(57)【要約】【課題】配光角をより狭くすることが可能な紫外線発光素子を提供する。【解決手段】紫外線発光素子１０は、サファイア基板１と、サファイア基板１の第１面上に形成されたバッファ層２と、バッファ層２上に形成された第１導電型ＡｌＧａＮ層３と、第１導電型ＡｌＧａＮ層３上に形成された発光層４と、発光層４上に形成された第２導電型ＡｌＧａＮ層５と、を備える。発光層４は、発光ピーク波長が２５０ｎｍ〜２９０ｎｍの紫外波長域にある紫外線を放射するように構成されたＡｌＧａＮ層４１を備える。バッファ層２は、ＡｌＮ層により構成される。また、紫外線発光素子１０は、サファイア基板１の第２面が紫外線を出射させる光取り出し面を構成している。また、紫外線発光素子１０は、紫外線に対するＡｌＮ層の屈折率が、紫外線に対する発光層４及び第１導電型ＡｌＧａＮ層３それぞれの屈折率よりも高い。【選択図】図１
2015119108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア基板と、前記サファイア基板の第１面上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成された第１導電型ＡｌＧａＮ層と、前記第１導電型ＡｌＧａＮ層上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された第２導電型ＡｌＧａＮ層と、を備え、
前記発光層は、発光ピーク波長が２５０ｎｍ〜２９０ｎｍの紫外波長域にある紫外線を放射するように構成されたＡｌＧａＮ層を備え、
前記バッファ層は、ＡｌＮ層により構成され、
前記サファイア基板の第２面が前記紫外線を出射させる光取り出し面を構成し、
前記紫外線に対する前記ＡｌＮ層の屈折率が、前記紫外線に対する前記発光層及び前記第１導電型ＡｌＧａＮ層それぞれの屈折率よりも高い、
ことを特徴とする紫外線発光素子。
【請求項２】
前記ＡｌＮ層は、前記紫外線に対する屈折率が２．５５以上、３．０以下である、
ことを特徴とする請求項１記載の紫外線発光素子。
【請求項３】
前記ＡｌＮ層は、前記紫外線に対する屈折率が２．６以上、２．８５以下である、
ことを特徴とする請求項２記載の紫外線発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線を放射する紫外線発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の紫外線発光素子としては、例えば、２４０ｎｍ乃至３６０ｎｍの深紫外線（deep ultraviolet）光を生成する紫外線発光素子が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
また、発光装置としては、図１０に示すように、ＬＥＤチップ１１０と、実装基板１２０と、リフレクタ１４０と、封止部１５０と、レンズ１６０と、を備えた発光装置１０１が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１２５９６８号公報
【特許文献２】特開２００７−８８０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発光装置１０１は、所望の配光特性を得るために、リフレクタ１４０及びレンズ１６０を必要としている。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、配光角をより狭くすることが可能な紫外線発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の紫外線発光素子は、サファイア基板と、前記サファイア基板の第１面上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成された第１導電型ＡｌＧａＮ層と、前記第１導電型ＡｌＧａＮ層上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された第２導電型ＡｌＧａＮ層と、を備える。前記発光層は、発光ピーク波長が２５０ｎｍ〜２９０ｎｍの紫外波長域にある紫外線を放射するように構成されたＡｌＧａＮ層を備える。前記バッファ層は、ＡｌＮ層により構成される。また、本発明の紫外線発光素子は、前記サファイア基板の第２面が前記紫外線を出射させる光取り出し面を構成している。また、本発明の紫外線発光素子は、前記紫外線に対する前記ＡｌＮ層の屈折率が、前記紫外線に対する前記発光層及び前記第１導電型ＡｌＧａＮ層それぞれの屈折率よりも高い。
【０００８】
この紫外線発光素子において、前記ＡｌＮ層は、前記紫外線に対する屈折率が２．５５以上、３．０以下であるのが好ましい。
【０００９】
この紫外線発光素子において、前記ＡｌＮ層は、前記紫外線に対する屈折率が２．６以上、２．８５以下であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の紫外線発光素子においては、前記ＡｌＮ層の屈折率が、前記発光層及び前記第１導電型ＡｌＧａＮ層それぞれの屈折率よりも高いので、前記サファイア基板の前記第２面から出射される前記紫外線の配光角をより狭くすることが可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施形態の紫外線発光素子の概略斜視図である。
【図２】図２は、実施形態の紫外線発光素子において発光層から放射される紫外線の進行方向の模式的な説明図である。
【図３】図３は、実施形態の紫外線発光素子におけるＡｌＮ層の模式的な説明図である。
【図４】図４は、実施形態の紫外線発光素子に利用するＡｌＮ層の透過率の測定方法の模式的な説明図である。
【図５】図５は、実施形態の紫外線発光素子に利用するＡｌＮ層に関して、波長と透過率の測定値との関係を示す図である。
【図６】図６は、実施形態の紫外線発光素子に利用するＡｌＮ層に関して、波長と透過率の測定値及びシミュレーション値との関係を示す図である。
【図７】図７は、実施形態の紫外線発光素子に利用するＡｌＮ層の屈折率と、参考例のＡｌＮ層の屈折率と、の比較図である。
【図８】図８は、実施形態の紫外線発光素子に利用するＡｌＮ層の屈折率の求め方の模式的な説明図である。
【図９】図９は、比較例の紫外線発光素子において発光層から放射される紫外線の進行方向の模式的な説明図である。
【図１０】図１０は、従来例の発光装置を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、本実施形態の紫外線発光素子１０について、図１〜７に基づいて説明する。
【００１３】
紫外線発光素子１０は、サファイア基板１と、サファイア基板１の第１面１ａ（図２、３参照）上に形成されたバッファ層２と、を備える。また、紫外線発光素子１０は、バッファ層２上に形成された第１導電型ＡｌＧａＮ層３と、第１導電型ＡｌＧａＮ層３上に形成された発光層４と、発光層４上に形成された第２導電型ＡｌＧａＮ層５と、を備える。発光層４は、発光ピーク波長が２５０ｎｍ〜２９０ｎｍの紫外波長域にある紫外線を放射するように構成されたＡｌＧａＮ層４１を備える。バッファ層２は、ＡｌＮ層により構成される。また、紫外線発光素子１０は、サファイア基板１の第２面１ｂ（図２、３参照）が紫外線を出射させる光取り出し面を構成している。また、紫外線発光素子１０は、紫外線に対するＡｌＮ層の屈折率が、紫外線に対する発光層４及び第１導電型ＡｌＧａＮ層３それぞれの屈折率よりも高い。よって、紫外線発光素子１０は、サファイア基板１の第２面１ｂから出射される紫外線の配光角をより狭くすることが可能になる。サファイア基板１の第２面１ｂは、サファイア基板１の第１面１ａとは反対側の表面である。
【００１４】
紫外線発光素子１０は、第１導電型ＡｌＧａＮ層３に電気的に接続された第１電極７と、第２導電型ＡｌＧａＮ層５に電気的に接続された第２電極８と、を備える。
【００１５】
紫外線発光素子１０は、第１導電型ＡｌＧａＮ層３が、ｎ型ＡｌＧａＮ層により構成され、第２導電型ＡｌＧａＮ層５が、ｐ型ＡｌＧａＮ層により構成されているのが、好ましい。この場合、紫外線発光素子１０は、第２導電型ＡｌＧａＮ層上に、第２導電型コンタクト層６を備え、第２電極８が、第２導電型コンタクト層６上に形成されているのが好ましい。なお、紫外線発光素子１０は、第１導電型ＡｌＧａＮ層３が、ｐ型ＡｌＧａＮ層により構成され、第２導電型ＡｌＧａＮ層５が、ｎ型ＡｌＧａＮ層により構成されていてもよい。
【００１６】
紫外線発光素子１０は、サファイア基板１の第１面１ａ側に、バッファ層２を介して、第１導電型ＡｌＧａＮ層３と、発光層４と、第２導電型ＡｌＧａＮ層５と、を備える多層構造９が形成されている。多層構造９は、第２導電型コンタクト層６を備えていてもよい。
【００１７】
紫外線発光素子１０は、多層構造９の一部を多層構造９の表面９ａ側から第１導電型ＡｌＧａＮ層３の途中までエッチングすることで形成されたメサ構造（mesa structure）１１を有している。そして、紫外線発光素子１０は、第１導電型ＡｌＧａＮ層３の表面３ａ上に第１電極７が形成されている。紫外線発光素子１０は、メサ構造１１の上面１１ａの一部と側面と第１導電型ＡｌＧａＮ層３の表面３ａの一部とに跨って絶縁膜（図示せず）が形成されているのが好ましい。絶縁膜の材料としては、例えば、ＳｉＯ２等を採用することができる。
【００１８】
紫外線発光素子１０は、２５０ｎｍ〜２９０ｎｍの紫外波長域に発光ピーク波長を有する紫外線ＬＥＤ(Light Emitting Diode)チップであるのが好ましい。これにより、紫外線発光素子１０は、例えば、高効率白色照明、殺菌、医療、環境汚染物質を高速で処理する用途等の分野で、利用することができ、特に、殺菌の分野で好適に用いることができる。
【００１９】
サファイア基板１は、例えば、第１面１ａが、（０００１）面のサファイア基板が好ましい。つまり、サファイア基板１は、ｃ面サファイア基板（α−Ａｌ２Ｏ３基板）が好ましい。また、サファイア基板１の第１面１ａは、（０００１）面からのオフ角が、０〜０．３°のものが好ましい。サファイア基板１の第１面１ａは、ｃ面に限らず、例えば、ｍ面、ａ面、Ｒ面等を採用することもできる。
【００２０】
バッファ層２は、貫通転位を減少させることを目的として設けた層であり、厚さが薄すぎると、貫通転位の減少が不十分となりやすく、厚さが厚すぎると格子不整合に起因したクラックが発生する懸念がある。このため、バッファ層２の厚さは、例えば、５００ｎｍ〜１０μｍ程度の範囲で設定するのが好ましく、１μｍ〜５μｍの範囲で設定するのが、より好ましい。バッファ層２の厚さは、４μｍに設定してあるが、一例であり、特に限定するものではない。
【００２１】
第１導電型ＡｌＧａＮ層３の組成比は、発光層４で発光する紫外線を効率良く放出できるように設定するのが好ましい。第１導電型ＡｌＧａＮ層３の厚さは、一例として２μｍに設定してあるが、特に限定するものではない。第１導電型ＡｌＧａＮ層３は、ｎ型ＡｌＧａＮ層により構成する場合、ドナー不純物として、例えば、Ｓｉが好ましい。第１導電型ＡｌＧａＮ層３は、単層構造に限らず、例えば、互いにＡｌの組成比の異なる複数のｎ型ＡｌＧａＮ層の積層構造でもよい。
【００２２】
発光層４は、ＡｌＧａＮ層４１を含む量子井戸構造を有しているのが好ましい。この場合、量子井戸構造は、ＡｌＧａＮ層４１が井戸層を構成し、ＡｌＧａＮ層４１よりもＡｌの組成比の大きなＡｌＧａＮ層４２が障壁層を構成するのが好ましい。発光層４は、ＡｌＧａＮ層４１のＡｌの組成比を変化させることにより、発光ピーク波長を２１０ｎｍ〜３６０ｎｍの範囲で任意の発光ピーク波長に設定することが可能である。例えば、所望の発光ピーク波長が２７０ｎｍである場合には、III族元素に関して、Ａｌの組成比を０．５０程度に設定すればよい。
【００２３】
量子井戸構造は、多重量子井戸構造でもよいし、単一量子井戸構造でもよい。また、井戸層及び障壁層それぞれの厚さは、特に限定するものではない。ただし、発光層４は、井戸層の厚さが厚すぎると、井戸層に注入された電子及び正孔が、量子井戸構造における格子不整合に起因するピエゾ電界に起因して、空間的に分離してしまい、発光効率が低下する。また、発光層４は、井戸層の厚さが薄すぎる場合、キャリアの閉じ込め効果が低下し、発光効率が低下する。このため、井戸層の厚さは、１ｎｍ〜５ｎｍ程度が好ましく、１．３ｎｍ〜３ｎｍ程度が、より好ましい。また、障壁層の厚さは、例えば、５ｎｍ〜１５ｎｍ程度の範囲で設定することが好ましい。紫外線発光素子１０では、一例として、井戸層の厚さを２ｎｍに設定し、障壁層の厚さを１０ｎｍに設定してあるが、これらの厚さに限定するものではない。紫外線発光素子１０は、発光層４が量子井戸構造を有した構成に限らず、例えば、発光層４が第１導電型ＡｌＧａＮ層３と第２導電型ＡｌＧａＮ層５とで挟まれたダブルヘテロ構造でもよい。
【００２４】
第２導電型ＡｌＧａＮ層５は、例えば、互いにＡｌの組成比の異なるｐ型ＡｌＧａＮ層５１、５２の積層構造を有しているのが好ましい。ｐ型ＡｌＧａＮ層５１は、ｐ型ＡｌＧａＮ層５２よりもＡｌの組成比が高いのが好ましい。ｐ型ＡｌＧａＮ層５１の厚さについては、Ａｌの組成比や正孔濃度等の値によって適した厚さが変化するので、一概には言えないが、１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で設定することが好ましい。ｐ型ＡｌＧａＮ層５２の組成比は、発光層４で発光する紫外線の吸収を抑制できる組成比であれば、特に限定するものではない。ｐ型ＡｌＧａＮ層５２の厚さは、２００ｎｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以下が、より好ましい。紫外線発光素子１０では、一例として、ｐ型ＡｌＧａＮ層５１の厚さを４ｎｍ、ｐ型ＡｌＧａＮ層５２の厚さを７ｎｍに設定している。ｐ型ＡｌＧａＮ層５１及びｐ型ＡｌＧａＮ層５２のアクセプタ不純物としては、例えば、Ｍｇが好ましい。第２導電型ＡｌＧａＮ層５は、２つのｐ型ＡｌＧａＮ層５１、５２の積層構造に限らず、例えば、互いにＡｌの組成比の異なる３つ以上のｐ型ＡｌＧａＮ層の積層構造でもよいし、１つのｐ型ＡｌＧａＮ層の単層構造でもよい。
【００２５】
第２導電型コンタクト層６は、第２電極８との接触抵抗を下げ、第２電極８との良好なオーミック接触を得るために設けてある。第２導電型コンタクト層６は、ｐ形ＧａＮ層により構成してある。第２導電型コンタクト層６の厚さは、４００ｎｍに設定してあるが、これに限らず、例えば、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲で設定すればよい。
【００２６】
紫外線発光素子１０のチップサイズは、４００μｍ□（４００μｍ×４００μｍ）に設定してあるが、これに限らない。チップサイズは、例えば、２００μｍ□（２００μｍ×２００μｍ）〜１ｍｍ□（１ｍｍ×１ｍｍ）程度の範囲で適宜設定することができる。また、紫外線発光素子１０の平面形状は、正方形状に限らず、例えば、長方形状等でもよい。紫外線発光素子１０の平面形状が、長方形状の場合、紫外線発光素子１０のチップサイズは、例えば、５００μｍ×２４０μｍとすることができる。
【００２７】
多層構造９は、エピタキシャル成長法により形成することができる。エピタキシャル成長法としては、ＭＯＶＰＥ（metal organic vapor phase epitaxy）法を採用するのが好ましい。ＭＯＶＰＥ法としては、減圧ＭＯＶＰＥ法を採用するのが好ましい。
【００２８】
紫外線発光素子１０は、上述のように、バッファ層２を構成するＡｌＮ層の屈折率を、発光層４の屈折率よりも大きくしてある。
【００２９】
雰囲気温度が３００Ｋにおける、２５０ｎｍ〜２９０ｎｍの紫外波長域の紫外線に対するＡｌＮの屈折率は、例えば、参考文献１〔Optical constants of crystalline and amorphous semiconductors, Sadao Adachi, pg150〕のTable B5-1から推測することができる。本願発明者らは、Table B5-1で開示されている、「Photon energy〔eV〕」と「n value」との関係において、Photon energy〔eV〕をＥp〔eV〕として、下記の式（１）により、波長λ〔nm〕に換算した。
【００３０】
【数１】
2015119108.tif 000003
その結果、本願発明者らは、雰囲気温度が３００Ｋにおける、２５０ｎｍ〜２９０ｎｍの紫外波長域の紫外線に対するＡｌＮの屈折率が、２５０ｎｍ〜２９０ｎｍの紫外波長域の紫外線に対するＡｌＧａＮの屈折率よりも低いことを確認した。
【００３１】
また、本願発明者らは、バッファ層２を構成するＡｌＮ層の結晶性の向上を図るためにＡｌＮ層の成長方法について鋭意、研究開発を行った。その結果、本願発明者らは、バッファ層２として、第１導電型ＡｌＧａＮ層３及び発光層４よりも屈折率の高いＡｌＮ層を形成することができるという知見を得た。なお、ＡｌＮ層の結晶性については、例えば、Ｘ線回折によるロッキングカーブ測定を行ない、その半値幅により評価することができる。また、ＡｌＮ層の結晶性については、例えば、断面ＴＥＭ（transmission electron microscope）像から求めた貫通転位密度により評価することができる。
【００３２】
例えば、バッファ層２を構成するＡｌＮ層は、図３に示すように、第１ＡｌＮ層２１と、第２ＡｌＮ層２２とを交互に積層することにより、形成されている。第１ＡｌＮ層２１は、減圧ＭＯＶＰＥ法において、第１プロセス条件で形成されている。第２ＡｌＮ層２２は、減圧ＭＯＶＰＥ法において、第２第２プロセス条件で形成されている。第１プロセス条件と第２プロセス条件とは、原料ガスの供給方法が異なる。
【００３３】
第１プロセス条件及び第２プロセス条件では、Ａｌの原料ガスとして、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を採用するのが好ましい。また、第１プロセス条件及び第２プロセス条件では、Ｎの原料ガスとして、ＮＨ3を採用するのが好ましい。
【００３４】
第１プロセス条件では、原料ガスの供給方法として、ＴＭＡを連続して一定量で供給し且つＮＨ３を間欠的に供給する方法（以下、「パルス供給法」という。）を採用している。
【００３５】
また、第２プロセス条件では、ＴＭＡを連続して第１の一定量で供給し且つＮＨ3を連続して第２の一定量で供給する方法（以下、「同時供給法」という。）を採用している。同時供給法では、所定の成長時間の間、ＴＭＡとＮＨ３とを同時に供給する。ＴＭＡとＮＨ３とのモル比を表すＶ/III比は、パルス供給法、同時供給法、のいずれの場合でも、１以上５０００以下であることが好ましい。本願発明者らは、パルス供給法のほうが、同時供給法に比べて、サファイア基板１の第１面１ａ側に供給されるＡｌ原子の拡散を促進させることが可能になると推考した。また、本願発明者らは、減圧ＭＯＶＰＥ法によりバッファ層２を形成する際に、第１プロセス条件と第２プロセス条件とを交互に繰り返すことにより、結果的に、バッファ層を構成するＡｌＮ層の結晶性を向上させることが可能になると推考した。
【００３６】
ところで、本願発明者らは、ＡｌＮ層の屈折率を調べるために、サファイア基板１上にＡｌＮ層からなるバッファ層２を形成したサンプルを作製した。そして、本願発明者らは、図４に示すように、標準光源から、サンプルのバッファ層２の表面に対して垂直方向から光を照射し、サンプルのサファイア基板１の第２面１ｂから出射した光を分光光度計で測定することで、サンプルの透過率を測定した。透過率の測定を行う際のサンプルの雰囲気の温度は、３００Ｋとした。図４中の白抜きの矢印は、光の照射方向を模式的に示している。図５は、波長と透過率の測定値との関係を示している。図５は、横軸が波長、縦軸が透過率である。
【００３７】
次に、本願発明者らは、透過率の測定値の妥当性を評価するために、透過率の測定値とシミュレーション値との比較検討を行った。図６は、バッファ層２を構成するＡｌＮ層に関して、波長と透過率の測定値及びシミュレーション値との関係を示す図である。図６は、横軸が波長、縦軸が透過率である。また、図６では、透過率の測定値を太い実線Ａ１で示し、透過率のシミュレーション値を細い実線Ａ２で示してある。
【００３８】
図７は、バッファ層２を構成するＡｌＮ層の屈折率と、参考例のＡｌＮの屈折率と、の比較図である。参考例のＡｌＮの屈折率の波長依存性については、参考文献１のTable B5-1から求めた。
【００３９】
バッファ層２を構成するＡｌＮ層の屈折率は、下記の式（２）から求めた。
【００４０】
【数２】
2015119108.tif 000004
式（２）において、ｄは、ＡｌＮ層の厚さ〔nm〕である。式（２）において、ｎは、ＡｌＮ層の屈折率である。式（２）において、λ１、λ２は、図８に示す模式図に示すように、任意の波長〔nm〕に対する屈折率を求める際に前記任意の波長を中心波長とする計算波長範囲の始点の波長〔nm〕、終点の波長〔nm〕それぞれである。式（１）において、ｐは、計算波長範囲の干渉波の山の数である。図８では、山の数が３である。
【００４１】
図７から、バッファ層２を構成するＡｌＮ層の、紫外線に対する屈折率が、参考例のＡｌＮの、紫外線に対する屈折率よりも高くなっていることが分かる。
【００４２】
本願発明者らは、市販の薄膜設計ソフトウェア（「ＯＰＴＡＳ−ＦＩＬＭ」）を使用し、式（２）で求められた屈折率から透過率をシミュレーションで求めた。そして、本願発明者らは、透過率のシミュレーション値が、上述の図６の細い実線Ａ２で示すように、図６の太い実線Ａ１で示す測定値と整合していることを確認した。
【００４３】
図９は、比較例の紫外線発光素子３０において多層構造９から放射される紫外線の進行方向の模式的な説明図である。図９では、紫外線の進行経路を矢印で示してある。
【００４４】
比較例の紫外線発光素子３０は、基本構成が実施形態の紫外線発光素子１０と略同じである。紫外線発光素子３０は、サファイア基板１と多層構造９との間に介在するバッファ層２０を構成するＡｌＮ層の、紫外線に対する屈折率が、紫外線に対する発光層４及び第１導電型ＡｌＧａＮ層３それぞれの屈折率よりも小さい点が紫外線発光素子１０と相違する。
【００４５】
比較例の紫外線発光素子３０は、発光層４から放射される紫外線に対して、第１導電型ＡｌＧａＮ層３の屈折率が２．５、バッファ層２０を構成するＡｌＮ層の屈折率が２．３、サファイア基板１の屈折率が１．７８である。このため、比較例の紫外線発光素子３０は、発光層４から放射される紫外線のうち、第１導電型ＡｌＧａＮ層３とバッファ層２０との第１界面３２に第１臨界角（約６７度）よりも大きな入射角で入射する紫外線が、第１界面３２で全反射される。また、比較例の紫外線発光素子３０は、発光層４から放射される紫外線のうち、バッファ層２０とサファイア基板１との第２界面３３に第３臨界角（約５１度）よりも大きな入射角入射する紫外線が、第２界面３３で全反射される。
【００４６】
これに対して、図２は、本実施形態の紫外線発光素子１０において多層構造９から放射される紫外線の進行方向の模式的な説明図である。図２では、紫外線の進行経路を矢印で示してある。
【００４７】
紫外線発光素子１０は、発光層４から放射される紫外線に対して、第１導電型ＡｌＧａＮ層３の屈折率が２．５、バッファ層２を構成するＡｌＮ層の屈折率が２．６５、サファイア基板１の屈折率が１．７８である。このため、紫外線発光素子１０は、発光層４から放射される紫外線が、第１導電型ＡｌＧａＮ層３とバッファ層２との第１界面１２で全反射されるのを防止することが可能となる。また、紫外線発光素子１０は、発光層４から放射される紫外線のうち、バッファ層２とサファイア基板１との第２界面１３に臨界角（約４２度）よりも大きな入射角で入射する紫外線が、第２界面１３で全反射される。よって、紫外線発光素子１０は、比較例の紫外線発光素子３０よりも狭角配光とすることが可能となる。
【００４８】
これにより、紫外線発光素子１０は、リフレクタ及びレンズを用いることなくサファイア基板１の第２面１ｂから出射される紫外線の配光角をより狭くすることが可能になる。紫外線発光素子１０は、比較例の紫外線発光素子３０よりも光取り出し効率が低下する。しかしながら、紫外線発光素子１０は、リフレクタ及びレンズを用いることなく紫外線発光素子３０に比べて配光角を狭くすることが可能となるので、リフレタ及びレンズに起因した光損失をなくすことが可能となる。
【００４９】
紫外線発光素子１０において、バッファ層２を構成するＡｌＮ層は、発光層４から放射される紫外線に対する屈折率が２．５５以上、３．０以下であるのが、好ましい。これにより、紫外線発光素子１０は、発光ピーク波長を２９０ｎｍ〜２４０ｎｍとすることができ、例えば、殺菌等の用途に有用な紫外線を放射することが可能となる。
【００５０】
また、紫外線発光素子１０において、バッファ層２を構成するＡｌＮ層は、発光層４から放射される紫外線に対する屈折率が２．６以上、２．８５以下であるのが、より好ましい。これにより、紫外線発光素子１０は、２８０ｎｍ〜２５０ｎｍとすることができ、特に、殺菌の用途に有用な紫外線を放射することが可能となる。
【００５１】
なお、紫外線発光素子１０は、紫外線ＬＥＤチップに限らず、紫外線ＬＤ（Laser Diode）チップでもよい。
【００５２】
上述の実施形態において説明した各図は、模式的なものであり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際のものの寸法比を反映しているとは限らない。また、実施形態に記載した材料、数値等は、好ましいものを例示しているだけであり、それに限定するものではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１  サファイア基板
１ａ  第１面
１ｂ  第２面
２  バッファ層
３  第１導電型ＡｌＧａＮ層
４  発光層
５  第２導電型ＡｌＧａＮ層
１０  紫外線発光素子
４１  ＡｌＧａＮ層
【図１】
2015119108.tif 000005
【図２】
2015119108.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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