶结构。
其结果，构成基体232的氧化锌保持了作为基底的薄膜220的结晶状态。因此，与薄膜220同样，基体232具有致密的结晶结构。
[0163] 从荧光体粒子231的下部区域进行生长的基体232，在成长为填埋荧光体粒子231的空隙之后，通过横向生长，也在荧光体粒子231的上部区域被形成。而且，由于原料溶液是稀薄的水溶液，粘度低，因此，原料溶液能够容易地到达荧光体粒子层235的内部。此外，由于使氧化锌生长的原料的Zn离子小，即使由于基体232的结晶生长而消耗了Zn离子，也能够使Zn离子容易从荧光体粒子层235的外部的原料溶液向荧光体粒子层235的内部扩散并到达。因此，能够抑制产生由于原料不足引起的荧光体粒子层235内部的空隙。
[0164] 接着，如图7(e)所示，在c轴取向的氧化锌的基体232上，设置由感光性树脂等的树脂构成的选择生长掩模250。选择生长掩模250具有由基底的c轴取向的氧化锌构成的基体232的表面露出的开口部按三角晶格状以二维周期排列的掩模图案。对于选择生长掩模250的形成，能够使用在荧光体层230上涂覆光致抗蚀剂，并通过光刻或电子束曝光、光纳米印制技术进行构图的技术，或通过热纳米印制技术来复制树脂图案的方法等。而且，为了在设置选择成长掩模250之前，容易设为微细构图，因此，也可以对荧光体层230的表面实施基于化学机械研磨(Chemical Mechanical Polissing；CMP)法的平坦化处理等的前处理。
[0165] 接着，如图7(f)所示，在选择成长掩模250的开口部，从荧光体层230的基体232使由c轴取向的氧化锌构成的棒241选择生长。对棒241的选择生长，采用溶液生长法。也可以采用在大气压下进行的化学浴析出法或电解析出法、在大气压以上进行的水热合成法等。作为结晶生长用的溶液，例如，可采用含有六亚甲基四胺的硝酸锌溶液。该硝酸锌溶液的pH的示例，为5以上且7以下。在棒241的选择成长中，将结晶生长用的溶液的温度设定为所使用的树脂的软化点以下，例如120度以下，以使选择生长掩模250的图案不变形。
[0167] 而且，作为本实施方式的变形例，波长变换元件200的二维周期体240也可以具有其它结构。例如，如图8(a)所示，在荧光体层230的主表面230a中，二维周期体240也可以具有正方晶格状排列的多个棒241。此外，如图8(b)所示，二维周期体240也可以具有多个开口部242。二维周期体240被设置在荧光体层230的主表面230a，开口部242，露出了主表面230a。多个开口部242，以正方晶格状或三角晶格状排列。
[0168] 图8(a)、(b)所示的二维周期体240，在图7(e)所示的工序中，能够通过使用具备有以正方晶格状排列的多个开口的图案的选择生长掩模250，或者具有以三角晶格状排列的岛状的图案的选择生长掩模250来形成。
[0169] (实施方式4)
[0170] 对本发明的LED元件的实施方式进行说明。
[0171] 本实施方式的LED元件，能够使用实施方式1～3的任一种波长变换元件。图9(a)表示使实施方式1所示的波长变换元件6上下翻转后的状态。
[0172] 图9(b)表示实施方式4的LED元件的剖面图。为了易于理解，对LED芯片的电极、LED芯片的内部结构等进行了简化。如图9(b)所示，LED元件60具有：支撑体61；LED芯片62；以及波长变换元件50。
[0173] 支撑体61支撑LED芯片62。在本实施方式中，LED元件60具有能够面安装的构造。本实施方式适合用于高亮度LED元件，因此，支撑体61也可以具有高的热传导率以使在LED元件产生的热高效地扩散到外部。例如，也可以使用由氧化铝或氮化铝等形成的陶瓷作为支撑体61。
[0174] LED芯片62，出射对波长变换元件50的荧光体进行激励的激励光。LED芯片62，例如，包含基板62a、n型GaN层62b、p型GaN层62d、以及被n型GaN层62b和p型GaN层62d所夹着的InGaN构成的发光层62c。LED芯片62，例如，出射蓝色光。LED芯片62，在支撑体61上，通过焊料64等而被固定在支撑体61，以使来自LED芯片的光的出射面63成为上面。此外，LED芯片62，通过焊线65与设置在支撑体的电极66电连接。LED芯片62的周围被支撑体61包围，波长变换元件50被固定于支撑体61。波长变换元件50，若如图9(a)所示的配置那样，在来自LED元件的光的出射面67侧配置基板1侧，则荧光体层7不会暴露到外部。但是，也可以在来自LED芯片62的光的入射面68侧，配置波长变换元件50的基板1。
[0175] 在LED元件60中，从LED芯片62出射的激励光，被入射到波长变换元件50。在波长变换元件50中，入射的激励光的一部分入射到荧光体粒子3，并通过激励荧光体，而出射波段与激励光不同的光。例如，当荧光体为黄色荧光体时，作为激励光而入射蓝色光，出射黄色光。
[0176] 未入射到荧光体粒子3的激励光，直接透光波长变换元件50。由此，在从波长变换元件50出射的光中包含蓝色光和黄色光，LED元件60出射白色光。
[0177] (实施方式5)
[0178] 对本发明的LED元件的其它实施方式进行说明。在实施方式5中，对使用通过与实施方式1同样的方法形成的波长变换元件的LED元件进行说明。由c轴取向的柱状结晶的氧化锌形成用于波长变换元件的荧光体层的基体。
[0179] 图10、图11是表示实施方式5中的LED元件的剖面图。LED芯片的电极、LED元件的支撑体、电极、布线等，为了易于理解而进行了简化。
[0180] 图10(a)所示的LED元件具有LED芯片70和波长变换元件75。LED芯片70包括基板71和位于基板71上的半导体发光元件72。半导体发光元件72还具有发光层73。波长变换元件75在半导体发光元件72上直接形成，且具有从实施方式1的波长变换元件6去除了基板1的构造。即，波长变换元件75具有：半导体发光元件72上所形成的薄膜2；以及荧光体层7。
[0181] 图10(b)所示的LED元件，也具有LED芯片70和波长变换元件75，LED芯片70中的上下与图10(a)所示的LED元件颠倒。即，LED芯片70的发光层73，位于与波长变换元件75相反侧。波长变换元件75具有：基板71上所形成的薄膜2；和荧光体层7。
[0182] 例如，作为基板71，能够使用蓝宝石基板、GaN基板等。这些基板，能够形成透光性高、且在这些基板上包含n型GaN、由InGaN构成的发光层以及p型GaN的良好特性的半导体发光元件。
[0183] 在图10(a)所示的结构以及图10(b)所示的结构中，都能够将LED芯片70作为基板，在半导体发光元件72侧，或者在半导体发光元件的基板71侧，用与实施方式1同样的方法，形成波长变换元件75。
[0184] 本实施方式的LED元件，也可以使用包含结晶分离层74的LED芯片80和波长变换元件75来构成。详细而言，如图11(a)、图11(b)所示，能够在半导体发光元件72或者半导体发光元件的基板71上，将形成结晶分离层74的LED芯片80作为基板，用与实施方式1同样的方法，形成波长变换元件75。结晶分离层74，是用于形成由c轴取向的氧化锌构成的薄膜2的基底层。例如，能够采用离子化学气相生长法，通过以没有结晶结构的非晶形的二氧化硅(SiO2)为主成分的材料而形成。也可以是由聚硅氮烷等液态的玻璃原料形成的玻璃。通过形成结晶分离层74，例如，即使半导体发光元件的基板71是GaN基板的m面，半导体发光元件72是在基板71外延生长的结晶结构，也会由于结晶分离层74是与玻璃基板同样的没有结晶结构的非晶形，因此，能与基板71的结晶结构无关地形成c轴取向的氧化锌的薄膜2。由于氧化锌的薄膜2是c轴取向，因此，能够用与实施方式1同样的方法，以c轴取向的氧化锌形成波长变换元件75的基体5。
[0185] (实施方式6)
[0186] 对本发明的LED元件的其它实施方式进行说明。在实施方式6中，对使用通过与实施方式2同样的方法形成的波长变换元件的LED元件进行说明。其是以c轴取向的单晶氧化锌形成用于波长变换元件的荧光体层的基体的示例。
[0187] 图12是表示实施方式6中的LED元件的剖面图。LED芯片的电极、LED元件的支撑体、电极、布线等，为了易于理解而进行了简化。
[0188] 实施方式6的LED元件具有LED芯片70和波长变换元件95。
[0189] 波长变换元件95包括：单晶的氧化锌的薄膜42；以及含有荧光体粒子3和基体45的荧光体层。与实施方式2同样，荧光体层由单晶的氧化锌构成。LED芯片与实施方式5同样，包括半导体发光元件72和基板71。
[0190] 若半导体发光元件72或者半导体发光元件的基板71的表面的结晶结构具有能够形成c轴取向的单晶氧化锌的薄膜42的结晶结构，则如图12(a)以及图12(b)所示，能够将LED芯片70作为基板，在半导体发光元件72侧、或者半导体发光元件的基板71侧，形成c轴取向的单晶的氧化锌的薄膜42。由于氧化锌的薄膜42为c轴取向的单晶，因此，能够用与实施方式2同样的方法，以c轴取向的单晶的氧化锌来形成波长变换元件95的基体45。
[0191] 例如，作为半导体发光元件的基板71，能够使用c面的蓝宝石基板、c面的GaN基板等。特别地，氧化锌以及氮化镓都具有纤锌矿型的结晶构造。这些a轴晶格的不匹配率为1.8％，c轴晶格的不匹配率为0.4％，都非常小。因此，能够在半导体发光元件侧或者基板侧，使由c轴取向的单晶的氧化锌构成的薄膜进行外延生长。
[0192] (实施方式7)
[0193] 对本发明的半导体激光发光装置的实施方式进行说明。
[0194] 图13表示实施方式7的半导体激光发光装置330的剖面图。半导体激光芯片的内部结构、电极、连接布线等，为了易于理解而进行了简化。半导体激光发光装置330具有：半导体激光芯片310；波长变换元件50；以及支撑半导体激光芯片310和波长变换元件50的杆301。半导体激光芯片310通过块302被支撑于杆301，波长变换元件50通过盖303被支撑于杆301。杆301和块302，例如，由主要含Fe或Cu的金属材料构成，用模具一体成型，在动作时对半导体激光芯片310中产生的热高效地进行散热。盖303由主要含Fe或Ni的金属材料成型，与杆301通过熔接等进行了熔接。半导体激光芯片310，被安装在块302上，通过焊线，在半导体激光芯片310与引脚305之间进行电连接。在盖303中设置有开口部304，且以覆盖该开口部104的方式设置了波长变换元件50。来自半导体激光芯片310的激励光，从入射面307入射到波长变换元件50。半导体激光发光装置330，出射使透过波长变换元件50的激励光与从激励光变换的荧光合成后的光。
[0195] 在图13中，半导体激光芯片310虽然直接被安装在块302上，但也可以借助由AlN或Si等构成的基台(sub mount)，而安装于块302上。在半导体激光发光装置300中，若在出射面308侧配置波长变换元件50的基板，则有荧光体层不被暴露于外部的优点。但是，也可以在入射面307侧配置基板。
[0196] (实施方式8)
[0197] 对本发明的投影仪装置的实施方式进行说明。在实施方式8中，对在色轮中使用实施方式1～3的任一者的波长变换元件的投影仪进行说明。
[0198] 图14(a)、(b)是表示用于本实施方式的投影仪的色轮400的图，图14(a)表示色轮400与从光源出射的光的位置关系，图14(b)表示色轮400的结构。
[0199] 如图14(a)、(b)所示，色轮400具有圆盘410以及波长变换元件200，圆盘410保持波长变换元件200。在圆盘410上，设置有开口411。作为被校准后的激励光的蓝色光通过透镜420被聚光并照射，从波长变换元件200放射的荧光的绿色光G通过透镜420被聚光并校准。圆盘410通过车轮电动机430旋转，通过使高亮度的蓝色光B被聚光的位置移动，使蓝色光B被聚光来冷却温度上升的波长变换元件200的区域，以抑制波长变换元件200的温度上升。在蓝色光B照射开口411时，蓝色光B通过圆盘，在透镜421中被聚光并校准。
[0200] 如图14(b)所示，在圆盘410上，由于随着圆盘410的旋转，蓝色光B聚光的位置发生变化，因此，波长变换元件200以及开口411以圆弧状配置。在圆盘410上均未设置波长变换元件200和开口411的遮光区域412，与在投影仪的空间光调制中进行红色显示的时间相对应。而且，波长变换元件200、开口411、遮光区域412的面积比或配置，与投影仪的空间光调制对应，能够适时设计。
[0201] 图15表示使用实施方式8的色轮400的投影仪用的光源500。光源500根据来自红色光源501的红色光R、来自蓝色光源502的蓝色光B和来自色轮400上的波长变换元件200的绿色光G，通过光源的发光定时和色轮400的旋转，分时产生输出光510。在投影仪中，使输出光510照射到空间光调制器，通过与输出光510的RGB的分时定时同步，产生彩色图像。
[0202] 红色光源501，由红色LED或红色激光二极管(LD)构成。红色光源501，在分时中，红色光R仅在需要的时间带进行发光动作，放射红色光R。从红色光源501放射的红色光R，通过透过红色波长的光的二向分光镜511、512而被输出。
[0203] 蓝色光源502，由蓝色LED或蓝色激光二极管(LD)构成。蓝色光源502，在分时中仅进行蓝色光B以及绿色光G需要的时间带的发光动作。从蓝色光源502放射的蓝色光B，通过透过蓝色波长的光的二向分光镜511，到达色轮400。在分时中，蓝色光B在需要的时间带，利用旋转色轮400，蓝色光通过色轮400的开口411。通过色轮400的蓝色光B，由反射镜521、522被反射。而且，通过由反射蓝色波长的光的二向分光镜512被反射，从而使红色光R与光轴匹配，作为输出光510被输出。
[0204] 绿色光G，在分时中，绿色光G仅在需要的时间带，通过由蓝色光B激励波长变换元件200，而从色轮400产生。从色轮400放射的绿色光G，到达二向分光镜511。利用反射绿色波长的光的二向分光镜511，使红色光R与光轴匹配。绿色光G，经由透过绿色波长的光的二向分光镜512，作为输出光510被输出。
[0205] (实施方式9)
[0206] 对本发明的车头灯以及车辆的实施方式进行说明。在实施方式9中，对使用实施方式1～3的任一者的波长变换元件的车头灯以及车辆进行说明。
[0207] 图16(a)简要表示本实施方式的车辆的结构。车辆601具有车身605和在车身605前部所设置的车头灯602；电力供给源603；以及发电机604。发电机604通过未图示的发动机等驱动源，被旋转驱动，而产生电力。所生成的电力，被储存在电力供给源603中。在本实施方式中，电力供给源603是能够充放电的2次电池。车辆601为电动汽车或混合动力汽车时，驱动车辆的电动机也可以是发电机604。车头灯602通过来自电力供给源的电力进行点亮。
[0208] 图16(b)表示车头灯602的简略结构。车头灯602具有：半导体激光芯片611和光学系统612；光纤613；波长变换元件614；以及光学系统615。半导体激光芯片611，例如在实施方式7的半导体激光发光装置330中，具有代替波长变换元件50而设置了透明板的结构。
[0209] 从半导体激光芯片611放射的光，通过光学系统612在光纤613的一端聚光，并透光光纤613。从光纤613的另一端出射的光，入射到波长变换元件614，至少一部分的波长被变换，而进行出射。而且，通过光学系统615来控制照射范围。由此，车头灯602对车辆601的前方进行照射。
[0210] 根据本实施方式的车头灯，由于波长变换元件的荧光体层的基体由热传导性以及耐热性高的无机材料构成，因此，即使在使用优选以高强度来放射光的车前灯时，也具有优良的散热性以及耐热性，且能抑制经长时间后荧光体层因热而发生劣化。此外，由于出射效率高，因此电力供给源的电力的消耗少。而且，由于通过光纤将从半导体激光芯片出射的光导入到波长变换元件，因此，对车前灯中的半导体激光芯片与波长变换元件的配置无制约。
[0211] 如以上所说明，根据实施方式1，通过使用由c轴取向的氧化锌构成的薄膜，能够用由c轴取向的柱状结晶的氧化锌来致密地填充荧光体层的内部的空隙。由此，荧光体层中的光的出射方向中的氧化锌的晶粒边界能够抑制，并且能够抑制荧光体层的空隙。
[0212] 根据实施方式2，通过使用由单晶的氧化锌构成的薄膜，能够用由外延生长的单晶的氧化锌来致密地填充荧光体粒子层的内部的空隙。由此，不会产生因荧光体层的氧化锌的晶粒边界所引起的光散射，并且能够抑制荧光体层的空隙。
[0213] 荧光体层的基体，从由氧化锌构成的薄膜直接将为同一材料的氧化锌进行结晶生长而形成。因此，荧光体层与基板之间的密接性高。
[0214] 荧光体层，从由氧化锌构成的薄膜，通过荧光体粒子层的内部的间隙，氧化锌进行结晶生长。其结果，能够在荧光体层的表面，从表面的荧光体粒子之间的狭窄间隙自己组织形成棒状的氧化锌。由于能够在荧光体层的表面形成由氧化锌棒构成的凹凸结构，因此，能够降低由荧光体层与空气之间的折射率之差引起的光的反射。
[0215] 根据实施方式3，由于在荧光体层的表面还具有二维周期结构，因此，能够进一步提高从荧光体层出射的光的指向性。
[0216] 根据实施方式4，由于具有上述波长变换元件，因此，能够实现具有耐热性且光输出高的LED元件。
[0217] 根据实施方式5，能够在半导体发光元件上、或者半导体发光元件的基板上隔着结晶分离层形成上述波长变换元件的LED元件。根据该结构，即使在半导体发光元件、或者半导体发光元件的基板的结晶结构会妨碍氧化锌的c轴取向时，也能够形成由c轴取向的氧化锌构成的薄膜。由此，能够由c轴取向的氧化锌构成荧光体层的基体。
[0218] 根据实施方式6，能够利用半导体发光元件、或者半导体发光元件的基板的结晶结构，以单晶的氧化锌构成荧光体层的基体。不需要另外准备高价的单晶基板，能够降低LED元件的成本。
[0219] 根据实施方式7，能够构成由从半导体激光芯片放射出的激光激励上述波长变换元件的荧光体层的发光装置。根据该结构，半导体激光芯片，比LED芯片指向性或亮度更高。此外，荧光体层，由于抑制荧光体的光散射，因此，本实施方式的半导体激光发光装置，能够实现指向性高的或者亮度高的光源。
[0220] 根据实施方式8，能够在由从LED芯片放射的光或从半导体激光芯片放射出的激光激励上述波长变换元件的荧光体层的色轮中使用。本实施方式的色轮，由于能够抑制荧光体层的光散射，因此能够构成高效率的投影仪光源。
[0221] 根据实施方式9，能够实现具有优异的耐热性且可抑制经过长时间后而由荧光体层的热引起的劣化的可靠性高的车头灯。
[0222] 使用以下的实施例，来详细说明本实施方式的波长变换元件、LED元件、半导体激光发光装置。
[0223] (实施例1)
[0224] (玻璃基板上的氧化锌的薄膜的形成)
[0225] 作为基板，准备了厚度1mm的钠玻璃基板。使用电子束蒸镀法，在玻璃基板上形成具有150nm厚度且掺杂了3at％Ga的c轴取向的氧化锌的薄膜(基底ZnO层)。将成膜时的基板温度设为180℃，在成膜之后，在大气中，从室温至500℃进行30分钟升温，在500℃下进行了20分钟热处理。
[0226] (荧光体粒子层的形成)
[0227] 使用折射率为1.8、平均粒径为3μm的Y3Al5O12：Ce(YAG：Ce)荧光体，来准备了荧光体分散溶液。在分散溶媒的乙醇(30ml)中，将YAG：Ce荧光体粒子(0.1g)与作为分散剂的磷酸酯(0.0003g)以及聚乙烯亚胺(0.0003g)进行混合，并采用超声波均化器，使荧光体粒子在溶媒中分散。
[0228] 使用得到的荧光体分散溶液，在形成基底ZnO层的基板上，通过电泳法，形成荧光体粒子层。荧光体粒子层的沉积条件设为：将基底ZnO层作为阴极，将Pt电极作为阳极，施加电压100V，施加时间3分钟。使荧光体粒子层沉积之后，使溶媒乙醇干燥，完成荧光体粒2
子层(厚度约为17μm)。每单位面积的荧光体重量为3.3mg／cm。
子层(厚度约为17μm)。每单位面积的荧光体重量为3.3mg／cm。
[0229] (基于氧化锌的荧光体层的内部空隙的填充)
[0230] 作为成为基体的氧化锌的溶液生长法，而采用了化学浴析出法。作为氧化锌生长溶液，而准备了硝酸锌(0.1mol／L)和六亚甲基四胺(0.1mol／L)溶解后的水溶液。溶液的pH值是5～7。将形成荧光体粒子层的基板浸渍于氧化锌生长溶液中，并将氧化锌生长溶液的温度保持在90℃，在荧光体粒子层的内部的空隙中，使氧化锌结晶生长。之后，取出基板，由纯水洗净，并进行了干燥。
[0231] (波长变换元件向LED元件的安装，LED元件的评价)
[0232] 准备了发光波长为465nm且发光强度相同的多个蓝色LED芯片。准备了将以氧化锌填充荧光体粒子层的内部的空隙的荧光体按照支撑体61的大小进行切割加工来切断而被单片化的波长变换元件。如图9(b)所示，在支撑体61上使用焊料64来安装蓝色LED芯片，进行了支撑体61上所设置的电极66和蓝色LED芯片之间的布线。接着，如图9(b)所示，针对按照支撑体61大小而切断的波长变换元件，按照基板侧成为来自LED元件的光的射出面67的一侧的方式，用硅树脂的粘结剂来固定支撑体61与波长变换元件的端部，完成了图9(b)的LED元件。将完成的LED元件安装在积分球上，以20mA的恒电流进行驱动，并测定了LED元件的整个放射束的发光强度。表1表示该结果。
[0233] (氧化锌的折射率的评价)
[0234] 不形成荧光体粒子层，而通过与实施例1相同的溶液生长法，仅进行氧化锌膜结晶生长，形成与实施例1相同基底ZnO层的玻璃基板。用该氧化锌膜的分光椭圆对称法所测定的折射率为2.0。
[0235] (比较例1)
[0236] 作为基板，准备了厚度1mm的钠玻璃基板。相对于以相同重量混合了二甲基硅树脂的A剂与B剂的硅树脂，与实施例1相同的荧光体，以在荧光体层中成为8vol％的方式进行混合，三次通过三条辊混炼机，并进行真空脱泡，而得到硅树脂混合物。之后，在玻璃基板上，涂覆所得到的硅树脂混合物，并在150℃下使硅树脂混合物硬化4小时，得到在基体中使用硅树脂的荧光体层(厚度90μm)。根据荧光体层中的荧光体的体积分率与荧光体层的2
厚度所计算出的每单位面积的荧光体重量为3.3mg／cm。使用该荧光体层，用与实施例1同样的方法，完成LED元件，测定了LED元件的整个放射束的发光强度。表1表示该结果。
厚度所计算出的每单位面积的荧光体重量为3.3mg／cm。使用该荧光体层，用与实施例1同样的方法，完成LED元件，测定了LED元件的整个放射束的发光强度。表1表示该结果。
[0237] (比较例2)
[0238] 在形成与实施例1相同的基底ZnO层的玻璃基板上，通过与实施例1相同的方法，2
形成荧光体粒子层。每单位面积的荧光体重量是3.3mg／cm。使用该荧光体层，通过与实施例1同样的方法，完成LED元件，测定了LED元件的整个放射束的发光强度。在表1中表示该结果。
形成荧光体粒子层。每单位面积的荧光体重量是3.3mg／cm。使用该荧光体层，通过与实施例1同样的方法，完成LED元件，测定了LED元件的整个放射束的发光强度。在表1中表示该结果。
[0239] (比较例3)
[0240] 在厚度1mm的钠玻璃基板上，准备了采用电子束蒸着法将ITO(锡涂料的氧化铟锡)进行了成膜的带有ITO玻璃基板。与实施例1同样，在带有ITO玻璃基板上，形成荧光2
体粒子层。每单位面积的荧光体重量是3.3mg／cm。
体粒子层。每单位面积的荧光体重量是3.3mg／cm。
[0241] 接着，通过基于溶胶-凝胶法的氧化锌填充了荧光体粒子层的内部的空隙。作为锌源而准备了醋酸锌二水合物(Zn(CH3COO)2·2H2O)，作为溶媒而准备了乙醇，作为稳定剂2+
而准备了二乙醇胺(HN(CH2CH2OH)2)，将二乙醇胺与Zn 的摩尔比设为等量，制成在乙醇中溶解了0.5mol／L醋酸锌的溶胶-凝胶法的原料溶液。向荧光体粒子层滴下所得到的溶胶-凝胶法的原料溶液，通过旋转式泵抽真空而含浸于荧光体粒子层的内部的空隙，在
400℃下进行1小时加热，从原料溶液变换为氧化锌。使用该荧光体层，用与实施例1同样的方法，完成LED元件，测定了LED元件的整个放射束的发光强度。在表1中表示该结果。
而准备了二乙醇胺(HN(CH2CH2OH)2)，将二乙醇胺与Zn 的摩尔比设为等量，制成在乙醇中溶解了0.5mol／L醋酸锌的溶胶-凝胶法的原料溶液。向荧光体粒子层滴下所得到的溶胶-凝胶法的原料溶液，通过旋转式泵抽真空而含浸于荧光体粒子层的内部的空隙，在
400℃下进行1小时加热，从原料溶液变换为氧化锌。使用该荧光体层，用与实施例1同样的方法，完成LED元件，测定了LED元件的整个放射束的发光强度。在表1中表示该结果。
[0242] 图17表示实施例1的波长变换元件的XRD测定结果(2θ／ω扫描)。该测定能够检测出与基板平行的结晶晶格面。如图17所示，与荧光体的峰值以及氧化锌的c面以外的衍射峰值相比，检测出非常大的ZnO(002)、(004)的峰值。由此可见：实施例1的波长变换元件的氧化锌的c轴取向非常强。如此可见：在波长变换元件的XRD测定结果(2θ／ω扫描)中，由于氧化锌的c面的衍射峰值会比氧化锌的c面以外的衍射峰值大，因此该氧化锌是c轴取向的结晶。
[0243] 图18表示比较例3的波长变换元件的XRD测定结果(2θ／ω扫描)。如图18所示，与实施例1不同，荧光体的峰值强度与氧化锌的峰值强度是相同程度。此外，以相同程度的峰值强度检测出氧化锌(100)、(002)、(101)的各峰值。由此可见：比较例3的波长变换元件的氧化锌是随机的取向。在表1中，汇总地表示针对LED元件的发光强度的结果。
[0244] [表1]
[0245]样品 发光强度
实施例1 荧光体+c轴取向的柱状结晶氧化锌 120
比较例1 荧光体+硅树脂 100
比较例2 仅荧光体粒子层 60
比较例3 荧光体+随机取向的氧化锌 73
实施例1 荧光体+c轴取向的柱状结晶氧化锌 120
比较例1 荧光体+硅树脂 100
比较例2 仅荧光体粒子层 60
比较例3 荧光体+随机取向的氧化锌 73
[0246] 使所有的样品的每单位面积的荧光体的重量相一致。至于发光强度，将比较例1的LED元件的发光强度设为100来表示了其它LED元件的发光强度。实施例1的发光强度是120，得到在硅树脂中使用使荧光体粒子分散的荧光体层的比较例1的LED元件的1.2倍的发光强度。使用在基板上仅集积比较例2的荧光体粒子的荧光体层的LED元件的发光强度为60，实施例1得到为比较例2的2倍的发光强度。使用以随机取向的氧化锌填充比较例3的荧光体粒子层的内部的荧光体层的LED元件的发光强度为73，虽然比较例3得到为比较例2的1.2倍的发光强度，但比较例3只得到小于实施例1、比较例1的发光强度。这是因为在以随机取向的氧化锌填充荧光体粒子层的内部时，由于在光的出射方向上存在很多氧化锌的晶粒边界，因而在荧光体层的光散射较大。
[0247] 图19表示将实施例1的荧光体层截断后的剖面SEM观察像的放大像。图20表示将实施例1的荧光体层截断后的剖面SEM观察像的放大像。由于是观察截断了荧光体层的样品，因此如观察像中所示的那样能看到圆凹部之处，表示出荧光体粒子被填埋的痕迹，可认为是在截断的样品的相反侧的一面有荧光体。图20(a)表示基板界面附近，图15(b)表示中央部。如图19所示，在荧光体层的表面，氧化锌棒进行生长，并能够形成基于氧化锌棒的凹凸。从图19、图20(a)及图20(b)可知，荧光体层的整体，用氧化锌致密地填充了荧光体层的内部。此外，在荧光体层的内部的氧化锌中，在纵向上观察到晶粒边界。这表示出：通过溶液生长，氧化锌生长为柱状结晶。从图20(a)可知，基体的氧化锌与氧化锌的薄膜紧密相接，从氧化锌的薄膜，氧化锌进行了结晶生长。从图20(b)可知，处于在荧光体粒子的周围填埋了氧化锌的柱状结晶的状态。在光的出射方向上，能够配置晶粒边界少的柱状结晶的氧化锌，因此，能够抑制在荧光体层的光散射。
[0248] 图21表示实施例1与比较例1的LED元件的发光光谱。在实施例1中，由于能够用柱状结晶的氧化锌致密地填充荧光体粒子层的内部，因此，能够相比于比较例1进一步抑制在荧光体层的光散射，高效地向LED元件的外部导出来自LED芯片的蓝色光。
[0249] (实施例2)
[0250] 在玻璃基板上，对于成膜基底ZnO层进行成膜的成膜条件，设为无成膜时的基板加热，且未进行成膜后的退火。除此以外，通过与实施例1同样的方法，完成LED元件，对来自LED元件的整个放射束的发光强度进行了测定。表2表示该结果。而且，每单位面积的荧光体重量为3.3mg／cm2。
[0251] (实施例3)
[0252] 在玻璃基板上，对于成膜基底ZnO层的成膜条件，将成膜时的基板温度设为180℃，且未进行成膜后的退火。除此以外，通过与实施例1同样的方法，完成LED元件，对LED元件的整个放射束的发光强度进行了测定。表2表示该结果。而且，每单位面积的荧光
2
体重量为3.3mg／cm。
2
体重量为3.3mg／cm。
[0253] (实施例4)
[0254] 在玻璃基板上，对于成膜基底ZnO层的成膜条件，将成膜时的基板温度设为180℃，且在成膜之后，在大气压中，从室温至300℃升温30分钟，在300℃下进行了20分钟退火。除此以外，通过与实施例1同样的方法，完成LED元件，对LED元件的整个放射束的
2
发光强度进行了测定。表2表示该结果。而且，每单位面积的荧光体重量为3.3mg／cm。
2
发光强度进行了测定。表2表示该结果。而且，每单位面积的荧光体重量为3.3mg／cm。
[0255] 图22表示通过X射线摇摆曲线法评价了实施例1的波长变换元件的氧化锌(002)的倾斜(结晶轴的倾角)的XRD测定结果(ω扫描)。该测定通过对2θ(检测器位置)进行固定，且仅使样品进行旋转，来测定结晶方位的分布，其成为结晶方位的一致程度的指标。由此，对氧化锌的c轴的倾角进行了评价。如图22所示，实施例1的氧化锌(002)的摇摆曲线的半值宽度为2.7°。将它定义为荧光体层的氧化锌的c轴的倾角。
[0256] 用同样的方法，对实施例2～实施例4的波长变换元件的氧化锌(002)的X射线摇摆曲线的半值宽度进行了测定。在表2中表示这些结果。而且，用同样的方法，对实施例1～实施例4的玻璃基板上的氧化锌的薄膜(002)的X射线摇摆曲线的半值宽度进行了测定。将它定义为基底ZnO层的c轴的倾角。在表2中表示这些结果。
[0257] 而且，根据实施例1～实施例4的玻璃基板上的基底ZnO层以及波长变换元件的XRD测定结果(2θ／ω扫描)，可知所有氧化锌为c轴取向。
[0258] 在表2中，汇总地表示关于荧光体层的氧化锌的c轴的倾角和LED元件的发光强度的结果。
[0259] [表2]
[0260]
[0261] 使所有的样品的每单位面积的荧光体的重量一致。在表2中，为了易于理解，按照荧光体层的氧化锌的c轴的倾角的顺序，表示了实施例。至于发光强度，将比较例1的LED元件的发光强度设为100来表示了其它LED元件的发光强度。
[0262] 在荧光体层的氧化锌的c轴的倾角与LED元件的发光强度之间可发现相关关系，随着荧光体层的氧化锌的c轴的倾角变小，LED元件的发光强度提高。此外，在荧光体层的氧化锌的c轴的倾角与氧化锌的薄膜的c轴的倾角之间也发现相关关系，随着氧化锌的薄膜的c轴的倾角变小，荧光体层的氧化锌的c轴的倾角变小。这是因为：将氧化锌的薄膜作为晶种，沿着氧化锌的薄膜的c轴方向，荧光体粒子层的内部的氧化锌进行了生长。
[0263] 如表2所示，荧光体层的基体的氧化锌的c轴的倾角为4.0°以下时，与比较例1的在硅树脂中使用使荧光体粒子分散的荧光体层的LED元件的发光强度相比，发光强度提高了。而且，可知：为了将荧光体层的氧化锌的c轴的倾角设为4.0°以下，需要将薄膜的c轴的倾角设为4.5°以下。
[0264] 而且，根据实施例4，荧光体层的氧化锌的c轴的倾角优选2.9°以下，此时的氧化锌的薄膜的c轴的倾角优选4.2°以下。而且，根据实施例1，荧光体层的氧化锌的c轴的倾角优选2.7°以下，此时的基底氧化锌层的c轴的倾角优选4.0°以下。
[0265] 为了更详细地观察荧光体层的内部的空隙，采用聚焦离子束(FIB)，对荧光体层的剖面进行加工，并进行了SEM观察。图23(a)表示实施例6中的第一荧光体层的SEM观察像，图23(b)表示实施例1中的荧光体层的SEM观察像。如图23(a)所示，在实施例2的荧光体层中，在荧光体粒子的上部观察到空隙。由图23(b)可见，实施例1比实施例2空隙少，可确认能够抑制空隙。
[0266] 如上所述，对于在荧光体层的氧化锌的c轴的倾角与LED元件的发光强度之间存在相关关系，虽然其细节不明确，但可认为如下。图24表示通过溶液生长的氧化锌来填埋荧光体粒子的途中过程的示意图。图24(a)是荧光体层的氧化锌的c轴的倾角大的情况，图24(b)表示荧光体层的氧化锌的c轴的倾角小的情况。为了易于理解，在图中，将荧光体粒子简化为一个。在基于溶液生长法的氧化锌生长中，荧光体不能成为晶种，从荧光体粒子，氧化锌不直接进行结晶生长。荧光体层的内部的氧化锌，从基底ZnO层沿c轴方向进行结晶生长。从荧光体粒子的下方向沿c轴方向结晶生长的氧化锌，若与荧光体粒子相碰撞，则就此停止结晶生长。
[0267] 在荧光体粒子的上部，在横向(侧向)上氧化锌进行结晶生长，逐渐填埋埋荧光体粒子。如上所考虑，当基底ZnO层的c轴的倾角大时，荧光体层的氧化锌的c轴的倾角变大。若荧光体层的氧化锌的c轴的倾角大，则由于氧化锌的侧向的结晶生长的方向不一致，因而在用氧化锌填埋荧光体粒子时，会在荧光体粒子的上部残留空隙。当基底ZnO层的c轴的倾角小时，荧光体层的氧化锌的c轴的倾角变小。若荧光体层的氧化锌的c轴的倾角小，则由于氧化锌的侧向的结晶生长的方向一致，因而在用氧化锌填埋荧光体粒子时，会在荧光体粒子的上部不残留空隙。如此，能够通过减小填充荧光体粒子层的内部的空隙的氧化锌的c轴的倾角来抑制荧光体层的空隙。
[0268] (实施例5)
[0269] 作为基板，准备了单晶的GaN薄膜被成膜的蓝宝石c面基板。蓝宝石基板的厚度为0.43mm，GaN薄膜的厚度为5μm。在GaN／蓝宝石基板上，通过溶液生长法形成了c轴取向的单晶的基底ZnO层。作为氧化锌的溶液生长法，采用了化学浴析出法。作为氧化锌生长溶液，准备了硝酸锌(0.1mol／L)和六亚甲基四胺(0.1mol／L)溶解后的水溶液。溶液的pH值为5～7。将上述基板浸渍于氧化锌生长溶液中，将氧化锌生长溶液的温度保持在90℃，在GaN／蓝宝石基板上，使单晶氧化锌生长0.7μm。之后，取出基板，用纯水洗净并进行了干燥。
[0270] 之后，用与实施例1同样的方法，完成LED元件，对LED元件的整个放射束的发光2
强度进行了测定。表3表示该结果。而且，每单位面积的荧光体重量为3.3mg／cm。
强度进行了测定。表3表示该结果。而且，每单位面积的荧光体重量为3.3mg／cm。
[0271] (比较例4)
[0272] 作为基板，准备了厚度0.43mm的蓝宝石c面基板。之后，通过与比较例1同样的方法，完成LED元件，并对LED元件的整个放射束的发光强度进行了测定。表3表示该结果。2
而且，与比较例1同样地计算出的每单位面积的荧光体重量为3.3mg／cm。
而且，与比较例1同样地计算出的每单位面积的荧光体重量为3.3mg／cm。
[0273] 图25表示实施例5的波长变换元件的XRD测定结果(2θ／ω扫描)。如图25所示，与荧光体的峰值以及氧化锌的c面以外的衍射峰值相比，检测出非常大的氧化锌(002)、(004)的峰值。由此可见，实施例5的荧光体层的氧化锌，c轴取向非常强。然而，如图25所示，氧化锌与GaN，结晶构造相同，晶格常数也相近，因此，在(002)、(004)中，氧化锌与GaN的峰值接近，难以明确地进行分离。
[0274] 图26表示在高角度侧的实施例5的波长变换元件的XRD测定结果(2θ／ω扫描)，如图26所示，氧化锌(006)与GaN(006)的峰值被明确分离地检测出。
[0275] 图27表示通过X射线摇摆曲线法(ω扫描)评价了实施例5的波长变换元件的氧化锌(006)的倾斜(结晶轴的倾角)。由此，评价了氧化锌的c轴的倾角。如图27所示，氧化锌(006)的X射线摇摆曲线的半值宽度为0.2°。将它定义为荧光体层的氧化锌的c轴的倾角。可见：与实施例1的柱状结晶的氧化锌相比，实施例5的氧化锌的c轴的结晶轴的倾角非常小。而且，用同样的方法，测定了实施例5的GaN／蓝宝石基板上的单晶的基底ZnO层的氧化锌(006)的X射线摇摆曲线的半值宽度。该半值宽度为0.2°。将它定义为基底ZnO层的c轴的倾角。可见：与实施例1的基底ZnO层相比，实施例5的基底ZnO层的c轴的倾角也非常小。并且，根据进行了实施例5的GaN／蓝宝石基板上的单晶的基底ZnO层的XRD测定(2θ／ω扫描)的结果，能够确认出氧化锌为c轴取向。
[0276] 图28表示实施例5的波长变换元件的XRD测定结果(Φ扫描)。该测定能够通过在面内方向上将样品360°旋转来评价面内的结晶取向。以氧化锌(202)、GaN(202)、Al2O3(113)进行了评价。如图28所示，根据表现出氧化锌的六次对称的图样，能够确认出荧光体层的氧化锌是结晶方位一致的单晶。此外，由于蓝宝石基板Al2O3的峰值位置、GaN的峰值位置和氧化锌的峰值位置全部一致，因此，氧化锌的结晶方位，相对于蓝宝石基板以及GaN薄膜的结晶方位，表示出外延的关系，能够确认出氧化锌相对于蓝宝石基板以及GaN薄膜，进行了外延生长。
[0277] 图29表示截断了实施例5的荧光体层的剖面SEM观察像的第一荧光体层的中央附近的放大像。图30表示截断了实施例5的荧光体层的剖面SEM观察像的中央附近的放大像。因为所观察到的是截断了荧光体层的样品，因此如观察像中所示那样的可看到圆形凹部之处，表示出荧光体粒子被填埋的痕迹，可认为在截断的样品的相反侧的面上有荧光体。如图29所示，在荧光体层的表面，氧化锌棒进行生长，且能够形成自己组织的基于氧化锌棒的凹凸。由图29、图30可见，能够确认出跨过荧光体层的整体，用氧化锌致密地填充了荧光体层的内部。而且，与实施例1的荧光体层不同，在实施例5的氧化锌中看不到晶粒边界。这是因为氧化锌从单晶的基底ZnO层进行了外延生成，因而能够用无晶粒边界的单晶氧化锌致密地填充荧光体层的内部。
[0278] 图31表示实施例5的荧光体层的剖面TEM观察像。由图31可见：能够确认通过在基底ZnO层使用c轴取向的单晶氧化锌，以氧化锌致密地填充荧光体粒子层的内部的空隙。
[0279] 图32表示图31所示的范围的基于TEM的电子线衍射像的显微镜照片。如图32所示，可见明显的氧化锌的衍射点。因此，能够确认实施例5的荧光体层的内部的氧化锌为单晶。
[0280] 表3汇总地表示关于实施例5与比较例4的LED元件的发光强度的结果。
[0281] [表3]
[0282]样品 发光强度
实施例5 荧光体+单晶氧化锌 127
比较例4 荧光体+硅树脂 100
实施例5 荧光体+单晶氧化锌 127
比较例4 荧光体+硅树脂 100
[0283] 使所有样品的每单位面积的荧光体的重量一致。至于发光强度，将比较例4的LED元件的发光强度设为100来表示其它LED元件的发光强度。实施例5的发光强度是127，与比较例4的在硅树脂中使用分散荧光体粒子的荧光体层的LED元件相比，得到1.27倍的发光强度。以c轴取向的柱状结晶的氧化锌填充了荧光体层的内部的实施例1，相对于比较例1的发光强度为1.20倍。若对这些结果进行比较，则与用柱状结晶的氧化锌填充了荧光体层的内部的实施例1相比，用单晶氧化锌填充了荧光体层的内部的实施例5的发光强度提高得更大。这是因为：与用柱状结晶的氧化锌填充了的荧光体层相比，荧光体层中的光散射得到了抑制。
[0284] 图33表示实施例5与实施例1和比较例4的LED元件的发光光谱。如图33所示，在实施例5中，由于以无晶粒边界的单晶氧化锌致密地填充荧光体粒子层的内部，因此，能够比实施例1、比较例4抑制在荧光体层的光散射，高效地向LED元件的外部导出来自LED芯片的蓝色光。
[0285] (实施例6)
[0286] 准备了多个发光波长为446nm且发光强度相同的蓝色LED芯片。代替实施例1的YAG：Ce荧光体，而使用折射率为1.9且平均粒径为6μm的β-SiAlON(塞隆)：Eu荧光体，通过与实施例1同样的方法，形成以氧化锌填充荧光体粒子层的内部的荧光体层。荧光体2
粒子层的厚度为约30μm，每单位面积的荧光体重量为5.0mg／cm。而且，通过与实施例
1同样的方法，完成LED元件，并测定了LED元件的整个放射束的发光强度。表4表示该结果。
粒子层的厚度为约30μm，每单位面积的荧光体重量为5.0mg／cm。而且，通过与实施例
1同样的方法，完成LED元件，并测定了LED元件的整个放射束的发光强度。表4表示该结果。
[0287] (比较例5)
[0288] 与实施例6同样，使用发光波长为446nm的发光强度相同的蓝色LED芯片、和折射率为1.9且平均粒径为6μm的β-SiAlON：Eu荧光体，通过与比较例1同样的方法，完成LED元件，测定LED元件的整个放射束的发光强度。表4表示该结果。而且，使用硅树脂的荧光体层的厚度为180μm，与比较例1同样计算出每单位面积的荧光体重量为5.0mg／2
cm。
cm。
[0289] 图34表示实施例6的波长变换元件的XRD测定结果(2θ／ω扫描)。如图34所示，与荧光体的峰值以及氧化锌的c面以外的折射峰值相比，检测出非常大的氧化锌(002)、(004)的峰值。由此可见，实施例6的荧光体层的氧化锌的c轴取向非常强。而且，通过与实施例1同样的方法，对实施例6的波长变换元件的氧化锌(002)的X射线摇摆曲线的半值宽度进行了测定。实施例60的氧化锌(002)的X射线摇摆曲线的半值宽度为2.5°。
[0290] 图35表示截断实施例6的荧光体层的基板界面附近的剖面SEM观察像的图。由于是观察截断了荧光体层的样品，因此在如观察像中所示那样的可看到凹部之处，表示出荧光体粒子被填埋的痕迹，可认为在截断的样品的相反侧的面上有荧光体。由图35可知以氧化锌致密地填充了荧光体层的内部。此外，在荧光体层的内部的氧化锌中，在纵向上可观察到晶粒边界。这表示出：通过溶液生长，氧化锌生长成柱状结晶。根据图35可知：氧化锌与基底ZnO层紧密相接，从基底ZnO层起氧化锌进行了结晶生长，且在荧光体粒子的周围填埋了氧化锌的柱状结晶的状态。由此可见，即使是在荧光体中使用了β-SiAlON的情况下，也能够在光的出射方向上配置晶粒边界少的柱状结晶的氧化锌。
[0291] 在表4中，汇总地表示关于实施例6与比较例5的LED元件的发光强度的结果。
[0292] [表4]
[0293]
[0294] 使两个样品的每单位面积的荧光体的重量一致。至于发光强度，将比较例5的LED元件的发光强度设为100来表示其它LED元件的发光强度。实施例6的发光强度是122，与比较例5在硅树脂中使用分散荧光体粒子的荧光体层的LED元件相比，得到1.22倍的发光强度。这是因为：能够用c轴取向的晶粒边界少的柱状结晶的氧化锌致密地填充荧光体层的内部。因此，能够抑制荧光体层的光散射。
[0295] 图36表示实施例6与比较例5的LED元件的发光光谱。如图36所示，在实施例6中，由于能够以c轴取向的柱状结晶的氧化锌致密地填充荧光体层的内部，与比较例5相比，进一步抑制在荧光体层的光散射，能够高效地向LED元件的外部导出来自LED芯片的激励光。
[0296] (实施例7)
[0297] 准备了发光波长为446nm且发光强度相同的多个半导体激光芯片。用与实施例1同样的方法，形成以氧化锌填充了荧光体粒子层的内部的空隙的荧光体层。而且，每单位面2
积的荧光体重量为3.3mg／cm。如图13所示，准备了以与盖303的开口部304的大小相符的方式通过切块加工来切断荧光体层而被单片化的波长变换元件。而且，使用焊料来将半导体激光芯片安装于块302，并使用焊线来进行了半导体激光芯片310与杆301上所设置的引脚305之间的电连接。接着，针对被单片化的波长变换元件，将开口部304和波长变换元件的顶部用粘结剂进行固定，以使基板侧成为来自半导体激光发光装置的光的出射面
408的一侧，而完成图13的半导体激光发光装置。将完成的半导体激光发光装置安装于积分球，以30mA的定电流进行驱动，并对半导体激光发光装置的整个放射束的发光强度进行了测定。表5表示该结果。
积的荧光体重量为3.3mg／cm。如图13所示，准备了以与盖303的开口部304的大小相符的方式通过切块加工来切断荧光体层而被单片化的波长变换元件。而且，使用焊料来将半导体激光芯片安装于块302，并使用焊线来进行了半导体激光芯片310与杆301上所设置的引脚305之间的电连接。接着，针对被单片化的波长变换元件，将开口部304和波长变换元件的顶部用粘结剂进行固定，以使基板侧成为来自半导体激光发光装置的光的出射面
408的一侧，而完成图13的半导体激光发光装置。将完成的半导体激光发光装置安装于积分球，以30mA的定电流进行驱动，并对半导体激光发光装置的整个放射束的发光强度进行了测定。表5表示该结果。
[0298] (比较例6)
[0299] 用与比较例1同样的方法，形成在硅树脂中使荧光体分散的荧光体层。之后，与实施例7同样，使用光波长为446nm的发光强度相同的半导体激光芯片，完成半导体激光发光装置，并对半导体激光发光装置的整个放射束的发光强度进行测定。表5表示该结果。而且，使用硅树脂的荧光体层的厚度为90μm，与比较例1同样地计算出的每单位面积的荧光2
体重量为3.3mg／cm。
体重量为3.3mg／cm。
[0300] 在表5中，汇总地表示关于实施例7与比较例6的半导体激光发光装置的发光强度的结果。
[0301] [表5]
[0302]
[0303] 使两个样品的每单位面积的荧光体的重量一致。至于发光强度，将比较例6的半导体激光发光装置的发光强度设为100来表示其它半导体激光发光装置的发光强度。实施例7的发光强度为119，与在硅树脂中使用分散荧光体粒子的荧光体层的半导体激光发光装置相比，得到1.19倍的发光强度。这是因为：能够用c轴取向的晶粒边界少的柱状结晶的氧化锌致密地填充荧光体层的内部。因此，能够抑制在荧光体层的光散射。
[0304] 图37(a)、(b)表示实施例7与比较例6的半导体激光发光装置的发光光谱。图37(a)是来自半导体激光芯片的激励光附近的放大图，图37(b)是由激励光激励的荧光附近的放大图。如图37(a)、(b)所示，在实施例7中，由于能够通过c轴取向的柱状结晶的氧化锌致密地填充荧光体粒子层的内部，因此能够相比于比较例6进一步抑制荧光体层的光散射，且高效地向半导体激光发光装置的外部导出来自半导体激光芯片的激励光。
[0305] (实施例8)
[0306] 使用折射率为1.9且平均粒径为6μm的β-SiAlON：Eu荧光体，用与实施例6同样的方法，形成以氧化锌填充荧光体粒子层的内部的空隙的荧光体层。而且，每单位面积的2
荧光体重量为5.0mg／cm。而且，用与实施例7同样的方法，完成半导体激光发光装置，并对半导体激光发光装置的整个放射束的发光强度进行了测定。表6表示该结果。
荧光体重量为5.0mg／cm。而且，用与实施例7同样的方法，完成半导体激光发光装置，并对半导体激光发光装置的整个放射束的发光强度进行了测定。表6表示该结果。
[0307] (比较例7)
[0308] 使用折射率为1.9且平均粒径为6μm的β-SiAlON：Eu荧光体，用与比较例5同样的方法，完成在硅树脂中使荧光体分散的荧光体层。之后，用与实施例7同样的方法，完成半导体激光发光装置，并对半导体激光发光装置的整个放射束的发光强度进行了测定。表6表示该结果。而且，使用硅树脂的荧光体层的厚度为180μm，与比较例1同样地计算出的
2
每单位面积的荧光体重量为5.0mg／cm。
2
每单位面积的荧光体重量为5.0mg／cm。
[0309] 在表6中，汇总地表示关于实施例8与比较例7的半导体激光发光装置的发光强度的结果。
[0310] [表6]
[0311]
[0312] 使两个样品的每单位面积的荧光体的重量一致。至于发光强度，将比较例7的半导体激光发光装置的发光强度设为100来表示其它半导体激光发光装置的发光强度。实施例8的发光强度为141，与使用比较例7的在硅树脂中分散荧光体粒子的荧光体层的半导体激光发光装置相比，得到1.41倍的发光强度。这是因为：能够用c轴取向的晶粒边界少的柱状结晶的氧化锌致密地填充荧光体层的内部。因此，能够抑制在荧光体层的光散射。
[0313] 图38(a)、(b)表示实施例8与比较例7的半导体激光发光装置的发光光谱。图38(a)是来自半导体激光芯片的激励光附近的放大图，图38(b)是由激励光激励的荧光附近的放大图。如图38(a)、(b)所示，在实施例8中，由于能够通过c轴取向的柱状结晶的氧化锌致密地填充荧光体粒子层的内部，因此，相比于比较例7能够进一步抑制荧光体层的光散射，且高效地向半导体激光发光装置的外部导出来自半导体激光芯片的激励光。
[0314] (实施例9)
[0315] 准备了发光波长为430nm且发光强度为相同蓝色的多个LED芯片。用与实施例1同样的方法，完成LED元件，并测定了LED元件的整个放射束的发光强度。而且，每单位面2
积的荧光体重量为3.3mg／cm。表7表示该结果。
积的荧光体重量为3.3mg／cm。表7表示该结果。
[0316] (比较例8)
[0317] 与实施例9同样，使用发光波长为430nm的发光强度相同的蓝色LED芯片，用与比较例1同样的方法，完成LED元件，并测定了LED元件的整个放射束的发光强度。表7表示该结果。而且，使用硅树脂的荧光体层的厚度为90μm，与比较例同样的计算出的每单位面2
积的荧光体重量为3.3mg／cm。表7汇总地表示关于实施例9与比较例8的LED元件的发光强度的结果。
积的荧光体重量为3.3mg／cm。表7汇总地表示关于实施例9与比较例8的LED元件的发光强度的结果。
[0318] [表7]
[0319]
[0320] 使两个样品的每单位面积的荧光体的重量一致。至于发光强度，将比较例8的LED元件的发光强度设为100来表示其它LED元件的发光强度。实施例9的发光强度为112，与使用比较例8的在硅树脂中分散荧光体粒子的荧光体层的LED元件相比，得到1.12倍的发光强度。这是因为：能够用c轴取向的晶粒边界少的柱状结晶的氧化锌致密地填充荧光体层的内部。因此，能够抑制在荧光体层的光散射。
[0321] (实施例10)
[0322] 准备了发光波长为430nm且发光强度为相同蓝色的多个LED芯片。使用折射率为1.9且平均粒径为6μm的β-SiAlON：Eu荧光体，用与实施例6同样的方法，完成LED元件，且测定了LED元件的整个放射束的发光强度。而且，每单位面积的荧光体重量为5.0mg／
2
cm。表8表示该结果。
2
cm。表8表示该结果。
[0323] (比较例9)
[0324] 与实施例10同样，使用发光波长为430nm的发光强度为相同蓝色的LED芯片，使用折射率为1.9且平均粒径为6μm的β-SiAlON：Eu荧光体，用与比较例5同样的方法，完成LED元件，且测定了LED元件的整个放射束的发光强度。表8表示该结果。而且，使用硅树脂的荧光体层的厚度为180μm，与比较例同样地计算出的每单位面积的荧光体重量为2
5.0mg／cm。
5.0mg／cm。
[0325] 在表8中，汇总地表示关于实施例10与比较例9的LED元件的发光强度的结果。
[0326] [表8]
[0327]
[0328] 使两个样品的每单位面积的荧光体的重量一致。至于发光强度，将比较例9的LED元件的发光强度设为100来表示其它LED元件的发光强度。实施例10的发光强度为115，与使用比较例9的在硅树脂中分散荧光体粒子的荧光体层的LED元件相比，得到1.15倍的发光强度。这是因为：能够用c轴取向的晶粒边界少的柱状结晶的氧化锌致密地填充荧光体层的内部。因此，能够抑制在荧光体层的光散射。
[0329] (氧化锌的透光率的评价)
[0330] 不形成荧光体粒子层地用与实施例1同样的溶液生成法，仅氧化锌膜进行结晶生长而形成与实施例1形成相同基底ZnO层的玻璃基板。氧化锌膜的厚度为约20μm。氧化锌膜的透光率的测定，是使用未形成氧化锌膜的玻璃基板作为从波长范围330nm至800nm的参照来进行的。代替玻璃基板，在蓝宝石基板上，也用与实施例1同样的方法，形成基底ZnO层，并用与实施例1同样的溶液生长法，形成约20μm的氧化锌膜。对蓝宝石基板上的氧化锌膜，也同样地使用蓝宝石基板作为参照，来进行了透光率的测定。
[0331] 图39分别表示玻璃基板上、蓝宝石基板上的氧化锌膜的透光率光谱。在波长470nm中，玻璃基板上的氧化锌膜的透光率为90％，蓝宝石基板上的氧化锌膜的透光率为
95％。在波长430nm中，玻璃基板上的氧化锌膜的透光率为88％，蓝宝石基板上的氧化锌膜的透光率为94％。在波长420nm中，玻璃基板上的氧化锌膜的透光率为87％，蓝宝石基板上的氧化锌膜的透光率为92％。在波长400nm中，玻璃基板上的氧化锌膜的透光率为72％，蓝宝石基板上的氧化锌膜的透光率为75％。
95％。在波长430nm中，玻璃基板上的氧化锌膜的透光率为88％，蓝宝石基板上的氧化锌膜的透光率为94％。在波长420nm中，玻璃基板上的氧化锌膜的透光率为87％，蓝宝石基板上的氧化锌膜的透光率为92％。在波长400nm中，玻璃基板上的氧化锌膜的透光率为72％，蓝宝石基板上的氧化锌膜的透光率为75％。
[0332] 通过溶液生长而形成的氧化锌膜的透光率非常高，从蓝紫色光的波长400nm至420nm的范围内透光率为72％以上，因此，即使在激励光为蓝紫色光时，也能够激励本实施例的荧光体层。而且，在从蓝色光的波长420nm至470nm的范围内，由于透光率为87％以上，因此激励光为蓝色光要比为蓝紫色光能够更有效地激励本发明的荧光体层。
[0333] 根据上述实验例可知：以c轴取向且c轴的倾角为4°以下的柱状结晶的氧化锌填充荧光体粒子层的内部的空隙的荧光体层，使得荧光体层的光散射被抑制，使用了含有该荧光体层的LED元件，实现了高发光强度。
[0334] 而且，以单晶的氧化锌填充荧光体层的内部的空隙的荧光体层没有晶粒边界，与以柱状结晶的氧化锌填充的荧光体层相比，进一步抑制了荧光体层的光散射，使用含有该荧光体层的波长变换元件的LED元件，实现了更高的发光强度。此外，以c轴取向且c轴的倾角为4°以下的柱状结晶的氧化锌填充荧光体粒子层的内部的空隙的荧光体层，抑制了荧光体层的光散射，使用了含有该荧光体层的波长变换元件的半导体激光发光装置，实现了高发光强度。
[0335] 此外，作为荧光体，不仅是YAG荧光体，即使是β-SiAlON荧光体，以c轴取向且c轴的倾角为4°以下的柱状结晶的氧化锌填充了荧光体粒子层的内部的空隙的荧光体层，也抑制了在荧光体层的光散射，使用含有该荧光体层的波长变换元件的LED元件、半导体激光发光装置，实现了高发光强度。
[0336] 产业上的利用可能性
[0337] 本申请所公开的含有荧光体层的波长变换元件、LED元件、半导体激光发光装置，可组装在照明、汽车用HD(Head Light)、汽车用DRL(Daytime Running Light)或者显示器、投影仪中。基于本发明的色轮，可组装在投影仪中。
[0338] 符号的说明：
[0339] 1、41-基板，
[0340] 2-氧化锌的薄膜，
[0341] 3-荧光体，
[0342] 4-荧光体粒子层，
[0343] 5-c轴取向的氧化锌，
[0344] 6-由c轴取向的氧化锌形成的波长变换元件，
[0345] 7、7’-荧光体层，
[0346] 7a、7b-荧光体层的主表面，
[0347] 42-单晶的氧化锌的薄膜，
[0348] 45-单晶的氧化锌，
[0349] 46-由单晶的氧化锌形成的波长变换元件，
[0350] 50-波长变换元件，
[0351] 60-LED元件，
[0352] 61-支撑体，
[0353] 62-LED芯片，
[0354] 62a-基板，
[0355] 62b-n型GaN层，
[0356] 62c-发光层，
[0357] 62d-p型GaN层，
[0358] 63-来自LED芯片的光的出射面，
[0359] 64-焊料，
[0360] 65-焊线，
[0361] 66-电极，
[0362] 67-来自LED元件的光的出射面，
[0363] 68-来自LED芯片的光的入射面，
[0364] 70、80-LED芯片，
[0365] 71-半导体发光元件的基板，
[0366] 72-半导体发光元件，
[0367] 73-半导体发光元件的发光层，
[0368] 74-结晶分离层，
[0369] 75-由c轴取向的氧化锌形成的波长变换元件，
[0370] 95-由单晶的氧化锌形成的波长变换元件，
[0371] 301-杆(stem)，
[0372] 302-块(block)，
[0373] 303-盖，
[0374] 304-开口部，
[0375] 305-引脚，
[0376] 307-来自半导体激光芯片的光的入射面，
[0377] 308-来自半导体激光发光元件的光出射面，
[0378] 310-半导体激光芯片，
[0379] 330-半导体激光发光装置，
[0380] 400-色轮，
[0381] 410-圆盘，
[0382] 411-开口，
[0383] 412-遮光区域，
[0384] 420、421-透镜，
[0385] 430-车轮电动机，
[0386] 500-光源，
[0387] 501-红色光源，
[0388] 502-蓝色光源，
[0389] 510-输出光，
[0390] 511、512-二向分光镜，
[0391] 521、522-反射镜。
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