(57)【要約】【課題】従来の蛍光管式光線治療システムの欠点を補い、小型軽量で持ち運び可能、かつ撮影システムとの組み合わせによる皮膚疾患部のみへの局部照射が可能な光線治療システム及び光線治療方法を提供する。【解決手段】半導体紫外線発光素子を準備し、この半導体紫外線発光素子から所定の紫外線を生成及び発振させて疾患部位に照射し、前記疾患部位を治療する。【選択図】図１
2007151807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体紫外線発光素子を準備する工程と、
前記半導体紫外線発光素子から所定の紫外線を生成及び発振させて疾患部位に照射し、前記疾患部位を治療する工程と、
を具えることを特徴とする、半導体発光素子による光線治療方法。
【請求項２】
前記半導体紫外線発光素子は、前記紫外線を前記疾患部位上において走査させて使用することを特徴とする、請求項１に記載の半導体発光素子による光線治療方法。
【請求項３】
前記半導体紫外線発光素子は複数の半導体紫外線発光素子を含み、これら半導体紫外線発光素子がアレイ状に配列されてなり、前記複数の半導体紫外線発光素子の、前記疾患部位に対応する部分のみをオンし、前記疾患部位の全体に前記紫外線を照射することを特徴とする、請求項１に記載の半導体発光素子による光線治療方法。
【請求項４】
前記半導体発光素子は、３５０ｎｍ〜３９０ｎｍの範囲、３０５ｎｍ〜３１５ｎｍの範囲及び２００ｎｍ〜３０５ｎｍの範囲の少なくとも１つの範囲においてピーク波長を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療方法。
【請求項５】
前記半導体発光素子による紫外線照射量が1mW/ｃｍ２以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療方法。
【請求項６】
前記半導体発光素子による紫外線照射量が10W/ｃｍ２以下であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療方法。
【請求項７】
前記疾患部位は皮膚疾患部位であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療方法。
【請求項８】
前記疾患部位は、難治性湿疹、異汗性湿疹、皮膚Ｔ細胞リンパ腫、アトピー性皮膚炎、円形脱毛症、ケロイド、瘢痕、皮膚萎縮線状（ストレッチマーク）、強皮症、白斑、乾癬、掌蹠膿疱症、慢性湿疹、アトピー性皮膚炎から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする、請求項７に記載の半導体発光素子による光線治療方法。
【請求項９】
前記疾患部位は、前記紫外線に対する被照射体を撮像して所定の撮像データを得、この撮像データに基づいて特定することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療方法。
【請求項１０】
前記半導体紫外線発光素子は、5×1017cm-3より大きなキャリア密度を有し、AlNモル分率が0.15より大きいことによって特定されるp型AlGaN層、p型AlGaNクラッド層及びp型AlGaNブロッキング層の少なくとも一方として含むことを特徴とする、AlGaN系半導体発光素子であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療方法。
【請求項１１】
前記半導体紫外線発光素子は、所定の基板上において、AlN層、AlGaN層、AlGaN(11−22)ファセット上に形成されたAlN層、ｎ型AlGaN平坦化層、AlGaN活性層、前記p型AlGaNブロッキング層、及び前記p型AlGaNクラッド層を順次に具えることを特徴とする、請求項１０に記載の半導体発光素子による光線治療方法。
【請求項１２】
前記半導体紫外線発光素子は、所定の基板上において、AlN層、AlGaN層、AlGaN(11−22)ファセット上に形成されたAlN層、ｎ型AlGaN平坦化層、第１のAlGaNガイド層、AlGaN活性層、第２のAlGaNガイド層、前記p型AlGaNブロッキング層、及び前記p型AlGaNクラッド層を順次に具えることを特徴とする、請求項１０に記載の半導体発光素子による光線治療方法。
【請求項１３】
前記半導体紫外線発光素子は、前記p型AlGaNブロッキング層及び前記p型AlGaNクラッド層に隣接して形成された電流狭窄層を有し、リッジ型を呈することを特徴とする、請求項１２に記載の半導体発光素子による光線治療方法。
【請求項１４】
前記ｐ型AlGaN層は、(0002)回折のX線ロッキングカーブの半値幅が800秒以下であることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療方法。
【請求項１５】
前記ｐ型AlGaN層は、(10-10)回折のX線ロッキングカーブの半値幅が1000秒以下であることを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療方法。
【請求項１６】
前記ｐ型AlGaN層は、転位密度が5×109cm-2以下であることを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療方法。
【請求項１７】
前記ｐ型AlGaN層は、ヘビーホールのバンド帯をHH、ライトホールのバンド帯をLH、及び結晶場分裂ホールのバンド帯をCHとすると、これらバンド帯のエネルギーが、CH≧HH,  LHなる関係を満足することを特徴とする、請求項１０〜１６のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療方法。
【請求項１８】
前記p型AlGaN層は、キャリア密度が１×108cm−3以上であることを特徴とする、請求項１０〜１７のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療方法。
【請求項１９】
前記疾患部位を有し、前記紫外線に対する被照射体は人体を除く動物であることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療方法。
【請求項２０】
所定の紫外線を生成及び発振させるための半導体紫外線発光素子を具え、
前記紫外線を疾患部位に照射し、前記疾患部位を治療するように構成したことを特徴とする、半導体発光素子による光線治療システム。
【請求項２１】
前記半導体紫外線発光素子は、前記紫外線を前記疾患部位上において走査させて使用するように構成したことを特徴とする、請求項２０に記載の半導体発光素子による光線治療システム。
【請求項２２】
前記半導体紫外線発光素子は複数の半導体紫外線発光素子を含み、これら半導体紫外線発光素子がアレイ状に配列されてなり、前記複数の半導体紫外線発光素子の、前記疾患部位に対応する部分のみをオンし、前記疾患部位の全体に前記紫外線を照射するように構成したことを特徴とする、請求項２０に記載の半導体発光素子による光線治療システム。
【請求項２３】
前記半導体発光素子は、３５０ｎｍ〜３９０ｎｍの範囲、３０５ｎｍ〜３１５ｎｍの範囲及び２００ｎｍ〜３０５ｎｍの範囲の少なくとも１つの範囲においてピーク波長を有することを特徴とする、請求項２０〜２２のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療システム。
【請求項２４】
前記半導体発光素子による紫外線照射量が1mW/ｃｍ２以上であることを特徴とする、請求項２０〜２３のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療システム。
【請求項２５】
前記半導体発光素子による紫外線照射量が10W/ｃｍ２以下であることを特徴とする、請求項２０〜２４のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療システム。
【請求項２６】
前記疾患部位は皮膚疾患部位であることを特徴とする、請求項２０〜２５のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療システム。
【請求項２７】
前記疾患部位は、難治性湿疹、異汗性湿疹、皮膚Ｔ細胞リンパ腫、アトピー性皮膚炎、円形脱毛症、ケロイド、瘢痕、皮膚萎縮線状（ストレッチマーク）、強皮症、白斑、乾癬、掌蹠膿疱症、慢性湿疹、アトピー性皮膚炎から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする、請求項２６に記載の半導体発光素子による光線治療システム。
【請求項２８】
前記紫外線に対する被照射体を撮像するための撮像手段を具え、
前記紫外線に対する被照射体を撮像して所定の撮像データを得、この撮像データに基づいて前記疾患部位を特定するようにしたことを特徴とする、請求項２０〜２７のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療システム。
【請求項２９】
前記半導体紫外線発光素子は、5×1017cm-3より大きなキャリア密度を有し、AlNモル分率が0.15より大きいことによって特定されるp型AlGaN層をp型AlGaNクラッド層及びp型AlGaNブロッキング層の少なくとも一方として含むことを特徴とする、AlGaN系半導体発光素子であることを特徴とする、請求項２０〜２８のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療システム。
【請求項３０】
前記半導体紫外線発光素子は、所定の基板上においてAlN層、AlGaN層、AlGaN(11−22)ファセット上に形成されたAlN層、ｎ型AlGaN平坦化層、AlGaN活性層、前記p型AlGaNブロッキング層、及び前記p型AlGaNクラッド層を順次に具えることを特徴とする、請求項２９に記載の半導体発光素子による光線治療システム。
【請求項３１】
前記半導体紫外線発光素子は、所定の基板上において、AlN層、AlGaN層、AlGaN(11−22)ファセット上に形成された低温AlN層、ｎ型AlGaN平坦化層、第１のAlGaNガイド層、AlGaN活性層、第２のAlGaNガイド層、前記p型AlGaNブロッキング層、及び前記p型AlGaNクラッド層を順次に具えることを特徴とする、請求項２９に記載の半導体発光素子による光線治療システム。
【請求項３２】
前記半導体紫外線発光素子は、前記p型AlGaNブロッキング層及び前記p型AlGaNクラッド層に隣接して形成された電流狭窄層を有し、リッジ型を呈することを特徴とする、請求項３１に記載の半導体発光素子による光線治療システム。
【請求項３３】
前記ｐ型AlGaN層は、(0002)回折のX線ロッキングカーブの半値幅が800秒以下であることを特徴とする、請求項２９〜３２のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療システム。
【請求項３４】
前記ｐ型AlGaN層は、(10-10)回折のX線ロッキングカーブの半値幅が1000秒以下であることを特徴とする、請求項２９〜３３のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療システム。
【請求項３５】
前記ｐ型AlGaN層は、転位密度が5×109cm-2以下であることを特徴とする、請求項２９〜３４のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療システム。
【請求項３６】
前記ｐ型AlGaN層は、ヘビーホールのバンド帯をHH、ライトホールのバンド帯をLH、及び結晶場分裂ホールのバンド帯をCHとすると、これらバンド帯のエネルギーが、CH≧HH,LHなる関係を満足することを特徴とする、請求項２９〜３５のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療システム。
【請求項３７】
前記p型AlGaN層は、キャリア密度が１×108cm−3以上であることを特徴とする、請求項２９〜３６のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療システム。
【請求項３８】
前記疾患部位を有し、前記紫外線に対する被照射体は人体を除く動物であることを特徴とする、請求項２０〜３７のいずれか一に記載の半導体発光素子による光線治療システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子による光線治療方法、及び半導体発光素子による光線治療システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の技術分野である光線療法は長い歴史があり、古くは紀元前460年ごろにピポクラテスが、皮膚病予防に対して日光浴療法を用いたとされている。太陽光線、すなわち自然の光を用いた療法に対して、人工物の光を最初に用いたのはデンマークのニールズフィンゼンである。1893年に初めてカーボンアーク灯を考案し、尋常性狼瘡に対して、著しい治療効果を確認した。
【０００３】
我が国では、1903年、東京大学皮膚科においてカーボンアーク灯による光線療法が用いられたのが最初とされている。当初の機器は全て輸入品であったが、昭和7年には、宇都宮義真と株式会社イビデンの技術協力によって、国産カーボンアーク灯が開発されている。
【０００４】
カーボンアーク灯を含め、古くから行われてきた光線療法における人工光源は、日光のスペクトルにできるだけ近いものが用いられてきた。またその中でも、近年では、中波長紫外線（UV-B）や長波長紫外線（UV-A）を波長域に持つ蛍光管が用いられるようになり、紫外線治療は皮膚疾患の治療として一般化した。しかし、光線治療の機構が解明されるにつれ、様々な皮膚疾患に対して、それぞれある特定の波長の光線を用いることが治療に必要であることが認識されている。その根拠は、副作用を最小限とし、効果を最大にすることが目的である。
【０００５】
例えば、世界でも最も早い時期から光線治療を行っている名古屋市立大学病院では、波長311−313nmのUV-B波により乾癬の治療を実施している。その光源として用いられているのが、オランダのフィリップス社が開発した蛍光管である。蛍光管を用いた光線治療システムは、大面積での照射が可能であり、また311−313nmのみであるがスペクトル線幅の非常に細い紫外光を得られる特徴がある。しかしながら、（1）装置が大掛かりで持ち運びできない、（2）設置には大きな面積が必要である、（3）大面積照射のため正常部位にも照射してしまう、また、（4）医療従事者の被爆の可能性がある、更に、（5）利用可能な波長が蛍光管（現在では、スペクトル線幅の非常に細い紫外光は311−313nmのみ）によって限定されてしまい波長選択性に乏しい、などの問題点があり、その普及が妨げられていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来の蛍光管式光線治療システムの欠点を補い、小型軽量で持ち運び可能、かつ撮影システムとの組み合わせによる皮膚疾患部のみへの局部照射が可能な光線治療システム及び光線治療方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成すべく、本発明は、
所定の紫外線を生成及び発振させるための半導体紫外線発光素子を具え、
前記紫外線を疾患部位に照射し、前記疾患部位を治療するように構成したことを特徴とする、半導体発光素子による光線治療システムに関する。
【０００８】
また、本発明は、
半導体紫外線発光素子を準備する工程と、
前記半導体紫外線発光素子から所定の紫外線を生成及び発振させて疾患部位に照射し、前記疾患部位を治療する工程と、
を具えることを特徴とする、半導体発光素子による光線治療方法に関する。
【０００９】
本発明者らは、長年に亘る半導体発光素子の研究開発の過程において、高効率で高強度の紫外線を生成し発光することのできる半導体紫外線発光素子を開発するに至っている。この半導体紫外線発光素子は以下のような特徴を有している。
【００１０】
１．従来のガラス管と比べて、a．超小型、b．軽量、c．点光源、d．様々な波長の組み合わせが可能であり、e．強度可変が容易である。さらには、f.発光波長範囲が狭く、特定波長のみを選択的に発光することが可能である。
２．装置の小型化が容易である。
３．局所的な方法としての照射が可能（ターゲット型照射、スポットデリバリー）である。その結果、病変部の無い、正常部位には照射されず、正常部位における照射の副作用を軽減することが可能であり、医療従事者（照射をする側）への紫外線被爆を無くすることが可能である。
【００１１】
したがって、上記半導体紫外線発光素子は、上述したように従来の蛍光管の種々の欠点を解消するような数々の利点を有している。この結果、従来の光線治療において、上述した蛍光管の代わりにこのような特徴を有する半導体紫外線発光素子を使用することにより、上述したような蛍光管式光線治療に基づくほとんどの欠点を解消することができるようになる。
【００１２】
また、半導体紫外線発光素子を用いることにより、選択的な紫外線波長を用いることができるので、紅斑反応、色素沈着、発癌性などの副作用を最少にできるというような追加の作用効果を得ることもできる。さらに、半導体紫外線発光素子は点光源であるので、疾患部位に対して均一な強度の光を照射することができる。また、小型軽量であるので、疾患部位に対する位置を自在に決定することができ、前記疾患部位との距離を自在に決定することができる。
【００１３】
なお、本発明の一態様においては、前記半導体紫外線発光素子は、前記紫外線を前記疾患部位上において走査させて使用するようにすることができる。前記半導体紫外線発光素子から発せられる紫外線のスポットを常に疾患部位の大きさと合致させるように設定することは困難であるため、このような走査を行なうことにより、目的とする前記紫外線を前記疾患部位の全体に亘って照射することができるようになる。
【００１４】
また、本発明の他の態様では、前記半導体紫外線発光素子は複数の半導体紫外線発光素子を含み、これら半導体紫外線発光素子がアレイ状に配列されてなり、前記複数の半導体紫外線発光素子の、前記疾患部位に対応する部分のみをオンし、前記疾患部位の全体に前記紫外線を照射するようにすることができる。前述したように、前記半導体紫外線発光素子から発せられる紫外線のスポットを常に疾患部位の大きさと合致させるように設定することは困難であるため、前記半導体紫外線発光素子をアレイ状に配列し、所定の箇所の発光素子のみをオンさせることにより、目的とする前記紫外線を前記疾患部位の全体に亘って照射することができるようになる。
【００１５】
さらに、本発明のその他の態様では、前記紫外線に対する被照射体を撮像するための撮像手段を具え、前記紫外線に対する被照射体を撮像して所定の撮像データを得、この撮像データに基づいて前記疾患部位を特定するようにすることができる。
【００１６】
なお、本発明の方法及び装置は、任意の疾患に対して用いることができるが、特には皮膚疾患に対して好ましく用いることができる。具体的には、難治性湿疹、異汗性湿疹、皮膚Ｔ細胞リンパ腫、アトピー性皮膚炎、円形脱毛症、ケロイド、瘢痕、皮膚萎縮線状（ストレッチマーク）、強皮症、白斑、乾癬、掌蹠膿疱症、慢性湿疹、アトピー性皮膚炎から選ばれる少なくとも１種の皮膚疾患に対して用いることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、従来の蛍光管式光線治療システムの欠点を補い、小型軽量で持ち運び可能、かつ撮影システムとの組み合わせによる皮膚疾患部のみへの局部照射が可能な光線治療システム及び光線治療方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
本発明においては、最初に所定の半導体紫外線発光素子を準備する。この半導体紫外線発光素子は、単一で用いることもできるし、複数をアレイ状に配列させて用いることもできる。
【００２０】
単一の半導体紫外線発光素子を用いる場合、疾患部位と前記半導体紫外線発光素子から発せられる紫外線のスポットを常に疾患部位の大きさと合致させるように設定することは困難であるため、前記紫外線を走査させることにより、目的とする前記紫外線を前記疾患部位の全体に亘って照射することができる。
【００２１】
また、複数の半導体紫外線発光素子をアレイ状に配列する場合、前記複数の半導体紫外線発光素子の、前記疾患部位に対応する部分のみをオンし、前記疾患部位の全体に前記紫外線を照射するようにすることができる。前述したように、前記半導体紫外線発光素子から発せられる紫外線のスポットを常に疾患部位の大きさと合致させるように設定することは困難であるため、前記半導体紫外線発光素子をアレイ状に配列し、所定の箇所の発光素子のみをオンさせることにより、目的とする前記紫外線を前記疾患部位の全体に亘って照射することができるようになる。
【００２２】
なお、上述した半導体紫外線発光素子を用いた場合、そのピーク波長は、３５０ｎｍ〜３９０ｎｍの範囲、３０５ｎｍ〜３１５ｎｍの範囲及び２００ｎｍ〜３０５ｎｍの範囲の少なくとも１つの範囲に存在することが好ましい。すなわち、前記半導体紫外線発光素子が、このような波長範囲の発光波長を有することにより、上述した特に皮膚疾患の治療に対して有用となる。
【００２３】
具体的に、前記半導体紫外線発光素子のピーク波長が３５０ｎｍ〜３９０ｎｍの範囲にある場合、難治性湿疹、異汗性湿疹、皮膚Ｔ細胞リンパ腫、アトピー性皮膚炎、円形脱毛症、ケロイド、瘢痕、皮膚萎縮線状（ストレッチマーク）、強皮症などの治療に有効である。また、前記半導体紫外線発光素子のピーク波長が３０５ｎｍ〜３１５ｎｍの範囲にある場合、白斑、乾癬、掌蹠膿疱症、慢性湿疹、アトピー性皮膚炎などの治療に有効である。
【００２４】
また、前記半導体発光素子から発せられる紫外線の照射量は、上述した皮膚疾患などの治療を行なうことができれば特に限定されるものではないが、好ましくは1mW ／ｃｍ２以上とする。これによって、上述した皮膚疾患などの治療をより効果的に行なうことができるようになる。
【００２５】
さらに、前記紫外線の強度の上限についても特に限定されるものではないが、好ましくは10W／ｃｍ２以下とする。前記値を超えて紫外線を照射した場合、疾患部位に対して紅斑反応、色素沈着、発癌性などの副作用を生ぜしめ、治療の効果を十分に発揮できなくなる場合がある。
【００２６】
なお、上述したような半導体紫外線発光素子は、現在使用できる任意のものを使用することができる。しかしながら、現状では十分に高効率で高強度の紫外線を生成及び発することのできる半導体紫外線発光素子については十分実用化するには至っていない。したがって、以下に詳述するような本発明者らによって開発された半導体紫外線発光素子を用いることが好ましい。
【００２７】
（第１の半導体紫外線発光素子）
図１は、本発明で使用する半導体紫外線発光素子の一例を示す構成図である。図１に示すように、本例における発光素子はAlGaN系半導体発光素子である。最初に、サファイア基板 210 上に、有機金属化合物気相成長法によりAlN層 211及びAlGaN層 212 を成長し、その後、AlGaN層212の(1-100)方向に、EB蒸着装置によりSiO2マスク 213 を周期的に形成する。次いで、有機金属気相成長法により、SiO2マスク 213 を完全に覆い、(11-22)ファセット 214が出るようにしてAlGaNファセット層214を形成する。
【００２８】
次いで、AlN層 215を介して、Siを添加したn型伝導性を示すキャリア濃度2×1018cm-3のn型Al0.50Ga0.50N 平坦化層216 により平坦化後、Al0.17Ga0.83N/ Al0.25Ga0.75N多重量子井戸構造活性層 217、キャリア密度8×1017cm-3のp型Al0.60Ga0.40Nブロッキング層 218、キャリア密度1×1018cm-3のp型Al0.50Ga0.50Nクラッド層 219、及びキャリア密度1×1018cm-3のp型GaNコンタクト層 2110を順次に積層し、さらにTi/Al からなるn型電極2111及びNi/Auからなるp型電極 2112 を形成し、AlGaN系半導体発光素子（ダイオード）を作製する。
【００２９】
この結晶成長によって実現したAlGaNの結晶性は、転位密度が1×108cm-2と非常に高品質であり、さらにp型ブロッキング層およびp型クラッド層にはAlNモル分率がそれぞれ0.6および0.5のAlGaNを用いている。この結果、これらのｐ型ブロッキング層及びp型クラッド層は、AlNモル分率が0.15よりも大きく、ワイドギャップであり、かつ1×1018cm-3の高キャリア密度のp型AlGaN層から構成されることになる。
【００３０】
このようにして得た半導体紫外線発光素子は、３１３ｎｍにピークを有するような発光特性を示す。
【００３１】
なお、本例では、ｐ型ブロッキング層及びp型クラッド層のキャリア密度を1×1018cm-3としているが、1×1016cm-3以上の要件を満足すれば、十分な強度の紫外線を生成し発光させることができる。同様に、ｐ型ブロッキング層及びp型クラッド層のAlNモル分率をそれぞれ0.6および0.5としているが、0.15よりも大きくすることによって十分な強度の紫外線を生成し発光させることができる。
【００３２】
また、ｐ型ブロッキング層及びp型クラッド層の、(0002)回折のX線ロッキングカーブの半値幅が800秒以下であり、 (10-10)回折のX線ロッキングカーブの半値幅が1000秒以下であることが好ましい。これによって、これら層の結晶品質がより向上し、目的とする紫外線をより高効率に生成し発光させることができる。
【００３３】
さらに、本例ではAlNモル分率0.6でキャリア密度8×1017cm-3のp型AlGaNブロッキング層218及びAlNモル分率0.5でキャリア密度1×1018cm-3のp型AlGaNクラッド層219を用いているが、これらの特性値は、本発明の範囲内で、図１に示すAlGaN系半導体発光素子の、所望する発光波長に応じて適宜変化させることができる。
【００３４】
なお、上述したように、ｐ型ブロッキング層及びp型クラッド層を5×1017cm-3より大きなキャリア密度を有し、AlNモル分率が0.3より大きいp型AlGaN層から構成している。このようなｐ型AlGaN層は以下に示すような特性を示す。
【００３５】
図２及び図３は、III族窒化物半導体であるGaN及びAlNの価電子帯におけるバンド構造の概略を示す図である。III族窒化物半導体の価電子帯のバンド構造は、ヘビーホール(HH) 121, ライトホール(LH) 122, 結晶場分裂ホール(CH) 123 の3つに分かれている。また、GaN及びAlNでは、Γ点 124 での頂上のバンドがそれぞれHH及びCHとなっており、互いに異なっていることが特徴である。
【００３６】
AlGaNにおいては、AlNモル分率が低い時はHH及びLHがCHよりも上であるが、AlNモル分率が増大するに従って、CHがHH及びLHと比べ相対的に上昇していき、AlNモル分率0.40程度でこの3本のバンドがほぼ重なる。そして、さらにAlNモル分率が増大すると、CHのほうがHHやLHよりも上に存在することになる。このような物性により、状態密度が増加することによってAlNモル分率を0から0.3まではキャリア密度は減少していくが、0.3よりも大きなAlNモル分率にすることによってキャリア濃度が増加し、0.4程度で極大値を取り、AlNまでp型伝導できるようになる。したがって、主として、このようなｐ型AlGaNに起因して、本例の半導体紫外線発光素子は、高効率で高強度の紫外線を発光することができるものである。
【００３７】
（第２の半導体紫外線発光素子）
図４は、本発明で使用する半導体紫外線発光素子の一例を示す構成図である。図４に示すように、本例における発光素子もAlGaN系半導体発光素子である。最初に、サファイア基板310 上に、有機金属化合物気相成長法によりAlN層 311及びAlGaN層 312 を成長し、次いで、EB蒸着装置を用いることにより、AlGaN層312の[1-100]方向に、SiO2マスク 313を周期的に形成する。次いで、有機金属気相成長法により、AlGaNの(11-22)ファセット 314 が出現し、SiO2マスクを完全に覆うようにしてAlGaNファセット層314を形成する。
【００３８】
その後、AlN層 315 を介して、Siを添加したn型伝導性を示すキャリア濃度2×1018cm-3のn型Al0.50Ga0.50N 平坦化層316 により平坦化後、アンドープAl0.38Ga0.62Nガイド層 317、Al0.30Ga0.70N/ Al0.38Ga0.62N多重量子井戸構造活性層 318、アンドープAl0.38Ga0.62Nガイド層 319、キャリア密度8×1017cm-3のp型Al0.60Ga0.40Nブロッキング層 3110、キャリア密度1×1018cm-3のp型Al0.50Ga0.50Nクラッド層 3111、及びキャリア密度1×1018cm-3のp型GaNコンタクト層 3112を積層する。次いで、Ti/Alからなるn電極 3113、Ni/Auからなるp電極 3114、SiO2からなる電流狭窄層 3115などを形成する。したがって、図示したAlGaN系半導体発光素子は、リッジ型のレーザダイオードとして機能するようになる。
【００３９】
この結晶成長によって実現したAlGaNの結晶性は、転位密度が1×108cm-2と非常に高品質であり、p型ブロッキング層及びp型クラッド層にはAlNモル分率が0.6および0.5のAlGaNを用いており、AlNモル分率が0.3よりも大きなワイドギャップ、並びに8×1017cm-3及び1×1018cm-3の高キャリア密度を実現できる。
【００４０】
このようにして得た半導体紫外線発光素子は、313ｎｍにピークを有するような発光特性を示す。
【００４１】
なお、本例では、ｐ型ブロッキング層及びp型クラッド層のキャリア密度を1×1018cm-3としているが、1×1016cm-3以上の要件を満足すれば、十分な強度の紫外線を生成し発光させることができる。同様に、ｐ型ブロッキング層及びp型クラッド層のAlNモル分率をそれぞれ0.6および0.5としているが、0.15よりも大きくすることによって十分な強度の紫外線を生成し発光させることができる。
【００４２】
また、ｐ型ブロッキング層及びp型クラッド層の、(0002)回折のX線ロッキングカーブの半値幅が800秒以下であり、 (10-10)回折のX線ロッキングカーブの半値幅が1000秒以下であることが好ましい。これによって、これら層の結晶品質がより向上し、目的とする紫外線をより高効率に生成し発光させることができる。
【００４３】
さらに、本例ではAlNモル分率0.6でキャリア密度8×1017cm-3のp型AlGaNブロッキング層218及びAlNモル分率0.5でキャリア密度1×1018cm-3のp型AlGaNクラッド層219を用いているが、これらの特性値は、本発明の範囲内で、図４に示すAlGaN系半導体発光素子の、所望する発光波長に応じて適宜変化させることができる。
【００４４】
なお、本例で使用するp型AlGaN層についても、図２及び図３に示すような特性を示す。
【実施例】
【００４５】
最初に、半導体紫外線発光素子が光線治療用として有用であることを確認するため、従来の広帯域UVA照射装置partial body UVA1（340−400nm）irradiation Sellamed 2000 system、および今回開発した図１に示すような365nmをピーク波長とするIII族窒化物半導体による紫外線発光ダイオードを用いて、同一エネルギー照射を行い、光線治療に必要な腫瘍細胞死の比較を行った。LEDの大きさは0.5mm×0.5mmである。
【００４６】
図５に、今回使用した紫外線LEDの発光スペクトルを示す。表１および表２には、照射強度を80mW/cm2とし、照射量を10、20、30J/cm2と変化させ、二つの光源装置による紫外線照射により、腫瘍細胞がアポトーシスを生じる割合（表1）、およびネクローシスとなった割合（表2）をまとめた。
【００４７】
【表１】
2007151807.tif 000003
【００４８】
【表２】
2007151807.tif 000004
【００４９】
これらの表から明らかなように、今回開発したLED照射装置は、従来のランプ式ブロードバンドUVA照射装置と同等の効果を示した。
【００５０】
次に、1チップ0.5mm×0.5mmのLEDをアレイ状に20個×20個、合計400個、面積20cm×20cmとなるように配列し、そのうち部分的にLEDを点灯し、前述の照射実験を行ったところ、LEDを点灯した部分のみ、アポトーシスおよびネクローシスが観察された。
【００５１】
この結果より、アトビー性皮膚炎の患者に対して、（1）皮膚炎を含む部位をデジタルカメラにより撮影し、（2）撮影データを解析して皮膚炎マップデータを生成し、（3）皮膚炎の部位のみに対して、試作したLEDアレイ装置のLEDを点灯させ、125秒間照射する治療を続けることにより治癒効果が観測された。
【００５２】
本実験では、ピーク波長350nmから390nmの間のLEDを用いることにより、エネルギーが同じであれば、ほぼ同等の効果が得られることが確認された。
【００５３】
そのほか305nmから315nm、315nmから350nm、200nmから305nmそれぞれの波長領域で各種皮膚炎に対して効果が観測された。また各種皮膚病に対して、UV-LEDと可視LEDおよびUV-LEDと赤外線LEDの組み合わせ、或いはUV-LED、可視LEDと赤外線LEDの組み合わせでも一部治癒効果が認められた。
【００５４】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明で使用する半導体紫外線発光素子の一例を示す構成図である。
【図２】III族窒化物半導体であるGaN及びAlNの価電子帯におけるバンド構造の概略を示す図である。
【図３】同じく、III族窒化物半導体であるGaN及びAlNの価電子帯におけるバンド構造の概略を示す図である。
【図４】本発明で使用する半導体紫外線発光素子の一例を示す構成図である。
【図５】実施例で使用した半導体紫外線発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
121  ヘビーホール(HH)
122  ライトホール(LH)
123  結晶場分裂ホール(CH)
124  Γ点
210  サファイア基板
211  AlN層
212  AlGaN
213  SiO2マスク
214  AlGaNの(11-22)ファセット
215  AlN層
216  n型Al0.50Ga0.50N
217  Al0.15Ga0.90N/ Al0.22Ga0.78N多重量子井戸構造活性層
218  p型Al0.60Ga0.40Nブロッキング層
219  p型Al0.50Ga0.50Nクラッド層
2110  p型GaNコンタクト層
2111  Ti/Alからなるn型電極
2112  Ni/Auからなるp型電極
310  サファイア基板
311  AlN層
312  AlGaN
313  SiO2マスク
314  AlGaNの(11-22)ファセット
315  AlN層
316  n型Al0.50Ga0.50N
317  アンドープAl0.38Ga0.62Nガイド層
318  Al0.30Ga0.70N/ Al0.38Ga0.62N多重量子井戸構造活性層
319  アンドープAl0.38Ga0.62Nガイド層
3110  p型Al0.60Ga0.40Nブロッキング層
3111  p型Al0.50Ga0.50Nクラッド層
3112  p型GaNコンタクト層
3113  Ti/Alからなるn型電極
3114  Ni/Auからなるp型電極
3115  SiO2からなる電流狭窄層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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