(57)【要約】【課題】蛍光の検出効率および検出精度を向上させた光半導体デバイスを提供する。【解決手段】本発明に係る光半導体デバイス（１）は、励起光を発生させるＬＥＤ構造体（３ａ）と、励起光の照射により皮膚から生じる蛍光を吸収するＰＤ構造体（４ａ）とがサファイア基板（２）に形成されている。蛍光を入射させるＰＤ構造体（４ａ）の入射面側に該蛍光を選択的に透過させる光学フィルタ（４７）が配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の測定部位に照射される励起光を発生させる活性層を含む、半導体の積層構造を有するＬＥＤ構造体と、
前記励起光の照射により前記測定部位から生じる蛍光を吸収する蛍光吸収層を含む、半導体の積層構造を有するＰＤ構造体とが基板の一方の面上に形成されており、
前記蛍光を入射させる前記ＰＤ構造体の入射面側に、該蛍光の波長範囲の光を選択的に透過させる光学フィルタが配置されていることを特徴とする光半導体デバイス。
【請求項２】
前記ＬＥＤ構造体と前記ＰＤ構造体との間に、前記励起光を遮断する遮光壁が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光半導体デバイス。
【請求項３】
前記ＬＥＤ構造体と前記ＰＤ構造体との間に、前記励起光を遮断する遮光溝が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光半導体デバイス。
【請求項４】
前記ＬＥＤ構造体から出射された前記励起光の強度を検出するための検出構造体が前記基板の一方の面上にさらに形成されており、
前記検出構造体は、前記励起光を吸収する励起光吸収層を含む半導体の積層構造を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光半導体デバイス。
【請求項５】
前記基板は、光透過性を有しており、
前記基板の一方の面と対向する他方の面から、前記励起光を出射し、且つ、前記蛍光を受光することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、皮膚に励起光を照射し、皮膚中の物質に起因する蛍光を検出することにより、皮膚の状態を評価するための光半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、抗糖化（抗加齢）化粧品として、肌に蓄積したＡＧＥｓ（Advanced Glycation Endproducts；後期糖化反応生成物）の低減を目的としたものが商品化されている。このＡＧＥｓは、タンパク質と、糖質や脂質との非酵素的糖付加反応（メイラード反応）により形成される最終生成物であり、黄褐色を呈し、その一部は蛍光を発する物質である。
【０００３】
また、ＡＧＥｓは、近くに存在する構造蛋白質と結合して架橋を形成する性質を有している。特に、ＡＧＥｓと真皮を構成しているコラーゲンとの架橋は、皮膚の弾力性を低下させ、また、しわやくすみの原因としても問題となっている。そのため、ＡＧＥｓをモニタリングすることで、肌の健康状態、老化を評価することができる。
【０００４】
皮膚中に蓄積したＡＧＥｓ量を正確に評価可能な測定装置は、ＡＧＥｓを減少させる市販のクリームなどによるケアの必要性をユーザーに認識させる手段として有用である。
【０００５】
このような皮膚状態を評価可能な測定装置として、特許文献１のような測定装置が知られている。特許文献１では、少なくとも一つ以上の光源から励起光を皮膚に照射し、経皮蛍光（皮膚から発生した蛍光）の強度をパラメーターとすることによって、皮膚状態を評価する測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第２００７／０００４９７２（２００７年１月４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、前述のＡＧＥｓに起因する蛍光の発生効率は低く、例えば、励起光強度１０ｍＷの照射に対し、得られる経皮蛍光の強度は数ｎＷオーダーである。これを安定的に検出するためには、測定装置の検出効率（＝蛍光強度÷励起光強度）を高める必要がある。その手段としては、励起光を出射する出射位置と蛍光を検出する検出位置との間隔を極力（多くとも１ｍｍ以下に）近接させることが有効である。
【０００８】
これを実現する具体的方法の１つとして、励起光用の光ファイバーと蛍光用の光ファイバーとを束ねたバンドルファイバーを用いる方法が考えられる。しかしながら、この方法では、光ファイバーが必須となるため測定装置が大型化するという欠点がある。また、光ファイバーは比較的大きなコア径のものを用いることができるが、それでも数百μｍオーダー程度であるため、光ファイバーと励起光源とに位置ずれが生じると、光ファイバーから出射される励起光の出力が変動し、測定値にばらつきが生じる（例えば、５００μｍコア径の光ファイバーに対し、出力が最大となる相対位置から励起光源が０．３ｍｍずれると、出力は半分以下となる）。そのため、光ファイバーを用いる方法においては、高精度な位置決めが要求される。
【０００９】
また、他の方法として、ＬＥＤ（発光ダイオード）およびＰＤ（フォトダイオード）といった半導体デバイスを実装基板上に並べて直接はんだ付けする方法が考えられる。しかしながら、この方法においても、装置毎の測定ばらつきをなくすためには高精度な配置が必要となり、多くとも±１０μｍ以下の精度で配置する必要がある。しかしながら、これらの半導体デバイスを１ｍｍ以下の間隔で互いに近接して実装基板上の配置することは困難であり、実装プロセスに要するコストが高くなる。
【００１０】
本発明は、これらの課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、蛍光の検出効率および検出精度を向上させた光半導体デバイスを安価に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光半導体デバイスは、生体の測定部位に照射される励起光を発生させる活性層を含む、半導体の積層構造を有するＬＥＤ構造体と、前記励起光の照射により前記測定部位から生じる蛍光を吸収する蛍光吸収層を含む、半導体の積層構造を有するＰＤ構造体とが基板の一方の面上に形成されており、前記蛍光を入射させる前記ＰＤ構造体の入射面側に、該蛍光の波長範囲の光を選択的に透過させる光学フィルタが配置されている構成である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様によれば、蛍光の検出効率および検出精度を向上させた光半導体デバイスを安価に提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係る光半導体デバイスを模式的に示す平面図である。
【図２】図２は、図１に示される光半導体デバイスのＡ−Ａ’断面図である。
【図３】図３は、図１に示される光半導体デバイスのＢ−Ｂ’断面図である。
【図４】図４は、図２に示されるＬＥＤ領域の積層構造を示す断面図である。
【図５】図５は、図２に示されるＰＤ領域の積層構造を示す断面図である。
【図６】図６は、図５に示される光学フィルタの積層構造を示す断面図である。
【図７】図７は、皮膚から生じた蛍光を一般的な分光器に取り込み、分光して得られたスペクトルの例を示すグラフである。
【図８】図８は、図６に示される光学フィルタの透過率スペクトルを示すグラフである。
【図９】図９の（ａ）〜図９の（ｇ）は、図２に示される光半導体デバイスの製造方法を示す断面図である。
【図１０】図１０は、ＬＥＤ構造体とＰＤ構造体との間隔を５０μｍ〜８００μｍの間で変化させたときの、ＰＤ領域における蛍光の検出信号の強度をプロットしたグラフである。
【図１１】図１１は、図１に示される光半導体デバイスを備えた測定装置を示す外観図である。
【図１２】図１２の（ａ）は３ピンタイプのＣＡＮパッケージを示す斜視図であり、図１２の（ｂ）は図１２の（ａ）に示されるキャップを取り外した状態を示す斜視図である。
【図１３】図１３は、図１１に示される測定装置の要部構成を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、図１に示される光半導体デバイスの変形例を模式的に示す平面図である。
【図１５】図１５は、図１４に示される光半導体デバイスのＣ−Ｃ’断面図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施形態２に係る光半導体デバイスを模式的に示す平面図である。
【図１７】図１７は、図１６に示される光半導体デバイスのＤ−Ｄ’断面図である。
【図１８】図１８は、図１６に示される光半導体デバイスを備えた測定装置の要部構成を示すブロック図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施形態３に係る光半導体デバイスを模式的に示す平面図である。
【図２０】図２０は、図１９に示される光半導体デバイスを示すＥ−Ｅ’断面図である。
【図２１】図２１は、図２０に示される光半導体デバイスの実装例を示す断面図である。
【図２２】図２２は、図２１に示されるサブマウントを示す平面図である。
【図２３】図２３は、図２２に示されるサブマウントのＦ−Ｆ’断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施形態について、図１〜図１５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。本実施形態では、皮膚に励起光を照射し、皮膚中の物質に起因する蛍光を検出することにより、皮膚の状態を評価するための測定装置１０Ａ（図１１を参照）に好適に用いることができる光半導体デバイス１Ａについて説明する。
【００１５】
なお、本実施形態の図面のうち断面図については、半導体の積層構造を詳細に示すために、縦方向（層厚方向）の拡大率を横方向（基板の面内方向）の拡大率に対して大きくなるように図示している。また、各半導体層の厚さは、光半導体デバイス１Ａの特性が最適化されるように調整されるものであり、各層の厚さの比率は適宜変更可能である。
【００１６】
［光半導体デバイス１Ａの構成］
まず、図１〜図３を参照して、光半導体デバイス１Ａの構成について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の光半導体デバイス１Ａを模式的に示す平面図であり、図２は、図１に示される光半導体デバイス１ＡのＡ−Ａ’断面図であり、図３は、図１に示される光半導体デバイス１ＡのＢ−Ｂ’断面図である。
【００１８】
図１〜図３に示されるように、光半導体デバイス１Ａは、サファイア基板（基板）２の、表面（一方の面）に、ＬＥＤ領域３と、ＰＤ領域４と、遮光壁５とが形成されている。すなわち、光半導体デバイス１Ａは、ＬＥＤ（Light Emitting diode：発光ダイオード）とＰＤ（Photo diode：フォトダイオード）とが単一のサファイア基板２にモノリシック化されたものである。光半導体デバイス１Ａにおいて、ＰＤ領域４はサファイア基板２の中央に配置されており、その周囲にＬＥＤ領域３が配置されている。
【００１９】
（サファイア基板２）
サファイア基板２は、サファイアにより構成される透明基板である。サファイア基板２を用いることにより、基板の製造コストを低減することができる。ただし、サファイア基板２以外にも、導電性を有するＧａＮ基板やＣｕＷ基板を用いても良い。これらの基板を用いることにより、実装パッド１５を基板の裏面に容易に配置することができるようになるため、光半導体デバイス１Ａの面積を縮小させて、小型化することができる。
【００２０】
（ＬＥＤ領域３）
ＬＥＤ領域３は、生体の皮膚（測定部位）に照射する励起光を出射するための領域である。ＬＥＤ領域３には、励起光を発生させる活性層３２を含む半導体の積層構造からなるＬＥＤ構造体３ａが配置されている。ＬＥＤ構造体３ａは、サファイア基板２側からバッファ層（除光層）１１と、ｎ型下地層１２と、ｎ型クラッド層３１と、活性層３２と、ｐ型クラッド層３３と、ｐ型コンタクト層３４とがこの順で積層された積層構造を有している。
【００２１】
ｐ型コンタクト層３４上には、該ｐ型コンタクト層３４の上面をほぼ覆うように光透過性を有する電極層３５が形成されている。さらに、電極層３５上には、陽極パッド３６が配置されている。
【００２２】
このＬＥＤ領域３からは、サファイア基板２に対するＬＥＤ構造体３ａの積層方向側から励起光が出射される。なお、ＬＥＤ領域３の詳細については後述する。
【００２３】
（ＰＤ領域４）
ＰＤ領域４は、励起光の照射により皮膚から生じる蛍光を検出するための領域である。ＰＤ領域４には、蛍光を吸収する蛍光吸収層４２を含む半導体の積層構造からなるＰＤ構造体４ａが配置されている。ＰＤ構造体４ａは、サファイア基板２側からバッファ層１１と、ｎ型下地層１２と、蛍光吸収層４２と、ｐ型コンタクト層４４とがこの順で積層された積層構造を有している。
【００２４】
ｐ型コンタクト層４４上には、該ｐ型コンタクト層４４の上面をほぼ覆うように光透過性を有する電極層４５と光学フィルタ４７とが形成されている。さらに、光学フィルタ４７上には、陽極パッド４６が配置されており、陽極パッド４６と電極層４５とは、光学フィルタ４７に形成された接続孔を介して電気的に接続されている。
【００２５】
このＰＤ領域４には、光学フィルタ４７を透過した蛍光がＰＤ構造体４ａに入射し、入射した蛍光は蛍光吸収層４２によって吸収される。なお、ＰＤ領域４および光学フィルタ４７の詳細については後述する。
【００２６】
ＬＥＤ構造体３ａおよびＰＤ構造体４ａは、共通のｎ型下地層１２上に異なる半導体層が積層されることによってサファイア基板２上に形成された、機能的に異なる２つの領域である。
【００２７】
（遮光壁５）
遮光壁５は、ＬＥＤ領域３から出射された励起光を遮断するものである。遮光壁５はＰＤ領域４の周りを概ね囲むように形成されており、遮光壁５によってＬＥＤ領域３とＰＤ領域４とが隔てられている。この遮光壁５は、半導体壁５１と遮光膜５２とから構成されている。
【００２８】
半導体壁５１は、半導体が積層された積層構造を有しており、本実施形態では、ＬＥＤ構造体３ａと同一の積層構造を有している。このように、半導体壁５１をＬＥＤ構造体３ａと同一の積層構造とすることにより、光半導体デバイス１Ａの製造方法における工程数を減少させることができる。なお、光半導体デバイス１Ａの製造方法については後述する。
【００２９】
遮光膜５２は、遮光性の物質から構成された膜である。この遮光膜５２によって半導体壁５１を被覆することによって、ＬＥＤ構造体３ａの側面から出射された励起光が、ＰＤ構造体４ａに入射することを防止することができるため、光半導体デバイス１Ａにおける蛍光の検出精度を向上させることができる。
【００３０】
すなわち、ＰＤ構造体４ａに入射した光は、蛍光吸収層４２において光電流を発生させる。そのため、ＬＥＤ構造体３ａから発せられた励起光がＰＤ構造体４ａに入射すると、蛍光吸収層４２で発生した励起光に基づく光電流が、皮膚中のＡＧＥｓに起因する蛍光の強度に上乗せされてしまい、皮膚中のＡＧＥｓの濃度を正確に評価することができない。特に、ＬＥＤ構造体３ａの側面から発せられ、ＰＤ構造体４ａの側面から入射した励起光の影響が大きいため、遮光壁５を設けることにより、ＰＤ構造体４ａの側面から入射する励起光の影響を排除することができる。
【００３１】
ＬＥＤ領域３、ＰＤ領域４およびは遮光壁５のほか、ｎ型下地層１２上には、該ｎ型下地層１２に電気的に接続された陰極パッド１４が形成されている。
【００３２】
陽極パッド３６・４６および陰極パッド１４は、ワイヤーとの接続部分が合金化され、厚さが小さ過ぎるとワイヤーの復元力により陽極パッド３６・４６および陰極パッド１４が剥がれてしまう可能性がある。そのため、陽極パッド３６・４６および陰極パッド１４は、数μｍ程度（例えば、３μｍ）の厚さに形成されることが好ましい。
【００３３】
サファイア基板２の表面側は、陽極パッド３６・４６および陰極パッド１４を除く全域が保護膜１３によって被覆されている。この保護膜１３は、陽極パッド３６・４６および陰極パッド１４にワイヤーを配線して光半導体デバイス１Ａを実装する際、ワイヤーが光半導体デバイス１Ａの他の電極部位に接触する不具合を防止するためのものである。
【００３４】
また、サファイア基板２の裏面には実装パッド１５が形成されている。この実装パッド１５は、後述するＣＡＮパッケージ９（図１２を参照）などの実装対象に、光半導体デバイス１Ａを半田付けするためのものである。実装パッド１５は、陽極パッド３６・４６および陰極パッド１４と同様に、半田で合金化されることにより接着される。そのため、厚さが小さ過ぎると光半導体デバイス１Ａと実装対象との間の熱膨張係数差により光半導体デバイス１Ａが剥がれる可能性があるため、実装パッド１５についても数μｍ程度（例えば、３μｍ）の厚さに形成されることが好ましい。
【００３５】
［ＬＥＤ領域３およびＰＤ領域４の詳細］
次に、図４〜図８を参照して、ＬＥＤ領域３およびＰＤ領域４の詳細について説明する。
【００３６】
まず、図４を参照して、ＬＥＤ領域３の積構造について説明する。図４は、図２に示されるＬＥＤ領域３の構造を示す断面図である。図４に示されるように、ＬＥＤ領域３には、サファイア基板２上に、バッファ層１１と、ｎ型下地層１２と、ｎ型クラッド層３１と、活性層３２と、ｐ型クラッド層３３と、ｐ型コンタクト層３４とがこの順で積層されたＬＥＤ構造体３ａが形成されている。さらに、ＬＥＤ構造体３ａのｐ型コンタクト層３４上には、電極層３５が形成されている。
【００３７】
なお、皮膚中のＡＧＥｓは波長３６５ｎｍの光で強く励起され、中心波長４６０ｎｍのブロードな蛍光を生じる。すなわち、対象となる波長範囲は窒化ガリウム系混晶材料が最適であり、以下では、これをもとに積層構造を決定している。
【００３８】
（バッファ層１１）
バッファ層１１は、サファイア基板２とｎ型下地層１２との格子定数差を緩和するためものである。サファイア基板２とｎ型下地層１２との間にバッファ層１１を挿入することにより、結晶の破損による光半導体デバイス１Ａの歩留まり低下を防ぐことができる。
【００３９】
バッファ層１１は、ＩｎＧａＮなどから構成される。ＩｎＧａＮは、ＧａＮやＡｌＧａＮと比べて弾性があることからバッファ層１１として好ましい。ただし、バッファ層１１としてＧａＮやＡｌＧａＮを用いても良い。通常、バッファ層１１は、厚さが数ｎｍ〜数百ｎｍ程度の範囲に設計される。なお、バッファ層１１を省略して、ｎ型下地層１２をサファイア基板２上に直接形成することも可能である。
【００４０】
このバッファ層１１は、活性層３２で発生した励起光の中心波長の光を除去する機能を有することが好ましい。これにより、活性層３２で発生した励起光のうち、ｎ型クラッド層３１およびｎ型下地層１２を伝播した励起光、並びに、バッファ層１１を通過してサファイア基板２に入射して、サファイア基板２の裏面で反射した励起光をバッファ層１１によって取り除くことができるので、ＰＤ構造体４ａに入射する励起光を低減することができる。このような機能を有するバッファ層１１は、例えば、活性層３２と同等またはそれ以上のＩｎ混晶比および層厚を有するＩｎＧａＮなどで構成することができる。
【００４１】
（ｎ型下地層１２）
ｎ型下地層１２は、キャリアを効率的に運ぶための層である。ｎ型下地層１２は、単結晶のＧａＮなどから構成される。
【００４２】
（ｎ型クラッド層３１）
ｎ型クラッド層３１は、活性層３２へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入を行い、キャリア密度の向上により発光効率を向上させるための層である。ｎ型クラッド層３１の組成は、活性層３２へのキャリアの注入と閉じ込めができるものであれば特に限定されない。例えば、ｎ型クラッド層３１は、Ａｌ０．１８Ｇａ０．２８Ｎなどから構成される。
【００４３】
ｎ型クラッド層３１は、Ａｌ混晶比が大きくなるほど活性層３２にキャリアを閉じ込める効果は大きくなるが、ＧａＮとの格子定数差が大きくなるため、結晶中の欠陥が増大し、発光効率の低下を生じる。そのため、ＡｌとＧａＮとの混晶比には最適範囲が存在し、例えば、ｎ型クラッド層３１であればＡｌ０．１８Ｇａ０．２８Ｎの混晶比が好ましい。ｎ型クラッド層３１は、厚さ０．０５μｍ〜１μｍ程度の範囲（例えば、０．１μｍ）に形成される。
【００４４】
なお、本実施形態では、ｎ型下地層１２がｎ型コンタクト層を兼ねた構成である。
【００４５】
（活性層３２）
活性層３２は、皮膚に照射される励起光を発生させるための層である。具体的には、活性層３２は、電圧の印加により、キャリアである正孔と電子とを再結合させることによって励起光を発生させる。
【００４６】
活性層３２の混晶比は、ＡＧＥｓを励起して蛍光を得るために、励起光の発光スペクトル中心の波長が３６５ｎｍ付近となるように調整される。活性層３２は、例えば、Ｉｎ０．０５ＧａＮ／Ａｌ０．０５ＧａＮの組み合わせで構成された多重量子井戸活性層や、ＩｎＡｌＧａＮで構成された量子井戸活性層などから構成される。活性層３２は、例えば、厚さ数ｎｍオーダーに形成される。
【００４７】
（ｐ型クラッド層３３）
ｐ型クラッド層３３は、活性層３２へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入を行い、キャリア密度の向上により発光効率を向上させるための層である。ｐ型クラッド層３３は、活性層３２のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成で、活性層３２へのキャリアの注入と閉じ込めができるものであれば特に限定されない。ｐ型クラッド層３３は、例えば、Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ｎから構成される。
【００４８】
ｐ型クラッド層３３は、Ａｌ混晶比が大きくなるほど活性層３２にキャリアを閉じ込める効果は大きくなるが、ＧａＮとの格子定数差が大きくなるため、結晶中の欠陥が増大し、発光効率の低下を生じる。そのため、ＡｌとＧａＮとの混晶比には最適範囲が存在し、例えば、ｐ型クラッド層３３であればＡｌ０．２７Ｇａ０．７３Ｎの混晶比が好ましい。
【００４９】
なお、ｐ型クラッド層３３は、厚さ０．０５μｍ〜１μｍ程度の範囲（好ましくは、０．１μｍ）に形成される。
【００５０】
（ｐ型コンタクト層３４）
ｐ型コンタクト層３４は、ＬＥＤ領域３を外部と電気的に接続するための層である。ｐ型コンタクト層３４は、ｐ型クラッド層３３よりも高いｐ型不純物濃度を有する。ｐ型コンタクト層３４は、例えば、Ａｌ０．１８ＧａＮで構成される。
【００５１】
（電極層３５）
電極層３５は、ｐ型コンタクト層３４と陽極パッド３６とを電気的に接続するための光透過性を有する層である。電極層３５には、ｐ型コンタクト層３４との接触抵抗が小さな、光透過性を有する組成が選択される。電極層３５は、例えば、Ｎｉから構成される。
【００５２】
ここで、ｐ型コンタクト層３４の厚さが大きくなり過ぎると、励起光の発光効率の低下が生じる。一方、ｐ型コンタクト層３４の厚さが小さくなり過ぎると、電極層３５のシート抵抗が高くなり、ＬＥＤ領域３全体への注入電流が不均一となる。したがって、Ｎｉから構成されるが電極層３５を好適に機能させるには最適範囲が存在し、例えば、電極層３５厚さは１ｎｍ〜２０ｎｍ（例えば、くは、８ｎｍ）に設計される。
【００５３】
次に、図５〜図８を参照して、ＰＤ領域４の積層構造について説明する。
【００５４】
図５は、図２に示されるＰＤ領域４の積層構造を示す断面図である。図５に示されるように、ＰＤ領域４には、サファイア基板２上に、バッファ層１１と、ｎ型下地層１２と、蛍光吸収層４２と、ｐ型コンタクト層４４とがこの順で積層されたＰＤ構造体４ａが形成されている。さらに、ＰＤ構造体４ａのｐ型コンタクト層４４上には、電極層４５および光学フィルタ４７が形成されている。
【００５５】
なお、ＬＥＤ構造体３ａでは、ｎ型クラッド層３１およびｐ型クラッド層３３を含んでいたが、ＰＤ構造体４ａではこれらの層を含めていない。これは、ＰＤ領域４では、入射する蛍光量と発生する光電流との直線性を維持するため、しばしば逆バイアスを印加して使用することがある。その際、高抵抗であるＡｌＧａＮから構成されるｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層がＰＤ構造体４ａに含まれていると電圧降下を生じ、蛍光吸収層４２に逆バイアスが有効に作用しないという問題を回避するためである。
【００５６】
なお、ＬＥＤ領域３とＰＤ領域４とは、バッファ層１１およびｎ型下地層１２の構造は共通であるため、その説明を省略する。
【００５７】
（蛍光吸収層４２）
蛍光吸収層４２は、励起光の照射により皮膚から生じる蛍光を吸収するための層である。具体的には、蛍光吸収層４２は、蛍光の光エネルギーによって正孔および電子を生成し、正孔がｐ型コンタクト層４４へ、電子がｎ型下地層１２へ移動することによって、光エネルギーが電流に変換される。蛍光吸収層４２は、例えば、Ｉｎ０．０７Ｇａなどにより構成される。この場合、蛍光吸収層４２は、その吸収スペクトルのピーク波長が、検出する蛍光のスペクトルのピーク波長と近似するようにＩｎ混晶比が決定される。
【００５８】
（ｐ型コンタクト層４４）
ｐ型コンタクト層４４は、ＰＤ領域４を外部と電気的に接続するための層である。ｐ型コンタクト層４４は、例えば、ＧａＮから構成される。
【００５９】
（電極層４５）
電極層４５は、ｐ型コンタクト層４４と陽極パッド４６とを電気的に接続するための層である。電極層４５には、ｐ型コンタクト層４４との接触抵抗が小さな組成が選択される。電極層４５は、例えば、Ｎｉから構成される。
【００６０】
（光学フィルタ４７）
光学フィルタ４７は、励起光の照射により皮膚から生じる蛍光の中心波長付近の光を選択的に透過させる層である。光学フィルタ４７は、誘電体の多層膜構造を有している。
【００６１】
図６は、図５に示される光学フィルタ４７の積層構造を示す断面図である。図６に示されるように、光学フィルタ４７は、ＴｉＯ２から構成される高屈折率層と、ＳｉＯ２から構成される低屈折率層とが交互に積層された多層膜構造を有している。具体的には、光学フィルタ４７は、蛍光を入射させる側から順番に、周期構造４７ａと、スペーサー４７ｂと、周期構造４７ｃと、不在層４７ｄとが配列されている。
【００６２】
周期構造４７ａは、蛍光波長の１／４の厚さの高屈折率層と低屈折率層とが交互に３つずつ積層されて構成された積層構造を有している。
【００６３】
スペーサー４７ｂは、蛍光波長の１／２の厚さを有する高屈折率層で構成された単層構造を有している。
【００６４】
周期構造４７ｃは、蛍光波長の１／４の厚さの低屈折率層と高屈折率層とが交互に３つずつ積層されて構成された積層構造を有している。ずなわち、周期構造４７ｃは、周期構造４７ａと各層の順序が逆になった積層構造を有している。
【００６５】
不在層４７ｄは、蛍光波長の１／２の厚さを有する低屈折率層で構成された単層構造を有している。
【００６６】
図７は、皮膚から生じた蛍光を一般的な分光器に取り込み、分光して得られたスペクトルの例を示すグラフである。図７に示されるように、ＡＧＥｓの蛍光は、中心波長が４６０ｎｍ付近のややブロードなスペクトルを有していることが一般的に知られている。そのため、光学フィルタ４７は、中心波長が４６０ｎｍ付近の光を選択的に透過させ、それ以外の波長の光を透過させないように、高屈折率層および低屈折率層の厚さ、および組み合わせが適宜選択出される。
【００６７】
図８は、図６に示される光学フィルタ４７の透過率スペクトルを示すグラフである。透過率スペクトルは、ガラス片上に図７に示される積層構造を有する光学フィルタ４７を形成し、その透過率スペクトルを評価したものである。
【００６８】
図８に示されるように、光学フィルタ４７は、波長が４４０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の光を選択的に透過し、波長が４４０ｎｍ未満の光および波長が４８０ｎｍより大きい光を遮断する。このように、励起光の照射により皮膚から生じる蛍光の中心波長付近の光を選択的に透過させる光学フィルタ４７をＰＤ領域４の入射面側に配置することにより、励起光やその他の外光が蛍光吸収層４２に吸収されることを抑制することが可能となるので、ＰＤ領域４の蛍光の検出精度を向上させることができる。
【００６９】
［光半導体デバイス１Ａの製造方法］
次に、図９を参照して、光半導体デバイス１Ａの製造方法について説明する。
【００７０】
図９の（ａ）〜図９の（ｇ）は、図２に示される光半導体デバイス１Ａの製造方法を示す断面図である。
【００７１】
まず、図９の（ａ）に示されるように、ＬＥＤ構造体３ａに対応する半導体の積層構造を有する半導体層３ｂをサファイアからなるウエハ２０の表面に積層する。具体的には、ＭＯＣＶＤ法などによって、ウエハ２０の表面に、バッファ層１１と、ｎ型下地層１２と、ｎ型クラッド層３１と、活性層３２と、ｐ型クラッド層３３と、ｐ型コンタクト層３４とをこの順で結晶成長させる。
【００７２】
次に、図９の（ｂ）に示されるように、図９の（ａ）で形成した半導体層３ｂをエッチングして、ＬＥＤ構造体３ａおよび半導体壁５１を形成する。具体的には、フォトリソグラフィーによってマスクを形成し、ｎ型下地層１２に達するまで半導体層３ｂの深さ方向に異方性エッチングを行う。
【００７３】
これにより、半導体層３ｂをＬＥＤ構造体３ａおよび半導体壁５１の形状に成形するとともに、ＰＤ領域４となる領域における半導体層３ｂを除去する。
【００７４】
この工程では、マスクの材料として、例えば、レジスト、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２などを用いることができる。また、例えば、Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４、ＢＣｌ３などの塩素系ガスを包含するプロセスガスを使用することにより、窒化ガリウム系化合物の半導体層３ｂを、マスクを用いてエッチングすることができる。
【００７５】
次に、図９の（ｃ）に示されるように、図９の（ｂ）で半導体層３ｂを除去した領域に、ＰＤ構造体４ａを形成する。具体的には、露出したｎ型下地層１２の表面に、ひび割れなどを防止するための表面処理を施す。そして、フォトリソグラフィーによってマスクを形成し、ＭＯＣＶＤによって、表面処理が施されたｎ型下地層１２上に、ｎ型下地層１２と、蛍光吸収層４２と、ｐ型コンタクト層４４とをこの順で結晶成長させる。
【００７６】
これにより、ウエハ２０の表面に、ＬＥＤ構造体３ａ、ＰＤ構造体４ａおよび半導体壁５１をそれぞれ形成することができる。
【００７７】
次に、図９の（ｄ）に示されるように、電極層３５・４５をそれぞれ形成する。具体的には、フォトリソグラフィーによってマスクを形成し、電子ビーム蒸着法を用いて、ＬＥＤ構造体３ａの上面に電極層３５、ＰＤ構造体４ａの上面に電極層４５をそれぞれ形成する。
【００７８】
次に、図９の（ｅ）に示されるように、電極層４５上に光学フィルタ４７を形成する。具体的には、フォトリソグラフィーによってマスクを形成し、電子ビーム蒸着法により、電極層４５上に光学フィルタ４７を形成する。光学フィルタ４７は、ＰＤ構造体４ａの電極層４５のほぼ全面に形成するが、次のステップで形成する陽極パッド４６と電極層４５とが電気的に接触可能なように、光学フィルタ４７を設けない領域を電極層４５上に残しておく。
【００７９】
次に、図９の（ｆ）に示されるように、陽極パッド３６・４６および遮光膜５２を形成する。具体的には、フォトリソグラフィーによってマスクを形成し、電極層３５上に陽極パッド３６、光学フィルタ４７上に陽極パッド４６をそれぞれ形成すると共に、半導体壁５１を遮光膜５２で被覆する。このとき、陽極パッド４６は、上述した光学フィルタ４７を設けない領域を介して、電極層４５と電気的に接触される。さらに、フォトリソグラフィーおよびエッチングによって陰極パッド１４（図示省略）を、ｎ型下地層１２上に形成する。
【００８０】
次に、図９の（ｇ）に示されるように、陽極パッド３６・４６および陰極パッド１４を除く部分に保護膜１３を形成する。具体的には、フォトリソグラフィーによって陽極パッド３６・４６および陰極パッド１４上にマスクを形成し、陽極パッド３６・４６および陰極パッド１４を除く領域に保護膜１３を形成する。
【００８１】
そして、ウエハ２０の裏面を研磨し、ウエハ２０の厚さを１００μｍ程度にした後、表面処理を施した裏面に実装パッド１５した後、璧開技術を用いて、ウエハ２０をサファイア基板２単位に分割することで、光半導体デバイス１Ａを製造することができる。
【００８２】
なお、上述の説明では、図９の（ａ）に示す工程においてＬＥＤ構造体３ａに対応する半導体層３ｂを形成し、図９の（ｂ）に示す工程において要部エッチングした後、図９の（ｃ）に示す工程においてＰＤ構造体４ａを形成する場合を例にした。しかしながら、ＬＥＤ構造体３ａとＰＤ構造体４ａとの製造工程の順序を逆転させてもよい。すなわち、図９の（ａ）に示す工程においてＰＤ構造体４ａに対応する半導体積層構造を形成し、図９の（ｂ）に示す工程において要部エッチングした後、図９の（ｃ）に示す工程においてＬＥＤ構造体３ａを形成してもよい。
【００８３】
また、上述の説明では、ＬＥＤ構造体３ａとＰＤ構造体４ａとの半導体の積層構造が異なる場合を例にした。しかしながら、受光する蛍光が活性層３２において吸収される中心波長を有する場合、すなわち、ＰＤ構造体４ａの積層構造をＬＥＤ構造体３ａの積層構造と一致させることができる。特に。ＡＧＥｓから発生する蛍光は、スペクトル中心が４６０ｎｍ付近となっており、活性層３２の吸収スペクトルにかかってくるため、ＬＥＤ構造体３ａとＰＤ構造体４ａとを同じ積層構造で構成することができる。この場合、ＬＥＤ構造体３ａとＰＤ構造体４ａとを別々に結晶成長させる必要がないため、製造プロセスおよびコストを大幅に削減することができる。すなわち、図９の（ｂ）における要部エッチングによって、ウエハ２０の表面にＬＥＤ構造体３ａとＰＤ構造体４ａとを同時に形成することができるため、図９に（ｃ）に示す工程を省略することができる。
【００８４】
［光半導体デバイス１Ａの効果］
次に、図１０を参照して、光半導体デバイス１Ａの効果について説明する。前述のとおり、ＡＧＥｓに起因する蛍光の発生効率は低く、これを安定的に検出するためには、測定装置の検出効率（＝蛍光強度÷励起光強度）を高める必要があり、その手段としては、励起光の出射する出射位置と蛍光の検出する検出位置との間隔を極力（多くとも１ｍｍ以下に）近接させることが有効である。
【００８５】
図１０は、ＬＥＤ構造体３ａとＰＤ構造体４ａとの間隔を５０μｍ〜８００μｍの間で変化させたときの、ＰＤ領域４における蛍光の検出信号強度をプロットしたグラフである。なお、図１０では、ＬＥＤ構造体３ａとＰＤ構造体４ａとの間隔が２００μｍのときの蛍光の検出信号強度を１として示している。
【００８６】
測定時には、ＰＤ構造体４ａの形状を一定として、ＬＥＤ構造体３ａのサイズを変化させることにより、ＬＥＤ構造体３ａとＰＤ構造体４ａとの間隔を変化させた。また、ＬＥＤ構造体３ａのサイズに比例して、ＬＥＤ構造体３ａに注入する電流を変化させており、単位面積当たりの励起光の発光密度を一定にして測定した。
【００８７】
図１０に示すように、ＬＥＤ構造体３ａとＰＤ構造体４ａと間隔が１／２になると、蛍光の検出信号強度は４倍になっており、蛍光の検出信号強度はＬＥＤ構造体３ａとＰＤ構造体４ａと間隔の二乗に比例することが判る。
【００８８】
このように、ＬＥＤ構造体３ａとＰＤ構造体４ａ間隔が近いほど、蛍光の検出信号強度は増加し、検出信号のＳ／Ｎ比の向上、若しくは、ＬＥＤ領域３の光量減少による低消費電力化という効果を奏するため、ＬＥＤ構造体３ａとＰＤ構造体４ａ間隔は、フォトリソグラフィー技術の可能な範囲で小さいことが好ましい。
【００８９】
そこで、光半導体デバイス１Ａは、皮膚に照射される励起光を発生させる活性層３２を含むＬＥＤ構造体３ａと、励起光の照射により皮膚から生じる蛍光を吸収する蛍光吸収層４２を含むＰＤ構造体４ａとがサファイア基板２上に形成されており、蛍光を入射させるＰＤ構造体４ａの入射面側に、該蛍光の波長範囲の光を選択的に透過させる光学フィルタ４７が配置されている。
【００９０】
光半導体デバイス１Ａでは、ＬＥＤ構造体３ａとＰＤ構造体４ａとがサファイア基板２にモノリシック化された構成である。そのため、例えば、ＬＥＤおよびＰＤといった半導体デバイスを実装基板上に並べて実装する構成に比べて、ＬＥＤ構造体３ａとＰＤ構造体４ａとの間隔を小さくすることができる。また、ＬＥＤおよびＰＤを実装基板上に配置する際の高精度な位置決めが不要となるため、配置プロセスに要するコストの増加を回避できるとともに、位置ずれに伴う蛍光の検出結果のばらつきを抑制することができる。
【００９１】
一方、ＬＥＤ構造体３ａとＰＤ構造体４ａとを近接させた場合、ＬＥＤ構造体３ａからの励起光がＰＤ構造体４ａに入射し易くなるため、蛍光の検出精度が低下する可能性が考えられる。そこで、光半導体デバイス１Ａでは、蛍光を入射させるＰＤ構造体４ａの入射面側に、該蛍光の波長範囲の光を選択的に透過させる光学フィルタ４７が配置されている。これにより、励起光やその他の外光が吸収層に吸収されることを抑制することが可能となるので、蛍光の検出精度を向上させることができる。
【００９２】
したがって、光半導体デバイス１Ａによれば、蛍光の検出効率および検出精度を向上させることができる。
【００９３】
なお、ＬＥＤ構造体３ａとＰＤ構造体４ａとの距離が小さくなりすぎると、遮光壁５中の遮光膜５２が、ＬＥＤ構造体３ａのｐ型クラッド層３３やｐ型コンタクト層３４、またはＰＤ構造体４ａのｐ型コンタクト層４４などと接触してショートを生じ、光半導体デバイス１Ａが正常に動作しない事態が生じる可能性がある。したがって、ＬＥＤ構造体３ａとＰＤ構造体４ａとの間隔、およびこれらの間に位置する遮光壁５の幅にも最適値が存在する。例えば、ＬＥＤ構造体３ａとＰＤ構造体４ａとの間隔は数十μｍ〜数千μｍオーダー（例えば１００μｍ）であり、また遮光壁５の幅は数〜数十μｍオーダー（例えば１０μｍ）となるように形成することが好ましい。
【００９４】
また、ＬＥＤ構造体３ａへの印加電流の値が一定の場合、ＬＥＤ構造体３ａの幅が広くなるほど、ＬＥＤ構造体３ａへの供給電圧を低減することができるというメリットが生じる。一方、ＬＥＤ構造体３ａの幅が広くなり過ぎると、ＬＥＤ領域３からの光照射により発生した蛍光のうち、ＰＤ構造体４ａに入射するのは、ＰＤ構造体４ａから数百μｍの範囲内であるため、ＰＤ領域４での蛍光の検出に寄与しない蛍光の発生面積（皮膚面積）を増加させることになる。したがって、ＬＥＤ構造体３ａの幅には最適値が存在し、具体的には数十μｍ〜数百μｍオーダー（例えば、１００μｍ）とすることが好ましい。
【００９５】
また、ＰＤ構造体４ａのサイズが大きくなるほど、受光される蛍光の強度は高くなる。一方、蛍光が発生するのは励起光が照射された皮膚の領域およびその近傍（数百μｍオーダーまで）であり、ＰＤ構造体４ａのサイズがある程度以上になると検出される蛍光の強度は飽和する。さらに、ＰＤ構造体４ａのサイズが大きくなると、光半導体デバイス１Ａのチップ面積が増大し、チップ単価の増大を招く。したがって、ＰＤ構造体４ａのサイズには最適値が存在し、具体的には、数百μｍオーダーが好ましく、例えば、２００μｍ角となるようにＰＤ構造体４ａを形成することが好ましい。
【００９６】
また、前述の説明では、ＬＥＤ構造体３ａの活性層３２およびＰＤ構造体４ａの蛍光吸収層４２に対してサファイア基板２側の半導体層をｎ型、サファイア基板２と反対側の半導体層をｐ型としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ＬＥＤ構造体３ａの活性層３２およびＰＤ構造体４ａの蛍光吸収層４２に対してサファイア基板２側を半導体層のｐ型、サファイア基板２と反対側の半導体層をｎ型としても良い。
【００９７】
また、上述の説明では、ＰＤ構造体４ａの周囲にＬＥＤ構造体３ａを形成したが、本発明はこれに限定されない。ＬＥＤ構造体３ａの周囲にＰＤ構造体４ａを形成しても良い。ＰＤ構造体４ａの周囲にＬＥＤ構造体３ａを形成することで、狭い範囲の皮膚から生じる蛍光を検出することができる。一方、ＬＥＤ構造体３ａの周囲にＰＤ構造体４ａを形成することで、広い範囲の皮膚から生じる蛍光を検出することができる。
【００９８】
また、前述の説明では、ＬＥＤ構造体３ａおよびＰＤ構造体４ａは、その側面がサファイア基板２の表面に対して略垂直に形成されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ＬＥＤ構造体３ａおよびＰＤ構造体４ａは、その側面がサファイア基板２の表面に対して傾斜して形成されることにより、積層方向に向けて先細りした形状であっても良い。
【００９９】
［光半導体デバイス１Ａの適用例］
次に、図１１〜図１３を参照して、光半導体デバイス１Ａを備えた測定装置１０Ａの構成について説明する。
【０１００】
図１１は、光半導体デバイス１Ａを備えた測定装置１０Ａを示す外観図である。図１１に示される測定装置１０Ａは、皮膚に励起光を照射し、皮膚中の物質に起因する蛍光を検出することにより、皮膚の状態を測定するためのものである。
【０１０１】
図１１に示されるように、測定装置１０Ａは、本体部８０と、プローブ８１とを備え、本体部８０とプローブ８１とは、コード８６によって接続されている。光半導体デバイス１Ａは、プローブ８１の先端部に備えられている。
【０１０２】
図１２は、図１１に示される測定装置１０Ａに備えられる光半導体デバイス１Ａの実装例を示す斜視図であり、図１２の（ａ）は、３ピンタイプのＣＡＮパッケージ９を示し、図１２の（ｂ）は、図１２の（ａ）に示されるキャップ９１を取り外した状態を示している。
【０１０３】
図１２の（ａ）および図１２の（ｂ）に示されるように、光半導体デバイス１Ａに実装された状態で、プローブ８１の先端部に備えられている。
【０１０４】
ＣＡＮパッケージ９は、キャップ９１と、ステム９３とを備えている。光半導体デバイス１Ａは、ステム９３に配置されたサブマウント９５に実装されている。
【０１０５】
キャップ９１は、サブマウント９５に実装された光半導体デバイス１Ａをシーリングするためのものである。キャップ９１には、透明窓９２が組み込まれている。光半導体デバイス１Ａは、この透明窓９２を介して、励起光を皮膚に向けて照射するとともに、励起光の照射により皮膚から生じた蛍光を受光することができる。
【０１０６】
ステム９３の表面には、サブマウント７０１を介して光半導体デバイス１Ａが実装されている。ステム９３の裏面には、ＬＥＤ領域用陽極リード線９４ａ、コモンリード線９４ｂおよびＰＤ領域用陽極リード線９４ｃが配されており、光半導体デバイス１Ａは、ワイヤーによって各リード線に電気的に接続されている。
【０１０７】
サブマウント９５は、高い熱伝導率を有する材料（ＳｉＣ、銅、ダイヤモンド、アルミなど）で構成されている。サブマウント９５は、光半導体デバイス１Ａでから生じた熱の伝導領域を広げて、ステム９３およびキャップ９１に効率的に伝達することにより、光半導体デバイス１Ａの温度上昇を防止して、光半導体デバイス１Ａの短寿命化を抑止するために設けられている。したがって、サブマウント９５は、必須ではなく省略することもできる。この場合、光半導体デバイス１Ａは、直接ステム９３上に実装されていても良くい、あるいは、一般的なプリント基板を介して実装されていても良い。
【０１０８】
ＣＡＮパッケージ９では、キャップ９１の透明窓９２が、光半導体デバイス１Ａと密着するように、キャップ９１の高さおよびサブマウント９５の厚さが調整されている。これにより、光半導体デバイス１Ａからの励起光が皮膚に効率良く照射することができるとともに、励起光の照射により皮膚から生じた蛍光を効率よく光半導体デバイス１Ａに受光させることができる。
【０１０９】
透明窓９２には、光半導体デバイス１Ａからの励起光に対するＡＲ（反射防止）コーティングがされていることが好ましい。これにより、光半導体デバイス１Ａからの励起光が透明窓９２から外に放出される前に反射して、光半導体デバイス１ＡのＰＤ領域４に受光されることを防止することができる。なお、ＡＲコートは、透明窓９２の表裏両面に施されていることがさらに好ましい。
【０１１０】
図１３は、図１１に示される測定装置１０Ａの要部構成を示すブロック図である。図１３に示されるように、本体部８０は、定電流源８２と、ＡＤ変換器８３と、制御部８４と、表示部８５とを備えている。また、プローブ８１には、光半導体デバイス１Ａが備えられている。
【０１１１】
（定電流源８２）
定電流源８２は、光半導体デバイス１Ａに電力を供給するためのものである。具体的には、定電流源８２は、コード８６を介して、プローブ８１に備えられた光半導体デバイス１ＡのＬＥＤ領域３に電力を供給する。
【０１１２】
（ＡＤ変換器８３）
ＡＤ変換器８３は、光半導体デバイス１Ａから出力された光電流の値を、デジタル信号に変換するためのものである。具体的には、ＡＤ変換器８３は、光半導体デバイス１ＡのＰＤ領域４で発生した光電流の値が入力されると、該光電流の値に応じたデジタル信号化を生成し、制御部８４に出力する。
【０１１３】
（制御部８４）
制御部８４は、測定装置１０Ａの各部を制御するためのものである。具体的には、制御部８４は、定電流源８２を制御して、光半導体デバイス１ＡのＬＥＤ領域３の点灯／消灯を切り替える。また、制御部８４は、表示部８５を制御して、ＡＤ変換器８３から入力されたデジタル信号に応じた蛍光の強度を表示させる。
【０１１４】
（表示部８５）
表示部８５は、蛍光の強度を含む測定結果を表示するものである。表示部８５は、映像や情報を表示できるものであり、例えば、パソコン、テレビ、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、７セグメントディスプレイ、その他各種ディスプレイ装置などから構成される。
【０１１５】
このような構成の測定装置１０Ａでは、光半導体デバイス１ＡのＬＥＤ領域３には、光半導体デバイス１ＡのＬＥＤ領域３から発せられた励起光は皮膚に照射され、皮膚中のＡＧＥｓに起因する蛍光が発せられると、該蛍光は光学フィルタ４７を透過してＰＤ構造体４ａに入射する。これによって蛍光吸収層４２で発生した光電流は、ＡＤ変換器８３でデジタル信号化され、制御部８４に出力される。そして、制御部８４は、ＡＤ変換器８３から入力されたデジタル信号に応じた蛍光の強度を表示部８５に表示させることで、ユーザーに測定結果を伝達することができる。
【０１１６】
測定装置１０Ａによれば、ＬＥＤ領域３とＰＤ領域４とがサファイア基板２に形成された光半導体デバイス１Ａを備えているため、蛍光の検出効率および検出精度を向上させることができる。
【０１１７】
［光半導体デバイス１Ａの変形例］
次に、図１４〜図１５を参照して、光半導体デバイス１Ａの変形例について説明する。
【０１１８】
本変形例における光半導体デバイス１ａは、ＬＥＤ構造体３ａとＰＤ構造体４ａとの間にさらに遮光溝６が付加されている点において前述した光半導体デバイス１Ａと主に異なっている。
【０１１９】
図１４は、光半導体デバイス１Ａの変形例を模式的に示す平面図であり、図１５は、図１４に示される光半導体デバイス１ａのＣ−Ｃ’断面図である。なお、図１５では、保護膜１３の図示を省略してしる。
【０１２０】
図１４および図１５に示されるように、遮光溝６は、遮光壁５とＬＥＤ構造体３ａとの間に、サファイア基板２に達する深さで形成されており、その表面は遮光膜５２によって被覆されている。遮光溝６は、ＰＤ領域４の周りを概ね囲むように、遮光壁５と平行に形成されている。
【０１２１】
このような遮光溝６を設けることにより、ＬＥＤ構造体３ａの活性層３２から発せられた励起光が、ｎ型クラッド層３１およびｎ型下地層１２を伝搬して、蛍光吸収層４２に入射することを防止することができるため、ＰＤ領域４における蛍光の検出精度を向上させることができる。
【０１２２】
なお、本変形例では、遮光壁５とＬＥＤ構造体３ａとの間に、遮光溝６が形成された構成について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、遮光壁５とＰＤ構造体４ａとの間に遮光溝６が形成された構成であっても良い。
【０１２３】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図１６〜図１８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前述した実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１２４】
本実施形態における光半導体デバイス１Ｂは、サファイア基板２上に、励起光の強度を検出するためのモニター領域７を有している点において、前述した光半導体デバイス１Ａと主に異なっている。
【０１２５】
［光半導体デバイス１Ｂの構成］
まず、図１６および１７を参照して、光半導体デバイス１Ｂの構成について説明する。
【０１２６】
図１６は、本実施形態に係る光半導体デバイス１Ｂを模式的に示す平面図であり、図１７は、図１６に示される光半導体デバイス１ＢのＤ−Ｄ’断面図である。
【０１２７】
図１６および図１７に示されるように、光半導体デバイス１Ｂは、サファイア基板２上に、ＬＥＤ領域３と、ＰＤ領域４と、遮光壁５と、遮光溝６と、モニター領域７とが形成されている。モニター領域７は、サファイア基板２上において、陰極パッド１４との対角位置に形成されている。
【０１２８】
（モニター領域７）
モニター領域７は、ＬＥＤ構造体３ａから発せられた励起光の強度を検出するための領域である。モニター領域７には、励起光を吸収する励起光吸収層７２を含む半導体の積層構造からなる検出構造体７ａが配置されている。検出構造体７ａは、サファイア基板２側からバッファ層１１と、ｎ型下地層１２と、励起光吸収層７２と、ｐ型コンタクト層７４とがこの順で積層された半導体積の層構造を有している。
【０１２９】
ｐ型コンタクト層７４上には、該ｐ型コンタクト層７４の上面をほぼ覆うように光透過性を有する電極層７５が形成されており、さらに、電極層７５上には陽極パッド７６が配置されている。
【０１３０】
このモニター領域７において、ＬＥＤ構造体３ａから検出構造体７ａに入射した励起光を励起光吸収層７２によって吸収することで、励起光の強度を検出することができる。
【０１３１】
なお、検出構造体７ａの積層構造は、励起光吸収層７２がＬＥＤ構造体３ａからの励起光を吸収する材料で形成されていれば良く、例えば、ＰＤ構造体４ａの積層構造と同一であっても良い。ただし、検出構造体７ａとＰＤ構造体４ａとの相違点は、ＬＥＤ構造体３ａとの間に遮光壁５や遮光溝６が存在しない点で大きく異なっている。そのため、ＬＥＤ構造体３ａの側面から発せられた励起光を検出構造体７ａに入射して、励起光吸収層７２において、励起光の強度に応じた光電流を発生させることができる。
【０１３２】
［光半導体デバイス１Ｂの適用例］
次に、図１８を参照して、光半導体デバイス１Ｂを備えた測定装置１０Ｂの構成について説明する。
【０１３３】
図１８は、図１６に示される光半導体デバイス１Ｂを備えた測定装置１０Ｂの要部構成を示すブロック図である。図１８に示されるように、本体部８０は、定電流源８２と、ＡＤ変換器８３と、制御部８４と、表示部８５と、ＡＤ変換器８７とを備えている。また、プローブ８１には、光半導体デバイス１Ｂが備えられている。
【０１３４】
（ＡＤ変換器８７）
ＡＤ変換器８７は、光半導体デバイス１Ｂから出力された光電流の値を、デジタル信号に変換するためのものである。具体的には、ＡＤ変換器８７は、光半導体デバイス１Ｂのモニター領域７で発生した光電流の値が入力されると、該光電流の値に応じたデジタル信号化を生成し、制御部８４に出力する。
【０１３５】
（制御部８４）
制御部８４は、ＡＤ変換器８７から入力されたデジタル信号に基づいて、定電流源８２を制御する。具体的には、制御部８４は、ＡＤ変換器８７からデジタル信号が入力されたとき、該デジタル信号の強度が一定となるように、定電流源８２を制御する。これにより、ＬＥＤ領域から発生られる励起光の強度が一定になるようにフィードバック制御することができる。
【０１３６】
このように、測定装置１０Ｂでは、光半導体デバイス１Ｂを備えているため、ＬＥＤ構造体３ａから発せられる励起光の強度をモニターして、該励起光の強度が一定になるようにフィードバック制御することができる。そのため、ＬＥＤ構造体３ａから発せられる励起光の強度を安定化させることができるたえ、外気温度変化や劣化に起因する蛍光強度のばらつきを抑制して、測定装置１０Ｂの測定精度を向上させることができる。
【０１３７】
〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について、図１９〜図２３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前述した実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１３８】
本実施形態における光半導体デバイス１Ｃは、サファイア基板２の裏面側から励起光を出射し、且つ、蛍光を受光する点において、前述した光半導体デバイス１Ａ・１Ｂと主に異なっている。
【０１３９】
［光半導体デバイス１Ｃの構成］
まず、図１９および２０を参照して、光半導体デバイス１Ｃの構成について説明する。
【０１４０】
図１９は、本実施形態に係る光半導体デバイス１Ｃを模式的に示す平面図であり、図２０は、図１９に示される光半導体デバイス１Ｃを示すＥ−Ｅ’断面図である。
【０１４１】
図１９および図２０に示されるように、光半導体デバイス１Ｃは、サファイア基板２に、ＬＥＤ領域３と、ＰＤ領域４と、遮光壁５と、遮光溝６と、モニター領域７とが形成されている。
【０１４２】
光半導体デバイス１Ｃは、ＰＤ領域４を遮光壁５と遮光溝６が取り囲むように配置されており、それらを取り囲むようにＬＥＤ領域３が配置されている。ＰＤ領域４の陽極パッド４６からの配線が、ＬＥＤ領域３の陽極パッド（電極パッド）３６に接触することを避けるため、ＬＥＤ領域３は円環形状が一部途切れた形状となっている。また、モニター領域７は、遮光壁５や遮光溝６を挟まずにＬＥＤ領域３と近接して配置されている。
【０１４３】
光半導体デバイス１Ｃでは、サファイア基板２の裏面側から励起光の照射および蛍光の受光を行うため、ＬＥＤ領域の電極層３５、ＰＤ領域４の電極層４５およびモニター領域７の電極層７５は光透過性を有する必要がない。そのため、電極層３５・４５．７５のほぼ全面に陽極パッド３６・４６・４７を形成することができる。光半導体デバイス１Ｃは、陽極パッド３６・４６・４７および陰極パッド１４を介して、実装基板などに実装される。
【０１４４】
（サファイア基板２）
前述のとおり、光半導体デバイス１Ｃでは、裏面側から励起光の照射を行う。そのため、ＬＥＤ構造体３ａからの励起光がサファイア基板２の裏面で反射してＰＤ構造体４ａに直接入射することを防止するために、サファイア基板２の裏面に受光溝（凹部）２１が形成されている。
【０１４５】
受光溝２１は、底部２１ａと側壁部２１ｂとから構成されており、底部２１ａに光学フィルタ４７が配置されている。受光溝２１は、側壁部２１ｂがサファイア基板２の面内方向に対して傾斜することで、サファイア基板２の裏面から表面に向けて先細りした形状を有している。
【０１４６】
ここで、受光溝２１の底部２１ａとサファイア基板２の表面との距離をａ、ＬＥＤ構造体３ａとＰＤ構造体４ａとの間隔をｂ、サファイア基板２の面内方向におけるＬＥＤ構造体３ａの幅をｃ、受光溝２１の側壁部２１ｂとサファイア基板２の基板の裏面とのなす角度をθとしたとき、下記の式が成立する。
【０１４７】
【数１】
2014136119.tif 000003
【０１４８】
角度θが上記の式によって求まる値より小さい場合、ＬＥＤ構造体３ａから発せられた励起光は、受光溝２１の側壁部２１ｂに反射されてＰＤ構造体４ａに入射するため、蛍光の正確な検出ができなくなる。そのため、角度θが上記の式で求まる値よりも大きくなるように、受光溝２１を形成することが好ましい。より好ましくは角度θは４５度以上９０度以下であり、さらに好ましくは角度θは９０度である。
【０１４９】
また、受光溝２１の底部２１ａとサファイア基板２の表面との距離ａは、小さいほうが好ましい。距離ａが大きい場合、ＬＥＤ構造体３ａから発せられた励起光が、受光溝２１の底部２１ａに反射して、その一部がＰＤ構造体４ａに入射する可能性が高くなるからである。したがって、距離ａは５０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは距離ａは０近傍の値である。
【０１５０】
なお、受光溝２１がサファイア基板２を貫通して、底部２１ａがｎ型下地層１２に形成されていても良い。しかしながら、この場合、受光溝２１の底部２１ａがＰＤ構造体４ａの蛍光吸収層４２に近付き過ぎると、エッチングによるダメージがＰＮ接合部に生じ、ＰＤ構造体４ａにおける光電流の損失となる可能性がある点に注意する必要がある。
【０１５１】
なお、光半導体デバイス１Ｃでは、サファイア基板２とｎ型下地層１２との間に形成するバッファ層（ＩｎＧａＮ層）１１における励起光の吸収が生じないように、バッファ層１１は、ＧａＮ、ＡｌＮまたはこれらの混晶で構成されるか、若しくは、励起光の波長よりも十分薄い層厚（１００ｎｍ以下）のＩｎＧaＮで構成されることが好ましい。同様に、バッファ層１１における蛍光の吸収が生じないように、より好ましくは、ＬＥＤ構造体３ａからの迷光を吸収するために、バッファ層１１は、ＧａＮまたはＩｎ混晶比の低いＩｎＧaＮで構成されることが好ましい。
【０１５２】
このような光半導体デバイス１Ｃは、図９の（ａ）〜図９の（ｇ）に示される光半導体デバイス１Ａの製造方法のプロセスのうち、図９の（ｅ）に示される光学フィルタ４７の形成プロセスを省いて概ね同様の方法で製造することが可能である。ただし、サファイア基板２の裏面の研磨後に、受光溝２１を形成するプロセスおよび光学フィルタ４７を形成するプロセスが付加される。
【０１５３】
すなわち、表面処理を施した研磨後のサファイア基板２の裏面に、フォトリソグラフィーによりマスクを形成し、異方性エッチングにより受光溝２１を形成する。そして、表面処理を施した受光溝２１の底部２１ａに電子ビーム蒸着法により光学フィルタ４７を形成する。その後、ウエハ２０をサファイア基板２の単位に分割することで、光半導体デバイス１Ｃを製造することができる。
【０１５４】
［光半導体デバイス１Ｃの実装例］
次に、図２１〜図２３を参照して、光半導体デバイス１Ｃの実装例について説明する。
【０１５５】
図２１は、図２０に示される光半導体デバイス１Ｃの実装例を示す断面図である。図２１では、図１２の（ｂ）に示されるサブマウント９５に光半導体デバイス１Ｃを実装した状態を示している。
【０１５６】
図２１に示されるように、光半導体デバイス１Ｃは、ＬＥＤ構造体３ａおよびＰＤ構造体４ａなどが形成されたサファイア基板２の表面側をサブマウント９５に向けた状態で実装される。具体的には、光半導体デバイス１Ｃの陽極パッド３６・４６・４７および陰極パッド１４と、サブマウント９５の配線パターン９６とが、半田３８によって接続されている。
【０１５７】
図２２は、図２１に示されるサブマウント９５を示す平面図であり、図２３は、図２２に示されるサブマウント９５のＦ−Ｆ’断面図である。図２２および図２３に示されるように、サブマウント９５には、光半導体デバイス１Ｃの陽極パッド３６・４６・４７および陰極パッド１４と対応する位置に、配線パターン９６が形成されている。
【０１５８】
また、それぞれの配線パターン９６は、サブマウント９５の一辺に並んで配置されたワイヤボンディングパッド９８に繋がっている。
【０１５９】
ＬＥＤ領域３の陽極パッド３６と接触する配線パターン９６は、サブマウント９５と電気的に接するように配置されているが、ＰＤ領域４の陽極パッド４６と接触する配線パターン９６は、サブマウント９５と電気的に断線すべく、絶縁膜９７を介して形成されている。同様に、モニター領域７の陽極パッド４６や陰極パッド１４と接触する配線パターン９６も、サブマウント９５と電気的に断線すべく、絶縁膜９７を介して形成されている。
【０１６０】
これは、ＬＥＤ領域３の発熱をサブマウント９５に伝えるために、ＬＥＤ領域３の陽極パッド３６と接触する配線パターン９６を熱伝導率の低い絶縁膜９７を介さず直接サブマウント９５に接触させたものである。一方、他の配線パターン９６はこれと異なる電位を持つため、絶縁膜９７を介して配線パターン９６が形成されている。
【０１６１】
なお、絶縁性の材料（例えばダイヤモンド材料）からなるサブマウント９５を用いれば、前述の絶縁膜９７は不要であり、省略することができる。
【０１６２】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る光半導体デバイスは、生体の測定部位に照射される励起光を発生させる活性層を含む、半導体の積層構造を有するＬＥＤ構造体と、前記励起光の照射により前記測定部位から生じる蛍光を吸収する蛍光吸収層を含む、半導体の積層構造を有するＰＤ（光ダイオード）構造体とが基板（サファイア基板２）の一方の面上に形成されており、前記蛍光を入射させる前記ＰＤ構造体の入射面側に、該蛍光の波長範囲の光を選択的に透過させる光学フィルタが配置されていることを特徴とする。
【０１６３】
上記の構成では、ＬＥＤ構造体とＰＤ構造体とが同一の基板面に形成されているため、例えば、ＬＥＤおよびＰＤといった半導体デバイスを実装基板上に並べて実装する構成に比べて、ＬＥＤ構造体とＰＤ構造体との間隔を小さくすることができる。また、ＬＥＤおよびＰＤを実装基板上に配置する際の高精度な位置決めが不要となるため、配置プロセスに要するコストの増加を回避できるとともに、位置ずれに伴う蛍光の検出結果のばらつきを抑制することができる。
【０１６４】
一方、ＬＥＤ構造体とＰＤ構造体とを近接させた場合、ＬＥＤ構造体からの励起光がＰＤ構造体に入射し易くなるため、蛍光の検出精度が低下する可能性が考えられる。そこで、上記の構成では、蛍光を入射させるＰＤ構造体の入射面側に、該蛍光の波長範囲の光を選択的に透過させる光学フィルタが配置されている。これにより、励起光やその他の外光が吸収層に吸収されることを抑制することが可能となるので、蛍光の検出精度を向上させることができる。
【０１６５】
したがって、上記の構成によれば、蛍光の検出効率および検出精度を向上させた光半導体デバイスを安価に提供することができる。
【０１６６】
本発明の態様２に係る光半導体デバイスでは、上記態様１において、前記ＬＥＤ構造体と前記ＰＤ構造体との間に、前記励起光を遮断する遮光壁が形成されることが好ましい。
【０１６７】
上記の構成では、ＬＥＤ構造体とＰＤ構造体との間に形成された遮光壁によって、ＬＥＤ構造体から出射された励起光が、直接ＰＤ構造体に入射することを抑制することができる。
【０１６８】
したがって、上記の構成によれば、光半導体デバイスにおける検出精度を向上させることができる。
【０１６９】
本発明の態様３に係る光半導体デバイスでは、上記態様１または２において、前記ＬＥＤ構造体と前記ＰＤ構造体との間に、前記励起光を遮断する遮光溝が形成されていることが好ましい。
【０１７０】
上記の構成では、ＬＥＤ構造体とＰＤ構造体との間に形成された遮光溝によって、ＬＥＤ構造体から出射された励起光が、直接ＰＤ構造体に入射することを抑制することができる。
【０１７１】
したがって、上記の構成によれば、光半導体デバイスにおける検出精度を向上させることができる。
【０１７２】
本発明の態様４に係る光半導体デバイスでは、上記態様１から３のいずれかの態様において、前記ＬＥＤ構造体から出射された前記励起光の強度を検出するための検出構造体が前記基板の一方の面上にさらに形成されており、前記検出構造体は、前記励起光を吸収する励起光吸収層を含む半導体の積層構造を有していることが好ましい。
【０１７３】
上記の構成では、ＬＥＤ構造体から出射された励起光の強度を検出するための検出構造体が形成されているため、励起光の強度の検出結果に応じて、励起光の強度を調整するなどのフィードバック制御が可能となる。
【０１７４】
したがって、上記の構成によれば、励起光の強度を安定化させることができるため、外気温度変化や劣化に起因する蛍光の検出結果のばらつきを抑制して、蛍光の検出精度を向上させることができる。
【０１７５】
本発明の態様５に係る光半導体デバイスでは、上記態様１から４のいずれかの態様において、前記基板に対する前記ＬＥＤ構造体の積層方向に向けて前記励起光を出射し、且つ、前記ＰＤ構造体から前記基板に向かう方向の前記蛍光を受光しても良い。
【０１７６】
本発明の態様６に係る光半導体デバイスでは、上記態様５において、前記ＬＥＤ構造体は、前記活性層に対して前記基板側に、前記励起光の波長範囲の光を選択的に除去する除光層を含んでいることが好ましい。
【０１７７】
上記の構成では、活性層で発生した励起光のうち、基板方向に伝播した励起光を除光層によって取り除くことができるので、ＰＤ構造体に入射する励起光を低減することができる。
【０１７８】
したがって、上記の構成によれば、光半導体デバイスにおける検出精度を向上させることができる。
【０１７９】
本発明の態様７に係る光半導体デバイスでは、上記態様１から４のいずれかの態様において、前記基板は、光透過性を有しており、前記基板の一方の面と対向する他方の面側から、前記励起光を出射し、且つ、前記蛍光を受光しても良い。
【０１８０】
本発明の態様８に係る光半導体デバイスでは、上記態様７において、前記基板の他方の面に凹部が形成されており、前記凹部は、前記基板の他方の面から一方の面に向けて先細りした形状であり、前記凹部の底部と前記基板の一方の面との距離をａ、前記ＬＥＤ構造体と前記ＰＤ構造体との間隔をｂ、前記基板の面内方向における前記ＬＥＤ構造体の幅をｃとしたとき、前記凹部の側壁部と前記基板の他方の面とのなす角は、０．５×Ｔａｎ−１［（ｂ＋ｃ）／ａ］以上であることが好ましい。
【０１８１】
上記の構成によれば、側壁部と前記基板の他方の面とのなす角が０．５×Ｔａｎ−１［（ｂ＋ｃ）／ａ］以上とすることで、ＬＥＤ構造体から発せられた励起光が、凹部の側壁部に反射されてＰＤ構造体に入射することを抑制することが可能となる。
【０１８２】
本発明の態様９に係る光半導体デバイスでは、上記態様７または８において、前記基板と接する前記ＬＥＤ構造体の面と反対側の面に、実装用の電極パッドが配置されていることが好ましい。
【０１８３】
上記の構成によれば、基板と接するＬＥＤ構造体の面と反対側の面に配置された電極パッドを介して、光半導体デバイスを実装することができる。
【０１８４】
本発明の態様１０に係る光半導体デバイスでは、上記態様７から９のいずれかの態様において、前記ＰＤ構造体は、前記蛍光吸収層に対して前記基板側に、前記励起光の波長範囲の光を除去し、且つ、前記蛍光の波長範囲の光を透過させるＩｎＧａＮ層を含むことが好ましい。
【０１８５】
上記の構成によれば、蛍光吸収層と基板との間に配置されたＩｎＧａＮ層によって励起光を取り除こうことができるため、蛍光の検出精度を向上させることができる。
【０１８６】
本発明の態様１１に係る光半導体デバイスでは、上記態様１から１０のいずれかの態様において、前記半導体は、窒化物半導体であっても良い。
【０１８７】
本発明の態様１０に係る測定装置は、上記光半導体デバイスを備えていることが好ましい。
【０１８８】
上記の構成によれば、蛍光の検出効率および検出精度を向上させた測定装置を安価に提供することができる。
【０１８９】
〔補足〕
なお、本発明は、以下のように表現することもできる。すなわち、本発明に係る光半導体デバイスは、少なくとも、基板と、第一導電型半導体層と、第二導電型半導体層とがこの順に積層された光半導体デバイスにおいて、前記第一導電型半導体層と前記第二導電型半導体層の間に活性層を含むことにより構成された発光素子（ＬＥＤ）機能領域と、前記第一導電型半導体層と前記第二導電型半導体層の間に吸収層を含むことにより構成された受光素子（ＰＤ）機能領域とが、同一基板上に基板面に平行な方向に近接して配置されており、前記ＬＥＤ機能領域の積層方向表面側に励起光は放射され、対象物中の特定物質に起因した蛍光を前記ＰＤ機能領域の積層方向表面側から受光する機構を有しており、更に前記ＰＤ機能領域の吸収層より表面側に、前記ＬＥＤ機能領域からの励起光の中心波長を概ね遮断し、前記特定物質に起因した蛍光を概ね透過する光学フィルタ層が形成されていることを特徴とする。
【０１９０】
また、本発明に係る光半導体デバイスでは、前記ＬＥＤ機能領域と前記ＰＤ機能領域の間には、前記ＬＥＤ機能領域からの励起光の中心波長光を概ね遮断する遮光壁が形成されていても良い。
【０１９１】
また、本発明に係る光半導体デバイスでは、前記ＬＥＤ機能領域と前記ＰＤ機能領域の間には、前記ＬＥＤ機能領域からの励起光の中心波長光を概ね遮断する遮光溝が形成されていても良い。
【０１９２】
また、本発明に係る光半導体デバイスでは、前記ＬＥＤ機能領域において、活性層と基板の間に、前記ＬＥＤ機能領域からの励起光の中心波長光を概ね吸収する吸収層が形成されていても良い。
【０１９３】
また、本発明に係る光半導体デバイスでは、前記ＬＥＤ機能領域との間に、前記ＬＥＤ機能領域からの励起光の中心波長光を遮断する遮光壁や遮光溝が形成されていないＰＤ機能領域が、前記ＬＥＤ機能領域や前記ＰＤ機能領域と同一基板上に基盤面に平行な方向に配置されていても良い。
【０１９４】
また、本発明に係る光半導体デバイスは、少なくとも、基板と、第一導電型半導体層と、第二導電型半導体層とがこの順に積層された光半導体デバイスにおいて、前記第一導電型半導体層と前記第二導電型半導体層の間に活性層を含むことにより構成された発光素子（ＬＥＤ）機能領域と、前記第一導電型半導体層と前記第二導電型半導体層の間に吸収層を含むことにより構成された受光素子（ＰＤ）機能領域とが、同一基板上に基板面に平行な方向に近接して配置されており、前記ＬＥＤ機能領域の積層方向裏面側に励起光は放射され、対象物中の特定物質に起因した蛍光を前記ＰＤ機能領域の積層方向裏面側から受光する機構を有しており、更に前記ＰＤ機能領域の吸収層より裏面側に、前記ＬＥＤ機能領域からの発光の中心波長を概ね遮断し、前記特定物質に起因した蛍光を透過する光学フィルタ層が形成されていることを特徴とする。
【０１９５】
また、本発明に係る光半導体デバイスでは、基板裏面をエッチングされることにより形成されたエッチング底面が、前記ＰＤ機能領域直下の概略全面となっている受光窓を含むと共に、底面と基板―半導体層界面の距離をａ、発光部と受光部の間隔をｂ、発光部の幅をｃとしたとき、受光窓側面と基板面の成す角は０．５×Ｔａｎ−１［（ｂ＋ｃ）／ａ］以上となっていても良い。
【０１９６】
また、本発明に係る光半導体デバイスでは、前記ＬＥＤ機能領域の積層方向表面側の概略全面に、ボンディングパッドが形成されていても良い。
【０１９７】
また、本発明に係る光半導体デバイスでは、前記ＰＤ機能領域において、吸収層と基板の間に、前記ＬＥＤ機能領域からの励起光の中心波長光を概ね吸収し、測定対象となる蛍光の中心波長光を概ね透過させるべく混晶比が適正に調整されたＩｎＧａＮ層が形成されていても良い。
【０１９８】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１９９】
本発明は、皮膚に励起光を照射し、皮膚中の物質に起因する蛍光を検出することにより、皮膚の状態を測定するための測定装置に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０２００】
１Ａ  光半導体デバイス
１ａ  光半導体デバイス
１Ｂ  光半導体デバイス
１Ｃ  光半導体デバイス
２    サファイア基板（基板）
３    ＬＥＤ領域
３ａ  ＬＥＤ構造体
４    ＰＤ領域
４ａ  ＰＤ構造体
５    遮光壁
６    遮光溝
７    モニター領域
７ａ  検出構造体
１０Ａ  測定装置
１０Ｂ  測定装置
１１    バッファ層（除光層・ＩｎＧａＮ層）
２１    受光溝（凹部）
２１ａ  底部
２１ｂ  側壁部
３２  活性層
３６  陽極パッド（電極パッド）
４２  蛍光吸収層
θ    角度
【図１】
2014136119.tif 000004
【図２】
2014136119.tif 000005
【図３】
2014136119.tif 000006
【図４】
2014136119.tif 000007
【図５】
2014136119.tif 000008
【図６】
2014136119.tif 000009
【図７】
2014136119.tif 000010
【図８】
2014136119.tif 000011
【図９】
2014136119.tif 000012
【図１０】
2014136119.tif 000013
【図１１】
2014136119.tif 000014
【図１２】
2014136119.tif 000015
【図１３】
2014136119.tif 000016
【図１４】
2014136119.tif 000017
【図１５】
2014136119.tif 000018
【図１６】
2014136119.tif 000019
【図１７】
2014136119.tif 000020
【図１８】
2014136119.tif 000021
【図１９】
2014136119.tif 000022
【図２０】
2014136119.tif 000023
【図２１】
2014136119.tif 000024
【図２２】
2014136119.tif 000025
【図２３】
2014136119.tif 000026